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1、南京工业大学本科生毕业设计（论文） 毕业设计(论文) 课题名称基于在线搜索控制器的感应电机效率优化院 (系)专 业自动化姓 名学 号起讫日期指导教师I基于在线搜索控制器的感应电机效率优化摘 要感应电机变频驱动系统效率优化控制已经引起国内外学者的广泛关注，现有的方法大致可分为四类：基于简单状态变量的效率优化控制（SSC），基于搜索法的效率优化控制（SC）,基于电机损耗模型的效率优化控制（LMC），以及结合以上几种方法特点的混合优化控制（HC）。上述上述效率优化策略各具特色，但是不管哪一种方法，其本质都是采用在轻载时降低电机磁通水平以减小铁心损耗的方法实现效率的提升。为了减小损耗本文采用在线搜索控
2、制的方法来实现效率的最优。目前在线搜索的方法分为三类。一混合在线式直流最小功率模糊搜索效率优化控制算法（FLSC）,二黄金分割法，三梯度法。“黄金分割法”的收敛速度较快，但其磁链的波动程度仍较大，因此本文采用单调递减法来实现效率最优化。单调递减法在线搜索最小输入功率运行点，依据这一事实，即输入功率是定子磁链的凹函数，存在一个全局最优点。算法沿着输入功率减小的方向逐渐增加或减少定子磁链，确定最优点可能存在的区间，然后改变步长搜索直至满足终止条件，便达到最优点。这种方法兼有收敛速度快和对参数变化鲁棒行强的优点，是一种颇具发展前途的感应电机效率优化控制策略。仿真结果证明这种方法具有算法简单、对电机参
3、数变化鲁棒性强的优点，很好的提高电机运行效率。关键词： 感应电机 直接转矩控制 在线搜索 仿真Loss Minimization in Scalar-Controlled Induction Motor Drives with Search ControllersAbstractInduction motor variable frequency drive system efficiency optimization control has attracted wide attention from scholars, Existing methods can be divided into
4、 four categories: efficiency based on a simple state variable optimal control (SSC), the efficiency of search-based optimal control method (SC), the efficiency loss model based on optimization of motor control (LMC), and with more than a few Ways characteristic mixture of optimal control (HC). The e
5、fficiency of the optimization strategies with different features, but no matter which method, and its essence is used at light loads, reducing the level of the motor flux method to reduce the core losses to achieve efficiency gains.To reduce the loss of this control method using online search to ach
6、ieve the optimal efficiency. The current method of online search into three categories. The first hybrid DC minimum power line efficiency optimization control algorithms for fuzzy search (FLSC), the second golden section method, and the third gradient method. Golden Section of the convergence speed,
7、 but the volatility of the flux is still large, the gradient method used to achieve this efficiency optimization. Gradient Method to search for using the minimum input power operating point, based on the fact that the input power is the stator flux of the concave function, there is a global optimum.
8、 Algorithm along the direction of the input power decreases gradually increase or decrease the stator flux, determine the most advantage of the possible range, then change the search step until a terminating condition, we will achieve the most benefits .This method is both fast convergence and robus
9、tness of the parameters of the advantages of strong lines, is a quite promising strategy for induction motor efficiency optimization control. Simulation and experimental results show that this method not only has the loss model controller optimization speed advantages, but also has the search parame
10、ters of the robust controller of the advantages of strong lines, is the speed control system for induction of electrical engineering to attract the minimum loss of control rather Force method.Key words: induction motor; direct torque control; search control; simulation显示对应的拉丁字符的拼音III目录基于在线搜索控制器的感应电机
11、效率优化2摘 要2Abstract3第一章 绪论61.1课题研究的目的及意义61.2感应电机效率优化研究的现状91.3 主要工作及章节安排12第二章 直接转矩控制的基本原理122.1感应电机的数学模型122.2定子电压矢量的作用与定子磁链轨迹142.3开关电压矢量的合理选择172.4.1开关电压矢量查询表182.4直接转矩控制系统结构图192.5本章小结20第三章 在线搜索控制效率优化的方法213.1单调递减法213.2梯度法223.3黄金分割法243.4 本章小节26第四章 在线搜索效率优化Matlab仿真274.1 基于Matlab的直接转矩控制的建模274.1.1仿真平台的概述274.1
12、.2 MATLAB/SIMULINK及其Power System Blockset 工具箱简介284.2感应电机直接转矩控制仿真模块的建立294.2.1感应电机直接转矩控制系统的仿真模型294.2.2考虑铁损感应电机的模块294.2.3 3/2电流和电压仿真模型314.2.4定子磁链仿真模型324.2.5速度控制仿真模型334.2.6单调递减法效率优化模型334.3单调递减搜索法的仿真结果及分析344.3.1仿真结果344.3.2仿真分析374.4本章小结38第五章 结 语39参考文献40致谢42V第一章 绪论1.1课题研究的目的及意义感应电机具有体积小、重量轻、成本低、坚固耐用、免维护等优点
13、，是电动汽车驱动电机极具竞争力的选择。23作为响应迅速、控制精度的主流高性能调速方案，按磁场定向的矢量控制策略在汽车点驱动系统中以得到广泛的应用。然而，对于电动汽车、空间电驱动装置等运动控制系统来说，除要求上述高控制性能外，还必须极大限度地提高驱动系统的效率，有效地利用有限的能量。然而，标准矢量控制存在轻载低效的缺陷，使其在此类场合中的应用遇到新的挑战。感应电机效率优化控制已经引起国内外学者的广泛关注，现有的方法大致分为四类1：基于简单状态变量的效率优化控制（SSC），基于搜索法的效率优化控制（SC），基于电机损耗模型的效率优化控制（LMC），以及结合以上几种方法特点的混合优化控制（HC）。上
14、述效率优化策略各具特色，但是不管是哪一种方法，其本质都是采用在轻载时降低电机磁通水平以减小铁芯损耗的方法来实现效率的提升。磁通水平的降低不可避免地带来转矩输出能力的减弱，进而使矢量控制的响应速度大打折扣，必须采取一定措施改善其动态性能。目前已有的效率优化及快速动态响应算法的文献中，对感应电机运行于恒转矩区，即基频以下的情形分析较多，一般在稳态时利用优化算法提高效率，进入动态过程即退出优化，采取某种方法实现转矩的快速提升以改善动态响应的速度。然而，许多运动控制系统在高速下仍然期望有较高的动态响应速度，如电动汽车在高速公路上的超车加速时间就是评价其动力性能的重要指标。恒转矩区常采用的磁通恢复额定、
15、定子电流动态分配等方法，因受运行条件及电压限制等因素而无法直接扩展到高速区。目前，基频以上的研究集中在最大转矩输出能力上，主要是对标准矢量控制的弱磁策略的分析和改进，得到的结论基本都是基于稳态分析的，未对电机转矩响应能力进行探讨。本文主要采用在线搜索控制来实现效率最优化。感应电机在电动汽车驱动中得到了广泛的应用。1.2感应电机效率优化研究的现状随着经济的发展，用电量不断提高，对各种电设备的效率要求也越来越高，电动机在现代工业中起着基础作用，是工农业生产和日常生活中耗电量做多的一种电气设备。据资料统计，三相感应电机拖动着90%以上以电为能源的运动机械。因此，研究电动机特别是感应电机的节能措施，提高其运行效率，对节约能源有着重要的现实意义。理论和实践以证明电动机的效率与负载率密切相关。在实运行中，由于电动机产品容量的不连续性、安全系数选择过高等因素，使电动机的额定功率总是超过最大可能的峰值负载
