Matlab交流电机直接转矩控制系统的仿真研究(6)
与矢量控制系统相比，直接转矩控制具有如下优点:
(1)直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电机的数学模型、控制电机的磁链和转矩，计算过程简单。
(2)直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，通过定子电阻即可观测。而矢量控制磁场定向所用的转子磁链的观测需要知道电机的转子电感和电阻。因此直接转矩控制减少了矢量控制中控制性能易受参数变化影响的问题。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析异步电机的数学模型和控制其物理量，使问题变得简单明了。
(4)直接转矩控制是直接将转矩作为被控量，直接对其进行控制，而不是像矢量控制那样通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩。
1.4论文内容与任务
20世纪70年代德国学者Blaschke等人提出了矢量变换控制的思想，使交流电机的磁通和转矩能分别进行独立控制，从而使交流电机变频调速具有了直流调速的全部优点，但矢量控制相对结构复杂，对参数依赖性强，为简化系统，克服由于参数问题给控制系统带来的不便，提出了直接转矩控制。 本课题要求学生在坐标变换方法的基础上，建立直接转矩控制系统模型，用MATLAB/SIMULINK仿真工具，建立直接转矩控制系统的仿真模型，并对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行分析研究，为实际系统的设计提供理论依据及必要的设计参数。
2.直接转矩控制系统的基本原理
2.1 定子磁链为圆形的直接转矩控制系统
直接转矩控制DTC(Direct Torque Control)变频调速技术是近十几年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术。直接转矩控制技术基于定子两相静止参考坐标系，一方面文持转矩在给定值附近，同时另一方面文持定子磁链沿着给定轨迹(预先设定，如吹冰边形或近似圆形)运动。在经典DTC控制结构中，采用Bang—Bang控制器对交流电机的电磁转矩和定子磁链幅值直接进行闭环Bang—Bang控制，从而将转矩与磁链的脉动限定在预定的范围内，当实际值超过调节范围的上下限时，Bang-Bang控制器就会产生动作，输出的数字控制量就会发生变化。借助空间电压矢量的分析方法，利用该数字控制量产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制[15]。
近似圆形磁链DTC系统也是建立在定子参考坐标系下的，根据磁链开关量、转矩开关量，以及磁链矢量所在扇区确定电压空间矢量控制磁链近似圆形，使转矩打到给定值。
2.2异步电机的数学模型
在研究异步电动机数学模型时，作如下的假设[16]：
1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差 电角度，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）忽略铁心损耗；
4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
不论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，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。异步电动机三相绕组可以使Y联结，也可以是 联结，一下均以Y联结进行讨论。若三相绕组为 联结，可先用 -Y变换，等效为Y联结，然后，按Y联结进行分析和设计。
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在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c以角速度ω随转子旋转。如以A轴为参考坐标轴，转子a轴和定子A轴间的电角度θ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[17]。
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