運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)學(xué)班院：級(jí)：號(hào)：期：績(jī)：物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化學(xué)日成目錄1 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點(diǎn)-錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。-1.2 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的特點(diǎn)42 直接轉(zhuǎn)矩控制的計(jì)算模型錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。-2.1 定子磁鏈計(jì)算模型錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。2.2 轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型-53 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型53.1 磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器仿真模塊53.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真模塊63.3 電壓矢量選擇仿真模塊63.43/2 變換仿真模塊73.5 電機(jī)模型仿真模塊-73.6 轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型仿真模塊83.7 K/P 變換仿真模型模塊83.8 磁鏈選擇模塊94 比較直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

2、的仿真波形95 總結(jié)與展望121 直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理及特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)DTC（Direct Torque Control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另外一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此而得名為直接轉(zhuǎn)矩控制。1.1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理如圖 1-1 為直接轉(zhuǎn)矩控制的原理框圖，和 VC 系樣，它也是分別控制異步電 的轉(zhuǎn)速和磁鏈，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào) T*，在 T*后面設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對(duì)于轉(zhuǎn)矩的影響，從而使得轉(zhuǎn)速和磁鏈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)解耦。因此，從整體控制結(jié)構(gòu)上來(lái)看，直接轉(zhuǎn)矩

3、控制（DTC）系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)（VC）系統(tǒng)是一致的都獲得了較高質(zhì)量的動(dòng)態(tài)性能以及靜態(tài)性能。w PL Wc從圖中可以看出，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差s 的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差Te 的正負(fù)符號(hào)，再根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶縮 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(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中, 其基本控制方法就是通過(guò)電壓空間矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度, 控制定子磁鏈走走停停,3以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小 從而改變磁通角的大小 以達(dá)到控制電轉(zhuǎn)矩的目的。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種交流調(diào)速的控制技

4、術(shù)具有以下特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采位式控制器，并在逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生輸出電壓，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)。選擇定子磁鏈作為被控量，計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)也是有限的。 直接轉(zhuǎn)矩控制的計(jì)算模型 定子磁鏈計(jì)算模型直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需采用兩相坐標(biāo)（坐標(biāo)）計(jì)算定子磁鏈，通過(guò) 變換從而避開(kāi)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。坐標(biāo)系上定子電壓方程： 移向并積分后得 上式即為定子磁鏈計(jì)算模型，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖

5、定子磁鏈計(jì)算模型 轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型在兩相坐標(biāo)系中電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為 上式即為轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示圖 轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型 的異步電機(jī)空間矢量 脈本次課程設(shè)計(jì)采用基于寬調(diào)制直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的建模方法。采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，建立了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。圖 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真模型 磁鏈和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器仿真模塊定子磁鏈調(diào)機(jī)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，兩者均采用帶有滯環(huán)的雙位式控制器，它們的輸出分別為定子磁鏈幅值偏差 和電磁轉(zhuǎn)矩偏差 。其中轉(zhuǎn)矩控制是三位滯環(huán)控制方式，在轉(zhuǎn)矩滯環(huán)寬度設(shè)為 時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)矩偏差大于 和小于 時(shí)，滯環(huán)模塊分別輸出“”和“”，當(dāng)滯環(huán)模塊輸出

6、為“”時(shí)，經(jīng)或非門(mén) 輸出狀態(tài)“”。磁鏈控制是二位滯環(huán)控制，分別輸出“”和“”。圖 3-2 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器模塊圖 3-2 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器模塊 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器仿真模塊轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用帶有積分和輸出限幅的 調(diào)節(jié)器。圖 3-3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊 電壓矢量選擇仿真模塊電壓矢量選擇采用中的 函數(shù)編寫(xiě)。圖 3-3 電壓矢量選擇模塊 變換仿真模塊LcWorld c圖 變換仿真模塊 電機(jī)模型仿真模塊在此處建立以定子磁鏈、轉(zhuǎn)速和電流為狀態(tài)變量的狀態(tài)結(jié)構(gòu)為，基于 坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建異步電機(jī)仿真模型。圖 異步電機(jī)仿真模型 轉(zhuǎn)矩計(jì)算模型仿真模塊由電模型直接得到的轉(zhuǎn)子兩相磁鏈 和 ，經(jīng)過(guò)換算得到定子兩相磁鏈 和 為 圖 轉(zhuǎn)矩計(jì)算仿真

