魏祥林[1]2008年在《永磁同步电机直接转矩控制策略的研究》文中提出永磁同步电机具有结构简单、功率因数高、效率高、转动惯量小等优点,所以采用永磁同步电机的交流伺服系统成为伺服控制系统的发展趋势。直接转矩控制在异步电机中的应用已经相当成功。然而,直接转矩控制在永磁同步电机中的应用才是在最近几年被提出,还有许多基本理论问题需要澄清,并且该策略还有待改进以提高永磁同步电机的转矩控制性能。直接转矩控制和矢量控制是当前永磁同步电机的两种高性能控制策略。为了能更加清楚地认识和了解矢量控制和直接转矩控制在永磁同步电机转矩控制性能上的差异及其内在联系,本文在分析永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的原理与特点的基础上,搭建了这两种控制策略的仿真模型,并进行了大量的仿真研究。仿真结果验证,直接转矩控制的动态响应比矢量控制更加迅速,但存在较大的转矩脉动和磁链脉动。进一步指出直接转矩控制较矢量控制转矩脉动大的实质在于:直接转矩控制中可供选择的电压空间矢量只有八个离散的基本电压空间矢量,并且在每个控制周期定子绕组只能得到唯一电压空间矢量的作用。为了减少常规直接转矩控制的转矩和磁链脉动,将空间矢量调制技术与直接转矩控制策略相结合,构造了一种基于空间矢量调制技术的直接转矩控制方案,称之为SVM—DTC方案。该方案从驱使转矩和定子磁链误差为零的原则出发确定出参考电压空间矢量,然后利用SVM技术合成该矢量,从而实现了电压空间矢量的连续调节,有效地减少了转矩和磁链的脉动。仿真结果证明了该控制方案的正确性和有效性。
廖永衡[2]2013年在《电力牵引传动系统直接转矩控制若干关键问题研究》文中提出随着高速重载干线铁路网的大规模建设,采用大功率异步电机驱动的电力机车与动车有着广阔的应用前景,而交流传动控制技术直接决定了机车/动车的运行性能,是整个机车/动车的核心所在。采用异步电机直接转矩控制技术的交流传动控制系统,低速启动时的转矩脉动引起空转。较低开关频率限制引起的定子电流低次谐波对牵引供电网的干扰。恶劣运行环境导致转速传感器故障后,引起的机车/动车动力切除。因此,研究异步牵引电机直接转矩控制低速起动时的转矩脉动特性及其脉动抑制方法,了解其高速运行时不同PWM调制方式所对应定子电流的谐波特性,提高其速度闭环动力单元在恶劣运行环境下的的可靠性,具有重要的学术价值和工程意义。以异步牵引电机直接转矩控制低速转矩脉动为对象,研究了定子坐标系下转矩脉动的各组成部分,综合考虑系统采样周期、开关周期以及参考电压矢量对转矩脉动的影响,建立了叁者与转矩脉动的量化关系,从参考电压矢量减小转矩脉动的角度,讨论了间接定子量控制与无差拍空间矢量调制直接转矩控制的特点,提出一种结合查表法PWM和空间矢量调制的直接转矩控制方法。结果表明：在采样周期和开关周期一定的前提下,转矩脉动可分为与转速相关的反电动势衰减量,与当前转矩大小相关的电阻衰减量,以及由当前定子电压矢量引起的变化量；通过优化参考电压矢量的生成可以弥补前两者的衰减,使得转矩脉动最小。讨论了直接自控制法与分段同步调制的优缺点；研究了六边形磁链轨迹和单折角调制十八边形磁链轨迹的谐波特性,以及单折角调制的实现方式；提出了双折角调制叁十边形磁链轨迹直接自控制及其两种实现方法；提出了平滑过渡策略以适应不同磁链轨迹的切换。结果表明：直接自控制法能有效抑制定子尖峰电流,谐波电流损耗与谐波转矩更小；单折角调制十八边形磁链轨迹能抑制低次谐波；但由于单折角的限制,会引起其它低次谐波上扬；双折角调制可以将主要低次谐波消除殆尽,且简化了单折角调制的实现方式；不同磁链轨迹的过渡措施亦减小了转矩冲击。考虑定子电阻偏差与直流偏置对电压电流模型的影响,提出定子电阻自适应的正交反馈补偿定子磁链观测器；研究了电压电流模型、电流转速模型、电压转速模型与状态方程的关系,以及各模型对电机参数的敏感性。