基于定子磁链低通滤波观测的直接转矩控制系统研究

【摘要】：异步电动机直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的又一种高性能的交流调速技术。它利用空间电压矢量的分析方法,采用定子磁场定向,直接对电动机的电磁转矩和定子磁链进行控制。直接转矩控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接,信号处理的物理概念明确,静、动态性能优良,是一种很有发展前途的交流调速技术。 本文从异步电机的数学模型出发,推导了异步电机简化数学模型,同时结合空间矢量的概念介绍了直接转矩的基本原理。磁链轨迹控制PWM是直接转矩控制的基础,也是现代变频器普遍采用的控制方法。利用空间矢量的概念,本文推导了直接转矩控制系统中电压空间矢量的选择规则。为了深入理解直接转矩系统,文中在理论和应用上对直接转矩控制和矢量控制进行了比较分析。定子磁链观测是直接转矩控制系统中很重要的环节,本文对这部分内容进行了深入的分析。首先详细分析了几种常用的观测方法:U—I观测法,I—n观测法,U—n观测法以及低通滤波器观测法,并分析了它们的优缺点。在此基础上提出了一种低通滤波器的定子磁链观测补偿方法,通过仿真证实了这种方法的有效性和优越性。 根据定点DSP的特点,研究了利用TMS320F2407实现异步电动机直接转矩控制的硬件和软件。在硬件设计中对电压、电流采样电路,IGBT驱动电路以及通讯和人机接口电路进行了设计。在软件设计中对系统进行了整体设计和分析,研究了一种空间电压矢量PWM的实现方法,同时针对转矩和磁链一拍误差的问题本文提出了一种简化预测方法。