7、模型 變換仿真模型模塊經(jīng)過(guò)直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)變換 變換得到定子磁鏈的幅值和角度為 wPWd c 圖 變換仿真模型磁鏈選擇模塊直接轉(zhuǎn)矩控制將磁鏈空間劃分為 個(gè)區(qū)間，如圖示，磁鏈選擇器模塊的作用是判斷磁鏈角 運(yùn)行在哪一個(gè)分區(qū)。磁鏈選擇器結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 3-8 電壓空間矢量.PLc圖 3-9 扇區(qū)選擇模塊仿真模型4 比較直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真波形由于電壓矢量選擇的 S 函數(shù)一直報(bào)錯(cuò)，改了很久也查看了很多文獻(xiàn)都沒(méi)有深入涉及到電壓矢量選擇模塊的具體實(shí)例。所以最后很遺憾的未能仿真出波形。雖然未仿真出波形，但是通過(guò)書(shū)上及網(wǎng)上找到的的仿真波形進(jìn)行了總結(jié)與對(duì)比。10圖 4-1在初始給定轉(zhuǎn)速為 1000rpm

8、,負(fù)載為 20Nm ,在 1s 時(shí),負(fù)載階躍為 30Nm ,在 2s 時(shí)給定轉(zhuǎn)速階躍為 200 rpm ,總仿真時(shí)間為 3s 的仿真結(jié)果11.PW圖 4-2 在初始給定轉(zhuǎn)速 50rpm , 負(fù)載為 20Nm ,當(dāng) 2s間為 4s 的仿真結(jié)果時(shí),負(fù)載階躍減小至 5Nm ,仿真總時(shí)12當(dāng)初始給定轉(zhuǎn)速為 負(fù)載為 在 時(shí)負(fù)載階躍為 在 時(shí)給定轉(zhuǎn)速階躍為 總仿真時(shí)間為 的仿真結(jié)果如圖 所示。從圖 中的圖象可以看出定子磁鏈為圓形且保持比較好不隨給定變化而改變系統(tǒng)的仿真真實(shí)體現(xiàn)了電機(jī)的運(yùn)行情況系統(tǒng)能很快的進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)并能快速的跟隨給定的變化穩(wěn)態(tài)誤差也較小。在初始給定轉(zhuǎn)速 負(fù)載為 當(dāng) 時(shí)負(fù)載階躍減小至 仿真總

9、時(shí)間為 的仿真結(jié)果如圖 所示。從圖 中的圖象可以看出磁鏈的圖形有些失真這是由于在接近零速時(shí)定子壓降對(duì)磁鏈的影響加大轉(zhuǎn)速的響應(yīng)也很慢。同時(shí)從波形可以看出，由于直接轉(zhuǎn)矩使用了雙位式控制器，所以定子磁鏈 和電磁轉(zhuǎn)矩 在一定的偏差內(nèi)略有波動(dòng)，證明了定子磁鏈 和電磁轉(zhuǎn)矩 的脈動(dòng)性。 總結(jié)與展望通過(guò)此次運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)，又熟悉了一點(diǎn)基于的系統(tǒng)仿真應(yīng)用。同時(shí)深化理解了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制方法，將書(shū)本知識(shí)形象化、模塊化。此次課程設(shè)計(jì)最終結(jié)果未能成功仿真出波形，這無(wú)疑是失敗的。但是通過(guò)查找閱讀各類(lèi)文獻(xiàn)增加了見(jiàn)識(shí)，從多個(gè)方面認(rèn)識(shí)了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。同時(shí)也讓自己明白有諸多，知識(shí)并不像想象中那么簡(jiǎn)單。必須通過(guò)不斷的