基于异步电机的状态方程,提出了定子电阻自适应的定子磁链滑模观测器,降低观测器的参数敏感性。结果表明：正交反馈补偿定子磁链观测器能有效抑制定子磁链的直流偏置,但对定子电阻误差引起的定子估算误差无能为力；电压电流模型电流转速模型电压转速模型均为状态方程的特例；基于状态方程的全阶观测器对参数选择敏感,而滑模理论能降低参数敏感性,经验证,采用定子电阻自适应措施后的正交反馈补偿定子磁链观测器与定子磁链滑模观测器,定子磁链的观测精度得到提高。针对异步牵引电机动力单元运行环境恶劣,转速传感器容易故障的特点,研究了故障后的无速度传感器运行策略,以提高电力机车恶劣环境下的稳定性与可靠性；为了避免无速度信息下,电力机车在惰行与牵引逆变器脉冲封锁保护后,逆变器启动时的过电流与转矩冲击,提出了带速重投控制策略。结果表明：开环转速估算精度不高；受制于电力牵引系统较低的开关频率,高频注入法无法使用；利用模型参考自适应理论,在前续两种定子磁链观测器的基础上,可以完成定子电阻与转子转速的同时辨识；带速重投控制策略抑制了过电流和转矩冲击。
刘涛[3]2014年在《电动车用异步电机直接转矩控制技术研究》文中指出随着全球化石能源逐渐减少以及环境的持续恶化,发展电动汽车显得越来越重要,电动汽车的兴起将全世界的汽车产业带入了新的发展空间。电动车的发展以及电机驱动系统的研究也成为了众多汽车厂家关注的热点。本课题选择了传统的异步电机作为电动车驱动系统,采用最新的直接转矩控制技术来优化异步电机的控制性能。直接转矩控制技术能够很好地降低电机在运行过程中的转矩脉动,增加了电机的启动转矩,控制方法简单,受电机参数的影响比较小,提高了异步电机的动态性能。本次异步电机直接转矩控制系统的设计充分考虑了电动汽车的行驶特点,对异步电机直接转矩控制理论进行了详细的研究。论文的内容主要可以分为以下几个方面:1)对异步电机的数学模型进行了简单的介绍,通过异步电机的数学模型分析了异步电机直接转矩控制技术的基本原理,针对电动车的实际运行的特点,提出了与其相适应的直接转矩控制系统的设计方案;2)对直接转矩控制系统的设计方案进行仔细分析,并对系统的各个重要组成部分的算法进行了推理和论证;3)采用MATLAB/SIMULINK搭建了直接转矩控制系统的仿真模型,得到仿真结果,通过仿真结果观察到系统在低速运行时,出现了转矩和磁链波动的问题,提出解决问题的方法,并通过仿真验证了改进的方法;4)叁相异步电机的控制器核心芯片选用的是ST公司生产的STM32F051微型单片机,进行了硬件实验平台的搭建和实验验证。综上所述,文章选择传统的异步电机做为电动车用的电机驱动系统,提出了在电机驱动系统中应用比较先进的直接转矩控制技术,为电动车用异步电机的驱动技术提供了更多可选方案和研究的理论依据。
杨建飞[4]2011年在《永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究》文中提出永磁同步电机由于具有高效率、高功率密度、高转矩惯量比等特点，在各种调速系统中应用越来越广泛，研究分析高性能的永磁同步电机驱动系统具有十分重要的经济和社会意义。目前，在高性能永磁同步电机调速领域，研究较多的主要有两种控制方案：一种是矢量控制，也称为磁场定向控制(FOC)；一种是直接转矩控制(DTC)。众所周知，对电机的控制本质上是对电机转矩的控制，矢量控制主要通过对电机直交轴电流的控制来间接控制转矩，实现过程中要求严格的磁场定向，而直接转矩控制则是将电机和逆变器作为一个整体，直接以转矩为控制对象，通过优选的空间电压矢量实现对电机转矩的直接控制。直接转矩控制技术首先是针对异步电机提出并得到成功应用的，直到1997年才由南京航空航天大学和澳大利亚新南威尔士大学合作提出了正弦波永磁同步电机DTC方案，该方案自提出后迅速成为热点研究问题。