基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制系统研究

发布时间：2017-09-03 10:28

  本文关键词：基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制系统研究

  更多相关文章： 异步电机 直接转矩控制 滑模变结构控制 空间电压矢量脉宽调制

【摘要】：直接转矩控制(DTC)具有控制思想新颖、控制结构简明、动态响应速度快、受电机参数影响小、鲁棒性强等优点,是一种很有发展前景的交流调速方法。但目前,DTC系统在实际应用中转矩脉动大、开关频率不固定等问题仍然没有得到很好的解决。因此,对DTC系统的进一步研究具有重大的现实意义。 近年来,作为非线性鲁棒性控制理论的代表,滑模变结构控制(SMVS)理论得到了越来越广泛的重视,也有了越来越多的工业应用。滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,当系统状态处在滑模面上时,系统对内部参数变化和外部扰动具有很强的鲁棒性。 本文介绍了交流异步电机DTC系统的基本原理和系统组成,指出传统DTC系统存在的问题。为了解决上述问题,文章将滑模变结构控制与DTC系统相结合,并利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,建立一种基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制(SMVS-DTC)方案。 该方案在传统DTC系统的基础上,用基于滑模变结构的速度调节器替代PI速度调节器,用转矩和磁链滑模变结构控制器替代传统DTC系统中的两个滞环控制器,并利用SVPWM代替电压矢量开关表来控制逆变器。理论分析表明,SMVS-DTC系统能够保持开关频率恒定并对磁链和转矩进行连续平滑的控制,可以有效减少转矩脉动。 为了验证SMVS-DTC系统的控制性能,本文基于MATLAB/Simulink平台分别搭建了传统DTC系统和SMVS-DTC系统仿真平台,进行对比仿真研究。仿真结果表明,SMVS-DTC系统在保证逆变器开关频率恒定的前提下,能够有效减少转矩脉动和电流畸变。相对于传统方案,SMVS-DTC系统的控制性能有明显的改善。
【关键词】：异步电机 直接转矩控制 滑模变结构控制 空间电压矢量脉宽调制
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM343;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 运动控制系统的发展10-11
• 1.2 现代交流调速系统的发展概况与趋势11-13
• 1.3 直接转矩控制技术的产生和特点13-15
• 1.3.1 直接转矩控制的产生13-14
• 1.3.2 直接转矩控制的特点14-15
• 1.4 直接转矩控制技术的研究热点15-16
• 1.4.1 提高低速性能的研究15
• 1.4.2 减少转矩脉动的研究15
• 1.4.3 固定开关频率的研究15-16
• 1.4.4 无速度传感器的研究16
• 1.5 本课题研究的目的和意义16
• 1.6 本文的研究内容与全文安排16-18
• 第二章 滑模变结构理论18-30
• 2.1 变结构理论的提出和发展18-20
• 2.1.1 变结构理论的提出18-19
• 2.1.2 变结构理论的发展史19-20
• 2.2 滑模变结构控制的基本概念20-21
• 2.3 滑模变结构控制基本原理和基本性质21-23
• 2.3.1 滑动模态的存在条件21-22
• 2.3.2 滑动模态的到达条件22-23
• 2.3.3 滑模变结构控制的性质23
• 2.4 滑模变结构控制系统的设计要点23-25
• 2.4.1 时不变线性滑模面24-25
• 2.4.2 时变线性滑模面25
• 2.5 滑模变结构控制系统中的抖振问题25-29
• 2.5.1 抖振产生的机理26-27
• 2.5.2 目前国内外抑制抖振的主要方法27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 直接转矩控制理论30-48
• 3.1 异步电机的数学模型分析30-33
• 3.1.1 异步电机的物理模型30-31
• 3.1.2 异步电机的动态数学模型31-33
• 3.2 直接转矩控制系统的组成及基本原理33-45
• 3.2.1 坐标变换及其变换矩阵34-37
• 3.2.2 定子磁链调节37-40
• 3.2.3 转矩调节40-41
• 3.2.4 磁链空间区域判断单元41-42
• 3.2.5 开关选择单元42-43
• 3.2.6 三相电压型逆变器43-45
• 3.3 传统直接转矩控制存在的问题45-46
• 3.3.1 有限电压空间矢量的影响45
• 3.3.2 滞环控制器的影响45-46
• 3.3.3 定子磁链观测的影响46
• 3.4 本章小结46-48
• 第四章 基于滑模变结构的异步电机直接转矩控制系统48-62
• 4.1 系统分析48-49
• 4.2 滑模变结构速度控制器设计49-50
• 4.2.1 确定滑模面切换函数49
• 4.2.2 选取滑模控制律49-50
• 4.2.3 控制器存在性和稳定性证明50
• 4.2.4 控制器的组成与参数设计50
• 4.3 滑模变结构磁链转矩控制器设计50-53
• 4.3.1 确定滑模面切换函数50-51
• 4.3.2 选取滑模控制律51-52
• 4.3.3 控制器存在性和稳定性证明52
• 4.3.4 控制器的组成与参数设计52-53
• 4.4 减小抖动处理53
• 4.5 空间电压矢量(SVPWM)调制技术53-60
• 4.5.1 SVPWM基本原理53-54
• 4.5.2 空间矢量54
• 4.5.3 电压与磁链空间矢量的关系54-55
• 4.5.4 PWM逆变器基本输出电压矢量55-57
• 4.5.5 期望电压矢量合成57-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 系统仿真62-82
• 5.1 电力工具箱简介62-64
• 5.2 传统直接转矩控制系统仿真64-70
• 5.2.1 电流电压3/2变换仿真模型65-66
• 5.2.2 定子磁链调节仿真模型66-67
• 5.2.3 转矩调节仿真模型67-69
• 5.2.4 磁链空间区域判断单元仿真模型69
• 5.2.5 开关选择单元仿真模型69-70
• 5.2.6 三相电压型逆变器仿真模型70
• 5.3 滑模变结构直接转矩控制系统仿真70-78
• 5.3.1 滑模变结构速度控制器仿真模型71-72
• 5.3.2 滑模变结构磁链转矩控制器仿真模型72
• 5.3.3 SVPWM算法的MATLAB实现72-78
• 5.4 仿真结果比较与分析78-81
• 5.4.1 磁链轨迹比较与分析78
• 5.4.2 转矩脉动比较与分析78-79
• 5.4.3 转速跟踪比较与分析79-80
• 5.4.4 电流谐波比较与分析80-81
• 5.5 本章总结81-82
• 第六章 总结与展望82-84
• 6.1 内容总结82
• 6.2 研究展望82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录A (攻读硕士学位期间学术成果及参加的科研项目)90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 徐进,张学;基于SVPWM的DTC转矩脉动减小研究[J];电力自动化设备;2005年06期

2 高为炳,程勉;变结构控制系统的品质控制[J];控制与决策;1989年04期

3 张天平，，冯纯伯;基于模糊逻辑的连续滑模控制[J];控制与决策;1995年06期

4 达飞鹏,宋文忠;基于输入输出模型的模糊神经网络滑模控制[J];自动化学报;2000年01期

5 黄文新;李勇;胡育文;;用空间电压矢量调制异步电动机的直接转矩控制[J];南京航空航天大学学报;2007年01期

本文编号：784478