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1、教学单位 电子电气工程系 学生学号 200895014076 编 号 DQ2012DQ076 本科毕业设计 题 目 感应电机无速度传感直接 转矩控制系统的设计 毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作
2、者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为 。论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日目 录一、设计正文（1）二、附录1. 设计任务书 （38）2. 设计中期检查报告 （40）3. 指导教师指导记录表 （41）4. 设计结题报告 （42）5. 成绩评定及答
3、辩评议 （44）6. 设计答辩过程记录 （46） 感应电机无速度传感直接转矩控制系统的设计 摘 要 :1985年德国学者Depenbrock提出了异步电动机的直接转矩控制(Direct Torque Control)变频调速思想，直接转矩控制技术作为继矢量控制之后出现的一种新型的现代交流电机控制技术，以其控制简单、鲁棒性强、动态性能好等优点日益受到更多的关注。无速度传感器技术的优势使得它成为目前电机控制研究热点之一。两者相结合构成的无速度传感器直接转矩控制系统也成为未来电机控制技术的发展方向之一。本文正是针对这一技术进行了一些研究。本文从异步电动机数学模型出发，根据传统直接转矩控制原理中电压矢
4、量的选择方法，推导了一个优化的电压矢量选择表。利用该电压矢量表，直接根据定子磁链的轴分量，结合当前的磁链位置查表得到磁链电压，再根据转矩误差信号得出当前的电压矢量，对逆变器的开关状态进行控制，产生适当的PWM信号，使电机的磁链沿近似六边形轨迹运动的同时获得高动态特性的转矩响应。本文利用基于数字信号处理器(DSP)开发的硬件系统，对六边形磁链轨迹控制PWM方法和直接转矩控制方案进行了实验研究，实现了控制系统的稳定运行。关键词：直接转矩；DSP ；电压矢量表Induction motor speed sensorless direct torque control system designAbs
5、tract : The strategy of Direct Torque Control is one of the variable frequency speedcontrol scheme, which was developed in 1985 by Prof. Depenbrock. The Direct Torque Control (DTC) technique attracts more and more attention after VectoControl theory because of its robust characteristic, simple reali
6、zation and excellent dynamic response.The advantages of speed-sensorless technique have made it become afocus of current motor control reseach works.With the combination of these two techniques,speed-sensorless DTC system become one of the directions for motor control technique in future. In this pa
7、per, the scheme is investigated thoroughly. On the basis of the mathematical model of induction machine, an optimized voltage vector selection table was deduced based onthe theory of the tradition DTC. By utilizing the vector selection table, we can get it directly from the voltage vector select tab
8、le after we attained three values, that is, the pfractions of the stator flux and current position of it. According to the torque error signal, we can get the current voltage vector under which the inverter will produce relevant PWM voltage signal to the motor terminals. High dynamic response of tor
9、que control of the induction motor is achieved as the stator flux moves along a hexagon approximately. We developed a hardware system based on Digital Signal Processor (DSP) and carried out DTC experiment on it, realizing the successful operation of the system. Keywords:DTC; DSP; voltage vector sele
10、ction table目 录1 绪 论11.1 概述11.2 交流异步电机的控制策略分类12 异步电机数学模型和电压空间矢量32.1 异步电动机的数学模型32.2 电压空间矢量103 控制系统硬件设计123.1 主电路的设计123.2 控制回路设计173.2.1 DSP控制板174 系统软件设计234.1 直接转矩控制的原理234.1.1 定子磁链观测器244.1.2 磁链和转矩的控制264.1.3 磁链位置的判断284.1.4 电压矢量选择表294.2 主程序设计314.3 子程序设计315结 论34致 谢35参考文献36III1 绪 论1.1 概述现代电气传动技术以电机为控制对象、微处理器
11、为控制核心、电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统以达到控制电机转速或位置的目的1。直流电机存在结构复杂，使用机械换向器和电刷，使它具有难以克服的固有的缺点，如造价高、维护难、寿命短、存在换向火花和电磁干扰，电机的最高转速、单机容量和最高电压都受到一定的限制，所以交流电机得以进入更多的领域并得到迅猛发展2。交流变频调速以其优异的调速和起、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，被国内外公认为最有前途的调速方式，成为当今节电、改善工艺流程以及提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。随着电力电子技术、微电子学、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电力
12、传动领域正在发生着交流调速代替直流调速和计算机数字控制技术代替模拟控制技术的革命3。1.2 交流异步电机的控制策略分类(1) V/F控制当前异步电机调速总体控制方案中，V/F控制方式是最早实现的调速方式。该控制方案结构简单，通过调节逆变器输出电压实现电机的速度调节，根据电机参数，设定V/F曲线，其可靠性高。但是，由于其属于速度开环控制方式，调速精度和动态响应特性并不是十分理想。尤其是在低速区域由于定子电阻的压降不容忽视而使电压调整比较困难，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。异步电动机存在转差率，转速随负荷力矩变化而变动，即使目前有些变频器具有转差补偿功能及转矩提升功能，也难以实现0.5%
13、的精度，所以采用这种V/F控制的通用变频器异步电机开环变频调速适用于一般要求不高的场合，如风机、水泵等机械。若开发高性能专用变频控制系统，此种控制方式不能满足系统要求4。(2) 矢量控制矢量控制是当前工业系统变频系统应用的主流，它是通过分析电机数学模型对电压、电流等变量进行解藕而实现的。针对不同的应用场合，矢量控制系统可以分为带速度反馈的控制系统和不带速度反馈的控制系统。矢量控制变频器可以分别对异步电动机的磁通和转矩电流进行检测和控制，自动改变电压和频率，使指令值和检测实际值达到一致，从而实现了变频调速，大大提高了电机控制静态精度和动态品质。转速精度约等于 0.5%，转速响应也较快。但其需要进
14、行复杂的数学计算以及速度传感器的安装，使得其稳定性大大的降低5。(3) 直接转矩控制除以上两种调速方式之外，国际学术界比较流行的电机控制方案研究还有致力于直接控制电机输出转矩的直接转矩控制(DTC)。将电机输出转矩作为直接控制对象，通过控制定子磁场向量控制电机转速。将直接转矩控制和矢量控制进行对比，单从原理上分析，直接转矩控制和矢量控制没有太大的区别。直接转矩控制的特征是控制定子磁链，是直接在定子静止坐标系下，以空间矢量概念，通过检测到的定子电压、电流，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的磁链和转矩，获得转矩的高动态性能。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量变换中的许多复杂计算，它也不需要模仿直流电动机的控制，从而也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，而只需关心电磁转矩的大小，因此控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易得到磁链模型，并方便地估算出同步速度信息，同时也很容易得到转矩模型，磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动
