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基于磁场定向的感应电机直接转矩控制研究

宋昌林  
【摘要】:感应电机磁场定向控制从20世纪70年代首次提出以来,在完善控制理论、改进控制算法等方面取得了显著的成果。特别是微电子技术最新成果的应用和高性能电力电子器件的使用,磁场定向控制已在工业领域得到了广泛的应用。但这一领域的研究人员仍在进行不懈的努力以简化计算和控制系统结构,以及提高磁场定向精度和系统性能。其中,理论和实践上一次大的进步是在20世纪80年代中后期,德国和日本科学家首先提出了感应电机直接转矩控制理论。由于该方法控制系统结构简单,对电机参数的变化不敏感,以及转矩的快速响应等突出的优点,立即引起了广大研究者的极大兴趣。但是,这种方法的转矩脉动大、电流谐波成分重和定子磁链轨迹存在畸变等不足限制了对它的广泛应用。 如何保持直接转矩控制方法的优点,又很好地避免其不足成为这一领域的研究热点。本论文就此问题重点讨论了以下几方面内容。 众所周知,转子磁场定向控制的性能易受到转子参数变化的影响,本论文在详细分析转子磁场定向控制和定子磁场定向控制的基础上,提出了一种新颖的定子磁场定向控制方法,通过解析的方法直接计算出d的给定电流,并对定子磁链进行精确控制,该方法具有磁链与转矩的响应速度快,控制性能不受转子参数影响的特点。 通过对传统直接转矩控制的分析,提出了一种直接转矩控制的改进方法。深入分析了定子电压矢量与定子磁链和定子端同步角速之间的关系及其求解方法,并采用转子磁链分量计算稳态同步角速度,以转矩控制误差的比例调节器对其进行补偿,获得一种计算定子端同步角速度的简单方法。以空间矢量调制方法来获得逆变器的开关信号,实现了小的转矩脉动和恒定的开关频率。 同时,本文就空间矢量调制的原理与谐波进行了详细的分析,给出了空间矢量调制的电压解析计算式。另外,分析还表明在一个控制周期内,将零电压矢量均匀对称地分配在有效电压矢量之间,是减小转矩脉动和电流谐波的较好方法。 进一步的分析表明,在定子磁链幅值保持恒定条件下,控制定子磁链的角速度等于稳态电气同步角速度与转子电流幅值的导数乘上一个常数的和,可以实现快速的转矩响应控制。据此,提出基于定子磁场定向和基于转子磁场定向的直接转矩控制方法,并进行了详细的论述。实现了既能保持传统直 鱼经二一‘一j速型蛀塑醚鱼丝进卿 接转矩控制的优点,又能较好地克服其不足。 在以上理论分析的基础上,分别对本文所提出的新方法进行了仿真研究, 结果证明了所提出方法的正确性。采用TMS320F2812数字信号处理器构建了 相应的实验系统,对传统直接转矩控制方法和基于磁场定向的直接转矩控制 方法的不同工况进行了对比实验,实验结果进一步证明了本文所提出办法的 有效性。


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