【MT48】基于DSP的异步电机直接转矩控制系统设计.doc文档

到电机参数的影响，以及复杂的矢量变换等技术难题，而直接转矩控制弥补了矢量控制的不足，它避免了复杂的坐标变换，对电机参数依赖程度四川理工学院本科毕业设计论文小，它新颖的控制思想简明的系统结构以及部分内容简介跟踪控制思想，随后日本学者也提出了类似的控制思想磁链圆形运动轨迹跟踪控制方案。

直接转矩控制的基本思想是根据交流电机转矩的需要，直接选择合适的定子电压空间矢量，实现交流电机电磁转矩的快速响应。

该理论摒弃了矢量控制技术中转子磁链难以观测，系统性能受到电机参数的影响，以及复杂的矢量变换等技术难题，而直接转矩控制弥补了矢量控制的不足，它避免了复杂的坐标变换，对电机参数依赖程度四川理工学院本科毕业设计论文小，它新颖的控制思想简明的系统结构以及优良的动静态性能备受广大工程人员的青睐，得到迅速的发展。

电力电子技术是从世纪年代开始出现的，以晶闸管为代表电力电子器件成为了第代电力电子器件，随后经过次发展阶段，使晶闸管从大功率门极可关断等第二代电力电子器件到绝缘门极晶体管，它综合了和的优点，是较为理想的功率器件，主要普遍应用在逆变器方面，最后功率智能模块为代表的第四代电力电子器件应用广泛，该模块将电力电子器件触发驱动过电流保护过电压保护过热保护及故障监测功能集于体，还有的专用做触发模块还具有隔离功能，可大大减少硬件电路的设计。

直接转矩控制系统的设计需要大量的各种电路，这就需要使用拥有良好性能的智能功率模块。

直接转矩控制技术的研究现状基于电力电子技术和数字信号处理器的发展，直接转矩控制技术具有广阔的发展前景。

在国内外直接转矩控制理论不断得到发展和完善，许多研究从不同的角度提出了各自的见解和方法，特别是随着各种现代智能控制理论的引入，又出现了许多基于模糊控制和人工神经网络的系统，控制性能得到了进步的改善和提高。

从现有的文献资料可以窥见直接转矩控制技术的发展前景，目前直接转矩控制的研究热点主要集中在磁链与转矩的观测器无速度传感器技术先进控制技术与直接转矩控制技术集成研究。

传统的直接转矩控制技术在低速运行状态与稳态运行区段还存在很多的问题，需要进步的研究。

现代直接转矩控制技术作为种新兴的控制技术，需要有更完善多样的控制技术，成为多学科的综合技术。

根据控制技术的要求与现有的控制理论，需要有以下成果的突破先进控制策略在现代直接转矩控制技术中的应用，改善其稳态运行性能的问题。

磁链与转矩检测问题，直接转矩控制系统在低速时性能不稳定，所以解决低速时的磁链与转矩检测问题具有重要意义。

速度检测问题，速度的检测是提高系统精度的必要前提。

欠载或者空载条件下如何优化定子磁链问题，优化定子磁链能够有效的改善控制系统的性能。

目前世界各国都致力于直接转矩控制技术的研究，并应用的工业农业国防等领域，具有广阔的发展前景。

课题研究的主要内容本课题主要进行异步电动机直接转矩控制原理的研究和分析，熟悉公司何庆华基于的异步电机直接转矩控制系统设计生产的数字信号处理器，进行和智能功率模块硬件电路的设计，并进行软件处理。

主要内容如下分析异步电机的稳态模型，建立合适的数学模型，介绍三相桥式逆变器的工作原理和它与电压空间矢量的关系，最后得出直接转矩控制的基本原理。

基于公司的数字信号处理器，完成功率部分的的逆变电路，电压电流以及转速测量电路，保护电路等电路的设计。

基于的软件设计，在硬件设计的基础上，进行软件设计。

四川理工学院本科毕业设计论文第章直接转矩控制系统的基本原理直接转矩控制系统简称系统，是继矢量控制系统之后发展起来的又种高动静态性能的交流电机变压变频调速系统，它在转速环里直接利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而形象的把它称作直接转矩控制系统。

参考电机学可知三相异步电机用三相对称正弦电源供电时，对应的磁场为接近圆形旋转磁场，电机的运行特性为理想特性。

所以使用逆变器使输出电压电流波形接近于正弦波，从而实现异步电机调速系统的稳态性能接近于理想电源供电时的性能，并以此为基础展开直接转矩控制系统的设计。

异步电机的稳态模型三相异步电机主要由定子和转子组成，其中定子和转子中间的是空气隙，另外还包括外围的端盖风扇机座等零部件。

下面就主要涉及到的定子转子做介绍。

绕线式的异步电机定子和转子的绕组接线方式如下定子绕组转子绕组滑环电刷因此由定子转子绕组形成的了接近圆形的磁路。

我们知道三相异步电机的动态模型是个高阶非线性强耦合的多变量系统，在做异步电机的多变量非线性数学模型时通常做如下假设定子和转子的三相绕组对称，也就是它们分别在空间中有的电角度，这样使它们产生的磁动势按正弦规律分布。