本文的研究内容就是围绕永磁同步电机DTC技术展开，以正弦波和方波永磁同步电机为研究对象，对采用DTC时的若干关键问题进行理论分析和仿真实验研究，为永磁同步电机DTC技术的进一步发展和工程应用打下坚实的基础。本文研究内容如下：对永磁同步电机DTC技术国内外研究现状进行了综述，指出，目前对正弦波永磁同步电机DTC研究的广度和深度都已经达到一个新的高度，涉及的方向很多，内容非常丰富，大致可以归纳为下面几个方向：降低转矩脉动方法的研究；无传感器运行的研究；定子磁链控制方法的研究等。而对于方波永磁同步电机，由于电机电流非正弦，存在关断相等特点，在采用DTC方法时有其特殊性，近几年正逐渐成为研究热点。介绍了正弦波永磁同步电机不同坐标系下的数学模型和传统DTC的基本理论，给出了不同定子绕组连接方式下传统DTC方法的实现过程。针对采用DTC时首先需要解决的参数测定问题，详细介绍了一种DTC条件下额定定子磁链幅值等重要电机参数的测定方法，分析了不同运行条件下参数的变化规律，并进行了实验验证。该方法对一般DTC下电机参数的确定具有借鉴意义，有助于推动直接转矩控制的进一步工程应用。针对正弦波永磁同步电机传统DTC在数字控制条件下的特点，在分析定子磁链幅值、转矩角和转矩变化规律的基础上，以降低稳定运行时的转矩脉动和减少起动时间为目标，提出了一种DTC转矩调节器设计方法，该方法既保证了电机稳定运行时较低的转矩脉动又实现了电机具有较短的起动时间，仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性，对一般电机DTC中转矩调节器的设计具有指导意义。针对传统DTC中磁链幅值恒定，转子永磁体单独励磁的特点，从减少无功电流，降低电机损耗，提高电机效率角度出发提出了一种磁链自适应DTC方法，实现了在满足负载转矩要求的条件下对定子磁链给定的动态调整，通过在线实时调整定子磁链给定保证了电机在运行过程中始终具有较少的无功电流和较高的功率因数，仿真和实验验证了该方法的可行性和有效性。从正弦波永磁同步电机传统DTC方法的实现过程不难看出，其还是受到了异步电机DTC方法的影响，仍然采用磁链和转矩双闭环的不解耦控制方式。而正弦波永磁同步电机中转子永磁体磁链为定值，定子磁链幅值和转矩角均为可控变量，因此，实现直接转矩控制的方法不唯一。对不同转矩控制方法进行了分析和比较，提出了一种无磁链闭环DTC方法，该方法实现过程中直接根据转矩的控制要求选择最优空间电压矢量，实现了对转矩更快更准确的控制，省去了磁链控制环节。仿真和实验证明了该方法的正确性和可行性，为DTC的进一步研究提供了参考。方波永磁同步电机由于变量的非正弦，存在关断相等特点，使得在采用DTC方法时有其特殊性。在实现直接转矩控制方法时，只要根据转矩控制要求选择交轴分量最优的空间电压矢量作用于电机即可实现对转矩的快速控制，无需观测定子磁链。为保证电机稳定运行，在无磁链观测条件下需要对电流进行限制，由于采用120度导通方式，通过控制转矩能够实现对电流的限制。仿真和实验验证了提出的无磁链观测DTC方法理论的正确性和方法的可行性，为进一步提高方波永磁同步电机DTC的性能奠定了基础。基于TI公司高性能数字控制器设计了永磁同步电机实验平台，不同控制策略下进行的实验证明了该平台的可靠性。
于学涛[5]2007年在《异步电机直接转矩控制系统的仿真研究》文中提出随着电力电子及数字信号处理技术的进步,变频调速技术得到了飞速的发展。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能变频调速技术。与矢量控制相比较,省去了复杂的矢量变化、克服了矢量控制系统对电机转子参数的依赖性等缺点,具有转矩响应快、控制结构简单、易于实现全数字化的特点。