三相異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)(DTC)仿真教學提綱

1、三相異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)( DTC) 仿真精品文檔1 設計總體思路1.1 主電路的設計直接轉矩控制系統(tǒng)簡稱DTC(Direct torque control) 系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在他的轉速環(huán)里面，利用轉矩反饋直接控制電動機的電磁轉矩，因而得名。直接轉矩控制系統(tǒng)的基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差s 的正負符號和電磁轉矩偏差Te 的正負符號，再根據(jù)當前定子磁鏈的矢量s 所在的位置，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉矩的偏差，實現(xiàn)電磁轉矩與定子磁鏈的控制。系統(tǒng)主電路如圖 1.1 所示，由三相不控橋、交流母線、三

2、相逆變器和異步電機組成， 2812DSP的脈沖信號控制全控器件的導通。VD2VD3V1V3V5CMVD4VD5VD6V4V6V2隔離驅(qū)動電路PW1 PW2 PW3 PW4 PW5 PW62812 DSPFBS圖 1.1 系統(tǒng)主電路圖1.2 基本原理直接轉矩控制系統(tǒng)的原理結構如圖1.2 示，途中的 AR 和 ATR 分別為定子磁鏈調(diào)節(jié)器和轉矩調(diào)節(jié)器，兩者均采用帶有滯環(huán)的雙位式控制器，他們的輸出分別為定子磁鏈幅值偏差s 的符號函數(shù) sgn(s )和電磁轉矩偏差 Te 的符號函數(shù) sgn( Te )，如圖 1.2收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔所示。圖中，定子磁鏈給定 *s 與實際轉速

3、有關，在額定轉速以下， Te 保持恒定，在額定轉速以上， *s 隨著 的增加而減小。 P/N 為給定轉矩極性鑒別器，當渴望的電磁轉矩為正時， P/N=1，當渴望的電磁轉矩為負時， P/N=0，對于不同的電磁轉矩期望值，同樣符號函數(shù) sgn( Te )的控制效果是不同的。*Sgn(s )ssAR- s*Te*P/Nsgn(Te)*ASRsgn(Te )ATR- Te轉isi ss矩s計sSA電壓PWMSB控制M矢量選擇 SCisi A定i Bis3/2uA子us變磁suBu換鏈FBS圖 1.2 制系統(tǒng)原理結構圖sgn( Te )sgn(s )10Tes圖 1.2 帶有滯環(huán)的雙位式控制器當渴望的電

4、磁轉矩為正，即P/N=1 時，若電磁轉矩偏差Te =Te* - Te >0，其符號函數(shù)sgn( Te )=1，應使定子磁場正向旋轉，使實際轉矩Te 加大；若電磁轉矩偏差Te = Te* - Te<0，sgn( Te )=0,一般采用定子磁場停止轉動，使電磁轉矩減小。當期望的電磁轉矩為負，即 P/N=0 時，若電磁轉矩偏差Te = Te* - Te <0，其符號函數(shù) sgn( Te )=0，應使定子磁場反向旋轉，使時機電磁轉矩 Te 方向增大；若電磁轉矩偏差Te = Te* - Te >0，sgn( Te )=1，一般采用定子磁場停止轉動，使電磁轉矩反向減小。收集于網(wǎng)絡，

5、如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔2 單元電路設計2.1 直接轉矩控制系統(tǒng)模型DTC Induction Motor Drive圖 2.1 直接轉矩控制系統(tǒng)圖標三相異步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)模塊圖標如圖 2.1 所示，仿真模型如圖 2.2 所示。該模塊由 7 個主要模塊組成：三相不可控整流器（ three-phase diode rectifier）、 Braking chaopper、三相逆變器（ three-phase inverter）、測量單元（ Measures）、異步電動機模塊（ Induction machine）、直接轉矩控制模塊 DTC 。直接轉矩控制系統(tǒng)采用 6 個開關器件組

6、成的橋式三相逆變器（ Three-phase inverter），該逆變器有 8 種開關狀態(tài)，可以得到 6 個互差 60 度的電壓空間矢量和兩個零矢量。交流電動機定子磁鏈s收到電壓空間矢量us控制，susdt ，因此改變逆變器開關狀態(tài)可以控制定子磁鏈s 的運行軌跡（磁鏈的幅值和旋轉速度），從而控制電動機的運行。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔2.2 直接轉矩控制系統(tǒng)模型結構2.2 轉速控制器如圖 2.3所示，轉速給定 N* 經(jīng)過加減速限制環(huán)節(jié)，使階躍輸入時實際轉速給定有一定的上升和下降，轉速反饋N經(jīng)過了低通濾波器，得到轉速偏差（N* -N ）。 Proportionalgain、I

7、ntegral gain 和 discrete模塊組成帶限幅的離散PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)輸出經(jīng)過了選擇開關，根據(jù)對話框中設定的轉矩或轉速控制方式?jīng)Q定轉速控制的輸出。加減速斜率、PI 調(diào)節(jié)器比例和積分系數(shù)、低通濾波器截止頻率等參數(shù)都在對話框中設定。圖 2.3 轉速控制器 Speed Controller結構收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔2.3 直接轉矩控制器直接轉矩控制模塊由轉矩給定Torque* 、磁通給定 Flux * ，電流 I_abc 和電壓 V_abc輸入信號都經(jīng)過采樣開關，DTC 模塊包括轉矩和磁通計算（Torque&Fluxcalculator）、滯環(huán)控制 (Fl

