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异步电机直接转矩控制,摘 要作为现代工业中不可缺少的动力装置，异步电动机的高性能调速和智能化控制已成为该研究领域的研究热点。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后出现的又一种新型高性能交流变频调速技术，其因控制手段直接，系统响应快，鲁棒性好，具有优良的动、静态特性等特点，受到了业界的广泛关注。本文首先介绍了交流调速技术的发展概况，然后分析了异...
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内容介绍
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摘 要
作为现代工业中不可缺少的动力装置，异步电动机的高性能调速和智能化控制已成为该研究领域的研究热点。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后出现的又一种新型高性能交流变频调速技术，其因控制手段直接，系统响应快，鲁棒性好，具有优良的动、静态特性等特点，受到了业界的广泛关注。
本文首先介绍了交流调速技术的发展概况，然后分析了异步电动机的动态数学模型，接着详细阐述了基本直接转矩控制原理。为了减小低速时磁链、转矩脉动，本文引入了空间矢量脉宽调制技术；为了提高转子转速的稳定性，本文用模糊神经网络算法对转子转速PI控制器进行优化；为了节约系统成本，节省安装空间，本文用模型参考自适应算法对转子转速进行估计，以实时跟踪实际转子转速。MATLAB/Simulink仿真结果表明本文的改进系统具有低脉动，小超调，高稳态精度的优点。
在仿真研究的基础上，本文又完成了异步电动机直接转矩控制系统的软、硬件设计。其中，硬件部分主要包括以TMS320F2812为核心的主电路，检测电路和键盘显示电路。软件部分是基于CCS3.3平台的C程序，主要包括主程序和中断服务程序，其中直接转矩控制算法是在中断服务程序中完成。最后，本文完成了异步电机的变频调速实验，实验结果表明，本文所设计的控制方案能够满足高性能电机调速系统的要求。
关键词：异步电机；直接转矩控制；空间矢量脉宽调制；模糊神经网络；模型参考自适应；TMS320F2812
Abstract
As a kind of indispensable power equipment in modern industry, asynchronous motor with high-performance speed control and intelligent control which has become the research focus of researches in this area. Direct torque control is another new type of high performance AC variable frequency technology after vector control. It has been widespread concern in the industry because of its direct control means, fast system response, good robustness, and excellent dynamic and static characteristics.
Firstly, in this thesis, the development of AC speed regulating technology was reviewed. Then, it analyzed asynchronous motor’s dynamic mathematics model and elaborated the basic principle of direct torque control system. In order to reduce the flux and torque ripple of ac motor operating on low speed, the paper introduced the SVPWM technology. In order to improve the stability of rotor speed, the paper optimized the traditional PI controller by using the algorithm of fuzzy neural network. In order to save system costs and save installation space, the paper estimated rotor speed using MARS algorithm, which could real-time track the actual rotor speed. The results of simulation under Matlab/Simulink software environment validated that the improvement system in this paper has low ripples, small overshoot, and high stability advantages.
Based on the simulation, this paper completed the design of software and hardware of asynchronous motor direct torque control system, In Which, Hardware part mainly included main circuit with a core of TMS320F2812 MCU, detection circuit and keyboard display circuit, and software part were C codes depended on CCS3.3 platform, mainly including main program and interrupt service program, and the DTC algorithm was realized in the interrupt service program. Finally, asynchronous motor variable frequency speed regulation experiment was done in this paper. The experiment results show that the control scheme can be satisfied the requirements of high-performance motor speed regulation system.
Key words：Asynchronous motor; Direct torque control; SVPWM; Fuzzy neural network; MARS; TMS320F2812
目 录
摘 要 I
ABSTRACT III
第1章 绪论 1
1.1 交流调速系统的发展概况 1
1.1.1 交流电机变频控制策略的发展 1
1.1.2 PWM调制技术的发展 2
1.1.3 无速度传感器技术的发展 3
1.2 课题的研究背景及意义 5
1.3 论文研究的主要内容及结构安排 6
第2章 异步电机基本DTC系统的研究 7
2.1 异步电机数学模型 7
2.1.1 坐标变换 7
2.1.2 异步电机动态模型 9
2.2异步电机的基本直接转矩控制 10
2.2.1 直接转矩控制基本原理 10
2.2.2 异步电机基本DTC系统 12
2.3 基本DTC系统的仿真分析 13
2.4 本章小结 17
第3章 异步电机SVM-DTC系统的研究 18
3.1 参考电压矢量 18
3.2 空间电压矢量调制方案 20
3.2.1 参考电压矢量扇区判断 20
3.2.2 基本电压矢量作用时间 22
3.2.3 基本电压矢量作用顺序 23
3.3 SVM_DTC系统实现和仿真分析 26
3.4 本章小结 29
第4章 异步电机直接转矩控制系统的智能化研究 30
4.1模糊控制理论 30
4.2模糊神经控制理论 31
4.3模糊神经PI控制器 33
4.4 智能DTC系统仿真分析 35
4.5 本章小结 38
第5章 MARS无速度传感器的研究 39
5.1 模型参考自适应法 39
5.1.1 参考模型和可调模型 39
5.1.2 自适应律 40
5.2 MARS无速度传感器仿真 44
5.3 本章小结 46
第6章 异步电机DTC调速系统的实现 47
6.1 系统的硬件设计 47
6.1.1 整流逆变电路 47
6.1.2 驱动电路 48
6.1.3 过流保护电路 50
6.1.4 定子电压检测电路 51
6.1.5 定子电流检测电路 51
6.1.6 转子速度检测电路 52
6.1.7键盘、显示电路 53
6.2 系统的软件设计 53
6.2.1 初始化程序 54
6.2.2 键盘、显示程序 55
6.2.3 保护程序 56
6.2.4 定时器1中断程序 56
6.2.5 定时器3中断程序 57
6.3 实验结果及分析 59
6.4 本章小结 61
总结与展望 63
参..