本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成,在此基础上,通过Matlab/Simulink建立了各个模块的仿真模型,构建了直接转矩控制仿真系统,对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究,验证了直接转矩控制系统的可行性。但转矩脉动较大,针对这一缺点,本文利用双PI控制方法进行了改进,设计出一种非零电压空间矢量和零电压空间矢量控制器,改进了速度调节器以及开关状态表,结果表明,所提方案能极大的减小转矩脉动和转速响应时间,同时算法简单,易于实现。最后在详细方案论证的基础上,选择了电机控制专用芯片TMS320LF2407A为控制核心,设计了最小控制系统。在DSP集成开发环境CCS下编写了系统软件。在本文的最后总结了论文所做的工作,并展望了今后的研究重点。
李志强[6]2007年在《纯电动汽车交流异步电机及整车总成控制器的开发技术研究》文中指出电动汽车以电能为能源,具有零排放无污染的突出优点,开发前景十分广阔。驱动电机及其控制系统是电动汽车动力系统中的核心部分。电动汽车用交流电机的直接转矩控制是电机高性能交流变频调速的新技术之一。本论文以电动汽车用交流电机驱动系统为研究对象,将直接转矩控制思想运用于电动汽车驱动系统。为了降低成本并且提高整个系统的可靠性,将电动汽车电机控制器和整车控制器集成到一起即电机及整车总成控制器。根据电动汽车所要达到的性能指标,分析了电动汽车驱动系统的特点,对各种驱动电机进行了比较。讨论了交流调速技术的发展和现状,采用空间电压矢量方法分析了直接转矩控制的基本原理结构及其算法。详细分析了交流异步电机系统的工作原理,建立了交流异步电机及其控制系统的数学模型;然后在此基础之上分析了交流异步电机直接转矩控制的实现方法,介绍了直接转矩控制系统的关键参量—定子磁链空间矢量的控制方式及其实现办法。并为获得良好的控制效果形成闭环控制系统,引入了磁链与转矩观测模型。最后建立了异步电机直接转矩控制系统模型并成功地进行了整个模型的仿真且得到了期望的结果。根据整车动力学原理,建立了整车动力学模型,最后完成了电机模型和整车动力学模型的联合仿真。设计了基于CAN总线的电动汽车整车网络,并制订了整车CAN总线通讯协议。主控芯片选用美国TI公司生产的面向电机控制的DSP芯片TMS320LF2407。整个硬件系统是以TMS320LF2407型DSP为核心的弱电电路和以IPM模块为主的强电电路所组成。设计完成了档位检测模块、踏板位置检测模块、输出控制模块和通讯模块等。介绍了再生制动的概念,讨论了再生制动的重要性,尤其是在城市工况下,通过对频繁制动过程中制动能量的回收,既减少了机械摩擦制动系统的损耗,又实现了能量的重新利用。分析了再生制动的特性,设计了实现再生制动的方案,包括如何进行电制动和机械制动的合理分配。最后采用了模糊逻辑控制理论来优化制动能量回收策略。介绍了嵌入式操作系统μC/OS-II,完成了嵌入式操作系统μC/OS-II在DSP2407上的移植。在完成上面的工作后,进行了基于嵌入式操作系统μC/OS-II平台上的任务的制定。最后完成软、硬件离线方式下的测试。
张卓[7]2008年在《SRM滑模变结构直接转矩控制系统研究》文中进行了进一步梳理开关磁阻电动机结构简单、运行稳定、制造成本低廉,具有广阔的应用前景。但是,因为它运行时转矩脉动大,造成它的运行噪声过大,消除噪声的关键就是限制转矩的脉动。一般情况下,很难确定开关磁阻电机精确的数学模型,这导致对开关磁阻电机的分析变得很困难,快速平稳的调速就更加困难。基于以上两点原因,本文对开关磁阻电机同时运用直接转矩控制技术和滑模变结构控制技术,使电机在有效抑制转矩脉动的同时,实现快速平稳的调速。首先,本文分析了开关磁阻电机的转矩特性,直接转矩控制方法因其具有转矩反馈环节,所以能够很好的调整转矩。