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1、感应电机直接转矩控制系统的转矩脉动抑制技术研究 分类号 密级 U D C 编号 学 位 论 文感应电机直接转矩控制系统的转矩脉动抑制技术研究 指导教师姓名 申请学位级别工学硕士 学科、专业检测技术与自动化装置 论文提交日期2012年5月2012 年 月Research on Torque Ripples Suppression Techniques of Direct Torque Controlled Induction Motor Driving SystemDissertation Submitted toNanjing University of Technologyin partia
2、l fulfillment of the requirementsfor the degree ofMaster of EngineeringBySupervisor:May 2012摘 要直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）是在矢量控制之后提出的一种高性能的交流电机控制方法，具有系统结构简单、转矩的动态响应快和鲁棒性好等优点。传统的直接转矩控制存在较大的转矩脉动，这在很大程度影响了直接转矩控制系统的推广应用。本文在深入分析直接转矩控制基本原理的基础上，通过对转矩脉动的产生机制的研究，指出了影响转矩脉动的主要因素，包括转矩滞环宽度，采样周期，电压矢量等。通过理论分
3、析和仿真对比，得出了一定工况条件下产生转矩脉动的主要原因。为减小直接转矩控制系统的转矩脉动，分别采用转矩预测控制技术、离散空间矢量调制(DSVM)技术和基于PI调节器的空间矢量调制(SVM)技术来减小系统的转矩脉动。其中转矩预测控制根据转矩的动态误差计算出一个采样周期内的非零电压矢量作用时间，周期剩余时间作用零电压矢量，从而完成周期控制；DSVM-DTC在传统DTC基础上对电压矢量大小进行细分，采用5级转矩滞环比较器，并制定了不同转速下的开关表；SVM-DTC采用磁链和转矩PI调节器分别来代替传统DTC中影响转矩脉动的滞环比较器，利用两个PI调节器输出的参考电压矢量在定子磁链坐标系上的电压分量
4、，并结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术来实现对电机转矩以及磁链的控制。在此基础上，采用MATLAB建立了相应的控制仿真模型，通过仿真比较了三种控制方法的转矩脉动抑制效果。仿真结果表明三种控制技术都能有效地减小转矩脉动，其中离散空间矢量调制技术比转矩预测控制在减小转矩脉动方面作用更明显，且控制方法简单，易于实现。基于PI调节器的空间矢量调制技术转矩脉动抑制效果最为理想，磁链圆轨迹更平滑，系统的调速性能优良。电机运行试验是在以TMS320F2812为控制芯片，二极管整流桥和IGBT逆变桥组成功率驱动电路的测试平台上进行的，采用C语言编写控制系统的软件。完成了DSVM-DTC运行实验，实验结果表
5、明该方法可有效降低直接转矩控制系统的转矩脉动。关键词： 感应电机 直接转矩控制 转矩脉动 转矩预测控制 离散空间矢量调制 空间矢量调制ABSTRACTDirect Torque Control (DTC) which is a high-performance control of induction motor after the Vector Control was put forward, and it has simple system structure, fast response of torque and robust characteristics. However, tra
6、ditional DTC has high torque ripple, and the further development and application of DTC are set back by this problem.Based on the detailed analysis of the basic principle, after analyzing mechanism of torque ripple in this paper, several main factors that influence torque variation are found, includ
7、ing hysteresis width of torque, sampling period and voltage vector. Through theory analysis and simulation contrast, main reasons which produce torque ripple is reached in a certain working conditions. In order to reduce torque ripple, torque predictive control technology, discrete space vector modu
8、lation (DSVM) technology, and based on PI regulator of space vector modulation (SVM) technology are proposed in DTC system. Torque predictive control based on dynamic error of torque to compute voltage vector duration of a sampling period, and the rest of the sampling time for zero voltage vector, t
9、hus completing the cycle control; Voltage vectors are subdivided in DSVM-DTC based on traditional DTC, five step torque hysteresis controller is used, and switch tables in different speeds are made; PI regulators of flux and torque in SVM-DTC are used to replace hysteresis controllers of traditional
10、 DTC, voltage components in stator flux axes are determined by PI regulators of flux and torque, and space vector pulse width modulation(SVPWM) method are used to control flux and torque. Finally, the paper uses MATLAB for establishing simulation model of the three control strategies to compare in t
11、erms of reducing torque ripple. The simulation results show that the three control techniques all can effectively reduce the torque ripple. DSVM is more obvious to reduce the torque ripple than torque predictive control, and DSVM which is simple is easy to implement. Based on PI regulators of space
12、vector modulation techniques is the most ideal to suppress torque ripple, the circular trajectory of flux is more smooth , and the performance of system is the most excellent.The paper uses the digital processors（DSP）TMS320F2812 as the core of the system mentioned, composes power main circuit by dio
13、de rectifier bridge and IGBT inverter bridge, and uses C language to complete software design of control system. It finishes experimental research for DSVM-DTC system on motor test platform, and experiment results show that the method can effectively reduce the torque ripple.KEY WORDS: induction mot
14、or; direct torque control; torque ripple; torque predictive control; discrete space vector modulation; space vector modulation; I目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 课题研究背景及研究意义11.2 直接转矩控制技术及研究现状21.2.1 直接转矩控制技术的产生及发展21.2.2 直接转矩控制技术的特点21.3 感应电机直接转矩控制系统的转矩脉动抑制方法概述31.4 论文主要研究内容及章节安排4第二章 感应电机直接转矩控制的基本原理62.1 感应电机
15、的数学模型62.2 直接转矩控制的基本原理72.2.1 空间电压矢量的形成82.2.2 定子磁链的控制92.2.3 电磁转矩的控制102.3 典型感应电机直接转矩控制系统的分析112.3.1 磁链和转矩的观测122.3.2 滞环控制器132.3.3 磁链所在扇区判断152.3.4 开关状态选择表162.4 本章小结18第三章 直接转矩控制系统的转矩脉动产生机制和影响因素分析193.1 直接转矩控制转矩脉动产生机制分析193.2 转矩脉动的各种影响因素分析203.3 仿真结果与对比分析213.3.1 滞环宽度影响223.3.2 采样周期影响233.3.3 转速影响253.4 本章小结26第四章 直接转矩控制的转矩脉动抑制技术研究274.1 转矩预测控制274.1.1 转矩预测控制原理
