MATLAB基于DSP的交流电机直接转矩系统设计(3)
1.2 直接转矩控制的特点及发展现状
1.3 本论文的研究内容
直接转矩控制是继矢量控制之后发展起来的一种新型交流电机调速技术，其摒弃了矢量控制的诸多缺点与不足，具有广阔的研究前景与发展前途。本文就交流电机直接转矩控制系统的实现进行了一系列的探讨研究，主要做了以下几个方面的研究工作:
（1） 在查阅了大量文献资料的基础上，介绍了交流电机调速系统的发展概况及控制策略，同时介绍了电力电子器件，计算机控制技术对于现代交流电机控制系统的支撑作用。
（2） 详细介绍了交流电机的数学模型及坐标变换的原理，在此基础上分析了直接转矩控制理论的基本原理以及直接转矩控制系统的基本构架。
（3） 在理论知识的支撑下，运用MATLAB/SIMULINK，搭建了交流电机的直接转矩控制系统模型，给出了模型各个模块的搭建方法，参数整定，同时给出了各个模块和系统整体的仿真结果及波形。
（4） 在MATLAB仿真的基础上，运用德州仪器的TMS320F2812 DSP芯片，依托求是仪器的NMCL-13B交流调速实验平台，在实验平台上实现了交流电机的直接转矩控制系统，给出了实验结果与实验波形。
2异步电机的数学模型
2.1 异步电机三相动态模型
异步电动机是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统，在研究异步电动机的数学模型时，作如下假设：
（1） 忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120°，所产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
（2） 忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
（3） 忽略铁芯损耗。
（4） 不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机的转子是绕线型还是笼型，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。于是，三相异步电动机的物理模型如图2-1所示。定子三相绕组轴线A,B,C在空间上是固定的，转子绕组轴线a,b,c以转速 随转子旋转。如以A轴为参考坐标轴，转子a轴和定子A轴之间的电角度 为空间角位移变量。规定各绕组电压，电流，磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。
2.1 三相异步电动机物理模型
于是，可以得到异步电动机的磁链方程，电压方程，转矩方程和运动方程。
磁链方程为：(2.1)
其中， 为定子和转子相电流的瞬时值； 为各相绕组的全磁链；对于L矩阵，对角线元素 为各绕组的自感，其余各项则是相应绕组之间的互感。
电压方程为：(2.2)
其中 为定子和转子相电压的瞬时值； 为定子和转子绕组电阻。
电磁转矩方程为：
(2.3)
运动方程为：
(2.4)
其中J为机组的转动惯量； 为包括摩擦阻转矩的负载转矩。
2.2 三相—两相坐标变换
由异步电动机的原理可知，异步电动机的三相定子电流在空间中产生一个角速度为ω旋转磁场，三相异步电动机绕组的作用完全可以用两个相互垂直静止的两相绕组α,β来进行替代。只要二者产生的旋转磁场的大小和转向完全相同，则可以认为三相坐标系与静止的两相坐标系之间是等效的。则由三相—两相变换的原理，如图2-2所示，则可以对异步电机的定子电流与定子电压在不同的坐标系下的数学关系进行推导。