本文针对四相开关磁阻电机,提出了一种崭新的空间电压矢量划分的方法,同时给出了专门为此种划分方法而设计的直接转矩控制开关表,通过直接转矩控制策略抑制开关磁阻电机的运行脉动。其次,滑模变结构控制不需要精确的数学模型,通过对传统滑模变结构理论的研究,本文提出了一个称之为单边极值滑模变结构的控制方法,本文利用该控制方法,来辅助直接转矩控制策略控制开关磁阻电机的运行速度。最后,本文先通过仿真分析,证实了将上述两种控制策略相结合,同时应用到开关磁阻电机调速系统的可行性。即而以TMS320F2812 DSP为控制核心,研究并设计了100W四相开关磁阻电机的控制系统,用于开关磁阻电机控制技术的研究。
刘桂萍[8]2007年在《基于无速度传感器的异步电机直接转矩控制方法研究》文中提出直接转矩控制是继矢量控制之后又一高性能交流调速新方法,它基于定子磁链定向,数学模型简单,具有输入电压波动时控制的鲁棒性、控制对象参数变化的低敏感性、完全的转矩瞬态控制等控制特性。近20年来,这项技术得到了很大的发展,已在高速列车主传动等大功率系统中得到了良好的应用。论文以开发一个基于直接转矩控制的实验设备为目的,研究了基于无速度传感器的异步电机直接转矩控制方法,具体内容包括:1)建立了异步电机直接转矩控制系统仿真模型基于MATLAB6.5/Simulink,通过S函数编程构建了直观、简洁且运算速度高的异步电机直接转矩控制仿真模型,为各种直接转矩控制控制策略的仿真研究提供了良好的试验平台。并以一个叁层逆变器为电源,建立异步电机直接转矩控制系统,利用仿真结果验证了该试验平台。2)设计了一种新型的自适应速度磁链观测器基于模型参考自适应方法设计了一种新型的自适应速度磁链观测器,把磁链观测和速度辨识结合在一起,将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法。对增益矩阵的求取本文采用一种简便、实用的方法,利用MATLAB进行磁链观测器极点的配置,得到目标增益矩阵。参数的辨识基于电机状态空间方程,以定子电流和定子磁链为状态变量,电机本身作为参考模型,构造全阶状态观测器为可调模型,转速观测值为可调模型的可调参数。由于状态方程以定子电流和定子磁链为状态变量,定子磁链可直接观测得到。定义李亚普诺夫函数,根据其稳定性要求确定转速自适应律,实现了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统。3)应用S函数搭建了一个基于无速度传感器的异步电机直接转矩控制仿真模型利用SIMULINK中的库元件和S-function构建了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型。仿真结果表明提出的速度磁链自适应观测器对速度辨识快速准确,算法简单,计算量小,便于在线实现。观测器对定子磁链观测精度高,低速时也有较好的观测精度,能改善电机的低速控制特性。转矩动态响应快,可以很好的克服纯积分器误差积累和零点漂移的缺点。4)提出了基于DSP的异步电机直接转矩控制系统方案以TMS320F2812为核心构成控制器,实现异步电机无速度传感器直接转矩控制系统数字化的方案。
张茂华[9]2007年在《无位置传感器永磁无刷直流电机的直接转矩控制研究》文中提出永磁无刷直流电机以其效率高、噪音低、易维护等优点在工业控制的各个领域得到了越来越广泛的应用。由于位置传感器的存在,使得传统的永磁无刷直流电机在许多场合无法使用,而且由于多种因素,永磁无刷直流电机不可避免的存在转矩波动,使其在高精度伺服系统中的应用受到限制。因此,无位置传感器技术和转矩波动的抑制成为了永磁无刷直流电机的两大研究热点。直接转矩控制技术是上个世纪80年代中期提出的一种高性能交流调速方法,具有控制结构简单、动静态性能良好、转矩响应迅速、鲁棒性强等一系列优点。