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异步电机直接转矩控制系统快速正反转控制策略研究

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第一章 绪论

1.1异步电机调速系统控制策略发展概况

1.2直接转矩控制的基本特点与研究现状

1.3课题研究背景及意义

1.4论文主要研究内容及结构安排

第二章 异步电机直接转矩控制基本原理及性能分析

2.1直接转矩控制的理论基础

2.1.1异步电动机数学模型

2.1.2电压型逆变器数学模型

2.2电压空间矢量对定子磁链和转矩的影响

2.2.1电压空间矢量对定子磁链的影响

2.2.2电压空间矢量对电磁转矩的影响

2.3直接转矩控制系统结构

2.3.1速度PI调节器单元

2.3.2磁链和转矩滞环比较单元

2.3.3磁链和转矩计算单元

2.3.4开关选择单元

2.4本章小结

第三章 异步电机DTC系统实现快速正反转控制策略

3.1异步电机定子电流与电磁转矩关系分析

3.2电压矢量SVPWM调制技术

3.3异步电机DTC系统快速正反转控制策略

3.3.1异步电机转子磁链惯性分析

3.3.2摩擦类恒转矩负载IM DTC系统实现正反转控制策略

3.3.3位能类恒转矩负载IM DTC系统实现正反转控制策略

3.4正反转过渡过程转矩脉动分析及抑制方法

3.4.1定子磁链内陷现象及对输出转矩的影响

3.4.2低速时转矩脉动分析及改善方法

3.5 IM DTC 正反转控制系统设计

3.6本章小结

第四章 直接转矩控制系统快速正反转仿真建模与实验

4.1直接转矩控制系统快速正反转仿真建模

4.1.1 S函数介绍

4.1.2异步电机直接转矩控制快速正反转仿真系统构成

4.1.3仿真结果与分析

4.2软件设计与实验

4.2.1 37KW异步电机交流调速实验平台硬件结构简介

4.2.2快速正反转软件设计

4.2.3实验结果与分析

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文的主要研究工作

5.2进一步研究工作

参考文献

附录1 电机铭牌参数

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

在分析直接转矩控制工作原理的基础上,针对异步电机经典正反转实现方法存在过渡过程时间长、转矩脉动大、反向起动电流畸变严重等缺点,提出了异步电机直接转矩控制系统快速正反转控制策略,该控制策略利用转子磁链惯性作用,通过控制定、转子磁链位置角的相对关系,使电机输出制动转矩或电动转矩。当要求电机输出电动转矩时,控制定子磁链超前转子磁链旋转;当要求电机输出制动转矩时,控制转子磁链超前定子磁链旋转。通过Bang-Bang控制策略,使电机在正反转过渡过程阶段输出恒定的制动转矩和恒定的反向起动转矩。该控制策略能有效缩短正反转过渡过程时间,反向起动电流畸变小,转矩脉动小,过渡过程平滑,对传动机械装置无冲击,非常适用于要求传动电机经常正反转的生产过程。 针对异步电机直接转矩控制系统低速时转矩脉动大的问题,设计了异步电机直接转矩预测控制策略。该控制策略通过计算在当前控制周期消除转矩误差电压空间矢量需要工作的时间,剩余时间施加零电压空间矢量的方法,降低转矩脉动量,减少电流畸变,改善电机的低速运行性能。 基于MATLAB/Simulink平台分别对摩擦类和位能类恒转矩负载DTC系统正反转控制策略进行了仿真,并对传统控制方法与预测控制方法做了对比仿真研究。仿真结果表明提出的快速正反转控制策略可以使电机输出恒定制动转矩和恒定反向起动转矩,缩短异步电机正反转过渡过程时间,且在整个过渡过程中,定子电流在电机允许最大范围内。采用提出的预测控制策略,有效减小了直接转矩控制系统转矩脉动,改善了定子电流波形,提高了异步电机直接转矩控制系统的性能。最后,在37KW异步电机交流调速实验平台上对提出的快速正反转控制策略进行了实验,实验结果表明提出的正反转控制策略可实现电机快速、平滑正反转,验证了控制策略的有效性和可行性。

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