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《青岛大学》 2007年
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交流电机直接转矩控制系统性能改善

王晓磊  
【摘要】: 电机是实现机电能量转换的装置,当今社会已离不开它。直流电机属线性对象,控制性能好,长期以来在需调速的场合独占鳌头;但因其结构复杂,制造成本与维护费用高,再加上其非本质防爆结构,极大地限制了其应用场合。交流电机具有结构简单、制造成本低、运行可靠、便于维护及易于防爆等优势使其得到广泛应用;但因其非线性多变量特性,调速很困难,致使其长期以来多数作为动力源应用。 控制理论、高速开关器件及微处理器技术的发展,催生了磁场定向控制(FOC)技术,使交流电机重登调速领域,且直逼直流电机一统天下。当今对电机的调速性能提出了更高的要求,如宽调速范围、随动性和高效率等。直接转矩控制(DTC)是继FOC之后出现的一种交流电机高性能控制技术,实现了对电机转矩的直接控制,它简化了调速系统控制器结构,具有对转子参数不敏感,及优良的动、静态性能,因而受到人们关注和青睐。 交流电机的DTC仍有一些不尽人意的地方,如低速运行时转矩脉动(源于定子磁链u-i模型观测不准,及对磁链矢量的分区过粗所致),及低负载率时的节能等问题。对交流电机DTC的深入探讨是富有挑战性、且也是极具实际意义的课题。 在山东省自然科学基金资助下,本人对交流电机DTC系统做了以下研究工作:(ⅰ)利用Matlab/Simulink工具加之自编的S函数,搭建了动态系统仿真模型,(ⅱ)在传统DTC磁链六分区控制的基础上,提出了改进的十二区间控制策略,(ⅲ)在永磁同步电机的DTC系统的基础上,提出了其效率改善控制策略,(ⅳ)对上述研究工作分别进行了充分的仿真实验与比较实验。结果表明,在中高速区,六区间与十二区间两种控制策略均可获得较好的动、静态性能,然而在低速区,十二区间方案明显显优;利用永磁同步电机的铁损和铜损模型,求得最优励磁电流,而后给出最优定子磁链指令值的控制策略,与常磁链DTC相比,使电机的运行效率得以提升。研究成果分别发表于《青岛大学学报》(工程版)和即将刊出的《电机与控制学报》。 论文各章节主要内容如下: 第一章对交流调速系统的发展作了简单综述。第二章叙述了直接转矩控制原理,利用Matlab/Simulink仿真软件加上自编的S函数建立了感应电机和永磁同步电机的动态仿真模型,进一步,搭建了以它们为对象的直接转矩控制系统仿真平台。第三章针对传统直接转矩控制所存在的问题,提出了磁链十二分区控制策略。第四章考虑永磁同步电机损耗模型(包括铜损和铁损),提出了最小损耗效率优化控制策略。以上三章在对理论结果进行了深入分析后,都分别对感应电机和永磁同步电机的DTC系统进行了相应的仿真实验,以验证所提控制策略的正确性。第五章总结全文工作,并提出下一步继续研究的工作。
【学位授予单位】:青岛大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM921.5

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