它直接在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩,并将此观测值和给定值进行比较,差值经滞环控制器得到相应的控制信号,再综合当前的磁链状态来选择相应的电压空间矢量,实现对电机转矩的直接控制。它实际上是一种转矩反馈控制方法,因而对转矩的控制效果好、响应快,是解决永磁无刷直流电机转矩波动问题的一种很有前途的方法。本文研究将直接转矩控制方法用于永磁无刷直流电机的控制,以利用其对转矩控制的高动态性达到抑制转矩波动的目的。此外,为了实现永磁无刷直流电机无位置传感器控制下的低转矩波动运行,本文对无位置传感器控制策略下的直接转矩控制技术进行了研究,并以反电势法为例,实现了永磁无刷直流电机的直接转矩控制与无位置传感器的双重控制。同时,针对反电势法起动困难的问题,本文在前人工作的基础之上,结合直接转矩控制的特点,提出了一种改进的起动方法,为电机的可靠起动奠定了基础。最后,本文介绍了基于MSP430F149单片机的永磁无刷直流电机控制系统,并以此为平台,对本文提出的方法进行了实验论证,给出了相关的实验结果。
陈丽莉[10]2008年在《开关磁阻电机直接转矩控制策略的研究》文中提出开关磁阻电机调速系统具有成本低、调速范围宽、性能好、可靠性高等优点,但是,其自身转矩脉动较大及噪声问题制约了它在一定领域中的应用。直接转矩控制是交流调速系统中较为完善的技术,它以转矩控制为主要目的,能够对转速和转矩进行很好的控制。若能将其应用在开关磁阻电机的调速系统中,必然可以抑制电机的转矩脉动问题。本文正是基于这一思想,对开关磁阻电机中的直接转矩控制技术进行了研究。本文以四相8/6极开关磁阻电机为对象,采用了定子磁链轨迹近似圆形的控制方案,通过对磁链进行坐标变换,求出了瞬时磁链幅值和磁链角,然后根据瞬时的磁链偏差、转矩偏差和磁链角,从事先建立好的开关表中选择合适的电压矢量,从而对功率变换器的开关状态进行最佳控制。为了更好地对转矩进行控制,本文在使用传统的滞环调节器的基础上,给出了转矩的叁段式调节器及几种改进型转矩调节器的设计方案,优化了开关表的设计,并对相应系统进行了仿真试验。仿真的结果证实了直接转矩控制技术在开关磁阻电机上应用的可行性及其良好的调速性能。为了进一步提高系统的性能,本文在使用传统直接转矩控制的基础上,又提出了模糊直接转矩控制的方法,将传统的直接转矩控制与模糊控制相结合,用模糊控制器代替原来的滞环调节器来控制功率变换器的开关状态。文中对模糊直接转矩控制系统进行了仿真,仿真的结果表明了它能很好地改善系统的性能,控制效果较传统的直接转矩控制更好。
参考文献：
[1]. 永磁同步电机直接转矩控制策略的研究[D]. 魏祥林. 兰州理工大学. 2008
[2]. 电力牵引传动系统直接转矩控制若干关键问题研究[D]. 廖永衡. 西南交通大学. 2013
[3]. 电动车用异步电机直接转矩控制技术研究[D]. 刘涛. 河北科技大学. 2014
[4]. 永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D]. 杨建飞. 南京航空航天大学. 2011
[5]. 异步电机直接转矩控制系统的仿真研究[D]. 于学涛. 北京交通大学. 2007
[6]. 纯电动汽车交流异步电机及整车总成控制器的开发技术研究[D]. 李志强. 湖南大学. 2007
[7]. SRM滑模变结构直接转矩控制系统研究[D]. 张卓. 西安科技大学. 2008
[8]. 基于无速度传感器的异步电机直接转矩控制方法研究[D]. 刘桂萍. 湖南师范大学. 2007
[9]. 无位置传感器永磁无刷直流电机的直接转矩控制研究[D]. 张茂华. 天津大学. 2007
[10]. 开关磁阻电机直接转矩控制策略的研究[D]. 陈丽莉. 中南大学. 2008
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