8、ux&Torque hystere-sis)、磁通選擇 (Flux sector seeker)、開關表(Switching table)、開關控制 (Switching control) 等單元。 DTC 模塊是輸出三相逆變器圖 2.4 直接轉矩控制模塊結構2.4 轉矩和定子磁鏈的計算轉矩和定子磁鏈計算（ Torque&Flux calculator ）單元結構如圖2.5 所示，它首先檢測到異步電機三相電壓V-AB 經(jīng)模塊 dq-transform 和 dq-transform 變換，得到二相坐標系上的電壓和電流， dq-transform 和 dq-transform 變換

9、模塊結構如 2.6 所示。定子磁鏈的模擬和離散計算公式為s(usRsis)dt（2-1）（2-2）(usRsiKTs (z1)s)1)式中 , us 和 i 為 2( z二相坐標系上定子電壓和電流， K 為積分系數(shù)， Ts 為采樣時間。磁鏈計算采用離散梯形積分，模塊phi-d 和 phi-q 分別輸出定子磁鏈的 和 軸分量 s和 s， s和 s經(jīng) Real-Imag to Complex 模塊得到復數(shù)形式表示的定子磁鏈 s，并由 Complex to Magnitude-Angle 計算定子磁鏈 s 的幅值和轉角。電動機轉矩計算公式為Te3 p(s iss i s )（ 2-3）2收集于網(wǎng)絡，

10、如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖 2.5 轉矩和定子磁鏈計算單元結構圖圖 2.6 dq-V-transform 和 dq-I-tranform 變換模塊圖2.5 磁通和轉矩滯環(huán)控制器電動機的轉矩和磁療都采用滯環(huán)控制，磁通和轉矩滯環(huán)控制器（Flux&Torquehystore-sis）結構如圖 2-7 所示。轉矩控制是三位滯環(huán)控制方式，在轉矩滯環(huán)寬度設為dT e 時，當轉矩偏差*dTe*dTedTedTe(TeTe )2和 (Te Te )2時，滯環(huán)模塊 2和2分別輸出狀態(tài) 1 和 3，滯環(huán)模塊 dTe 和dTe 分別輸出為 0 時，經(jīng)或非門 NOR 輸出狀態(tài) 2，22磁鏈控制是二位滯

11、環(huán)控制方式，在磁鏈滯環(huán)寬度設為d時，當磁鏈偏差(Te*Te )dTe 和 (Te*Te )dTe時，模塊 dPhi 分別輸出狀態(tài) “ 1和”“ 2?！?2收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖 2.7 磁通和滯環(huán)控制器2.6 磁鏈選擇器圖 2.8 磁鏈選擇器模塊輸入是磁鏈計算模塊輸出的磁鏈位置角 angle 通過比較和邏輯運算輸出磁鏈所在偏號。2.7 開關表圖 2.9 Magnetisation模塊開關表 2.10 用于得到三相逆變器6 個開關期間的通斷狀態(tài)，開關表中，Magnetisation 模塊結構如圖 2.9 所示，其作用是將磁鏈反饋與設定值比較，當反饋值大于設定值時， S-R

12、-flip-flop 觸發(fā)器 Q 端輸出 1，當反饋值小于設定值時，觸發(fā)斷輸出0，從而控制電機起動時逆變器和轉速調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)，使電動機起動時產(chǎn)生初始磁通。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖 2.10 開關表2.8 開關控制模塊開關控制模塊如圖2.11 所示，包括三個 D 觸發(fā)器（ D Flip-Flop ），目地是限制逆變器開關的切換頻率，并且確保逆變器每相上下兩個開關處于相反的工作狀態(tài)，開關的切換頻率可以在模塊對話框中設置。收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖 2.11 開關控制模塊3 實驗仿真、實驗波形記錄及分析異步電機直接轉矩控制仿真圖形如圖3.1 所示，系統(tǒng)由三

13、相交流電源、直接轉矩系統(tǒng)模塊和檢測單元等模塊組成。三相電源線電壓360V、60HZ，電源內(nèi)阻 0.02，電感 0.05mL。電動機參數(shù)： 149kW、460V、 60HZ，圖 3.2 是電動機和控制器參數(shù)頁，系統(tǒng)有轉速（ speed reference）和轉矩（ Torque reference）兩項輸入，在調(diào)速的同時負載轉矩也在變化。轉速和轉矩給定使用離散控制模型庫中的timer 模塊， speed reference收集于網(wǎng)絡，如有侵權請聯(lián)系管理員刪除精品文檔設定值為： t=0、1s 時轉速分別為 500、 0r/min。 Torque reference設定值為： t=0、0.5、 1.5s 時轉速分別為 0、792、-792N*m 。模型采用混合步長的離散算法，基本采樣時間Ts=0.2us，轉速調(diào)節(jié)器采樣時間為 1.4us，仿真波形如圖 3-3 所示。圖 3.1 轉矩控制系統(tǒng)仿真模型從仿真波形可以看到在t=0 時，轉速按設定的上升率（900r/min）平穩(wěn)升高，在起動 0.6s 時達到設定的轉速500r/min。在 00.5s范圍內(nèi)電動機是空載起動，電動機為200A；0.5s 時加載 792T*m ，電流上升到 400A，加載時電磁轉矩瞬間達到1200N*m ，但是在控制系統(tǒng)控制下，加載對轉速的上升