忽略磁路饱和，绕组中的自感互感都是恒定的。

图异步电机定转子绕线接线方式何庆华基于的异步电机直接转矩控制系统设计电机运行时频率和温度对绕组电阻没有影响。

铁心损耗磁滞损耗忽略不计。

按不是很低时，定子电阻压降在其中几乎不起作用，可忽略不计，则定子电压与磁链的空间矢量关系可为由上式可得到定子电压与磁链空间矢量在空间中形成的关系如图图中代表六边形的六个边，根据定子电压与磁链的空间矢量的积分关系可知磁图电压空间矢量图电压空间矢量与磁链空间矢量的关系何庆华基于的异步电机直接转矩控制系统设计链空间矢量将沿六边形的边逆时针旋转运动，也就是说当给定逆变器的电压不同时，磁链空间矢量将不断沿逆时针运动，且存在于不同的六边形扇区，影响电机的转速。

电压空间矢量与转矩的关系由异步电机的数学模型可得到转矩与磁链的表达式其中为电机的漏电感，，是定子磁链与转子磁链的夹角。

由此可知异步电动机的转矩的大小定子磁链幅值转子磁链幅值有关，还和它们的磁通角有关，如图和公式当磁通角从到变化时，电磁转矩从零变化到最大值。

在实际运动过程中，般要保持定子磁链幅值为额定值，转子磁链幅值由负载决定，所以通常改变电动机转矩的大小主要通过改变磁通角的大小来改变。

在直接转矩控制中，就是通过空间电压矢量来控制定子磁链的旋转速度，以改变定子磁链的平均旋转速度，从而改变转差频率也即改变磁链角的大小来控制电动机的转矩。

通过对电压空间矢量与磁链转矩关系的分析可以总结出当逆变器的输出电压改变时，磁链也随电压值的不同沿六边形逆时针运动，磁链的运动改变了定子磁链与转子磁链的磁通角和幅值，通过磁通角与幅值的变化从而改变了转矩的大小，从而实现对电动机的控制，此外通过对转矩大小的调节来控制电压空间矢图电压空间矢量与转矩的关系四川理工学院本科毕业设计论文量的工作状态和零状态交替出现，就能控制定子磁链空间矢量平均角速度的大小。

通过这样的瞬态调节就能获得高动态性能的转矩特性，这就是直接转矩控制的基础。

直接转矩控制的系统结构整流器逆变器电流检测磁链观测转矩观测转矩调节器磁链调节器磁链区间幅值判断开关状态表转速检测图是直接转矩控制系统的原理图，与矢量控制样它们也是分别控制异步电机的转速和磁链来控制电机。

首先将三相电流整流，通过对电流电压的采样检测，再经过三相坐标系下的变换，变换为静止坐标系下的两相电压电流，然后和速度反馈信号起分别进入转矩观测模型和磁链观测模型分别得到磁链和转矩的估计值，在转矩调节器和磁链调节器中分别与转矩和磁链给定值式进行比较，得到系统的状态信息，然后根据磁链扇形区间判断模块的输出信号，从开关状态表中选出适合的电压开关状态去驱动逆变器，给电机提供合理的电压空间矢量来满足电机动态静特性变化的需要，实现电动机高性能的转矩控制。

图直接转矩控制系统的原理图何庆华基于的异步电机直接转矩控制系统设计磁链模型与转矩模型直接转矩控制中转矩和磁链的控制均采用双位的砰砰控制器，这样简化了控制器的结构，在直接转矩控制系统中转矩和定子磁链反馈信号的计算模型是系统的核心。

在两相静止坐标系下，根据公式磁链关系式因此在直接转矩控制系统结构图中的磁链观测模型的结构图为像这样用定子电压与定子电流来确定定子磁链的方法的模型叫模型，同样在两相静止坐标系上有电磁转矩表达式为其中将上式代入中则有根据方程式建立系统结构框图图定子磁链观测模型结构框图图转矩观测模型结构框图四川理工学院本科毕业设计论文转矩调节器设计根据异步电动机静止坐标系下的模型可知，交流电机的转矩变换的转速是个积分环节，只受转矩的影响，不受控制量得影响。

因此转矩的控制是直接转矩控制系统的关键，图是转矩调节器的原理图。

从图中可知，转矩控制包含了两级容差控制，其中是转矩给定值，是转矩反馈值，是转矩给定值和转矩反馈值的误差值。

为误差带，远远大于，是转矩调节器输出，原理如下增加电磁转矩减少电磁转矩增加电磁转矩减少电磁转矩由此可以得出转矩输出的信息量，每种信息对应不同的转矩状态，在转矩控制环中，除了转矩调节调器，还要有转速的测定，所以转速的测定通常采用光电码盘测速，速度调节器采用节器，这里我们不做详细介绍，在直接转矩硬件设计部分将做介绍。

磁链调节器设计根据转矩调节器设计原理可以得到磁链调节器的设计方法，如图是磁链调节器的原理图图转矩调节器的原理图图磁链调节器的原理图何庆华基于的异步电机直接转矩控制系统设计其中是磁链给定值，是磁链反馈至，是磁链给定值和反馈值的误差值，为误差带，是磁链调节器的输出，根据原理图可以得出磁链调节器的输出，增加磁链，减小磁链磁链扇形区间判断磁链为六边形，每个