作为现代工业中不可缺少的动力装置，异步电动机的高性能调速和智能化控制已成为该研究领域的研究热点。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后出现的又一种新型高性能交流变频调速技术，其因控制手段直接，系统响应快，鲁棒性好，具有优良的动、静态特性等特点，受到了业界的广泛关注。
本文首先介绍了交流调速技术的发展概况，然后分析了异步电动机的动态数学模型，接着详细阐述了基本直接转矩控制原理。为了减小低速时磁链、转矩脉动，本文引入了空间矢量脉宽调制技术；为了提高转子转速的稳定性，本文用模糊神经网络算法对转子转速PI控制器进行优化；为了节约系统成本，节省安装空间，本文用模型参考自适应算法对转子转速进行估计，以实时跟踪实际转子转速。MATLAB/Simulink仿真结果表明本文的改进系统具有低脉动，小超调，高稳态精度的优点。
在仿真研究的基础上，本文又完成了异步电动机直接转矩控制系统的软、硬件设计。其中，硬件部分主要包括以TMS320F2812为核心的主电路，检测电路和键盘显示电路。软件部分是基于CCS3.3平台的C程序，主要包括主程序和中断服务程序，其中直接转矩控制算法是在中断服务程序中完成。最后，本文完成了异步电机的变频调速实验，实验结果表明，本文所设计的控制方案能够满足高性能电机调速系统的要求。
关键词：异步电机；直接转矩控制；空间矢量脉宽调制；模糊神经网络；模型参考自适应；TMS320F2812
Abstract
As a kind of indispensable power equipment in modern industry, asynchronous motor with high-performance speed control and intelligent control which has become the research focus of researches in this area. Direct torque control is another new type of high performance AC variable frequency technology after vector control. It has been widespread concern in the industry because of its direct control means, fast system response, good robustness, and excellent dynamic and static characteristics.
Firstly, in this thesis, the development of AC speed regulating technology was reviewed. Then, it analyzed asynchronous motor’s dynamic mathematics model and elaborated the basic principle of direct torque control system. In order to reduce the flux and torque ripple of ac motor operating on low speed, the paper introduced the SVPWM technology. In order to improve the stability of rotor speed, the paper optimized the traditional PI controller by using the algorithm of fuzzy neural network. In order to save system costs and save installation space, the paper estimated rotor speed using MARS algorithm, which could real-time track the actual rotor speed. The results of simulation under Matlab/Simulink software environment validated that the improvement system in this paper has low ripples, small overshoot, and high stability advantages.
Based on the simulation, this paper completed the design of software and hardware of asynchronous motor direct torque control system, In Which, Hardware part mainly included main circuit with a core of TMS320F2812 MCU, detection circuit and keyboard display circuit, and software part were C codes depended on CCS3.3 platform, mainly including main program and interrupt service program, and the DTC algorithm was realized in the interrupt service program. Finally, asynchronous motor variable frequency speed regulation experiment was done in this paper. The experiment results show that the control scheme can be satisfied the requirements of high-performance motor speed regulation system.
Key words：Asynchronous motor; Direct torque control; SVPWM; Fuzzy neural network; MARS; TMS320F2812
目 录
摘 要 I
ABSTRACT III
第1章 绪论 1
1.1 交流调速系统的发展概况 1
1.1.1 交流电机变频控制策略的发展 1
1.1.2 PWM调制技术的发展 2
1.1.3 无速度传感器技术的发展 3
1.2 课题的研究背景及意义 5
1.3 论文研究的主要内容及结构安排 6
第2章 异步电机基本DTC系统的研究 7
2.1 异步电机数学模型 7
2.1.1 坐标变换 7
2.1.2 异步电机动态模型 9
2.2异步电机的基本直接转矩控制 10
2.2.1 直接转矩控制基本原理 10
2.2.2 异步电机基本DTC系统 12
2.3 基本DTC系统的仿真分析 13
2.4 本章小结 17
第3章 异步电机SVM-DTC系统的研究 18
3.1 参考电压矢量 18
3.2 空间电压矢量调制方案 20
3.2.1 参考电压矢量扇区判断 20
3.2.2 基本电压矢量作用时间 22
3.2.3 基本电压矢量作用顺序 23
3.3 SVM_DTC系统实现和仿真分析 26
3.4 本章小结 29
第4章 异步电机直接转矩控制系统的智能化研究 30
4.1模糊控制理论 30
4.2模糊神经控制理论 31
4.3模糊神经PI控制器 33
4.4 智能DTC系统仿真分析 35
4.5 本章小结 38
第5章 MARS无速度传感器的研究 39
5.1 模型参考自适应法 39
5.1.1 参考模型和可调模型 39
5.1.2 自适应律 40
5.2 MARS无速度传感器仿真 44
5.3 本章小结 46
第6章 异步电机DTC调速系统的实现 47
6.1 系统的硬件设计 47
6.1.1 整流逆变电路 47
6.1.2 驱动电路 48
6.1.3 过流保护电路 50
6.1.4 定子电压检测电路 51
6.1.5 定子电流检测电路 51
6.1.6 转子速度检测电路 52
6.1.7键盘、显示电路 53
6.2 系统的软件设计 53
6.2.1 初始化程序 54
6.2.2 键盘、显示程序 55
6.2.3 保护程序 56
6.2.4 定时器1中断程序 56
6.2.5 定时器3中断程序 57
6.3 实验结果及分析 59
6.4 本章小结 61
总结与展望 63
参..
