基于dsvm感应电机直接转矩控制的dsp实现毕业论文设计Word格式.docx

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感应电机的离散空间矢量直接转矩控制研究

摘要

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术，采用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算并控制转矩和磁链，以获得转矩的高动态性能，相比于矢量控制，它省去了复杂的矢量变换，克服了对电机转子参数的依赖性，具有转矩响应快的优点，本文给出一种感应电机离散空间矢量调制直接转矩控制（DSVM-DTC）的数字实现方法，详细阐述了以TI公司的TMS320F2812作为控制器核心的直接转矩变频调速系统的软 

、硬件设计方案。

实验结果表明，DSVM技术可有效减小转矩脉动，改善电流和磁链波形，且保持了一般直接转矩控制方法转矩动态响应快的优点。

关键词：

直接转矩控制；

离散空间矢量调制；

转矩脉动；

TMS320F2812

Aresearchfordiscretespacevectormodulationdirecttorquecontrolofinductionmotordrives

Abstract

Abstract:

DirectTorqueControl，followingthevectorcontroltechnique,isanemergingtechniqueinthefieldofACMotorsspeedcontrol.Usingthespacevectoranalysismethod,theDTCtechniquecalculatesandcontrolsthetorqueandfluxlinkageinthestatorcoordinatesysteminordertoobtainhigherdynamictorqueperformance.ComparisonofvectorcontrolDTCeliminatestheneedofcomplexvectortransform,overcomethedependencytorotorparameters，andhasanadvantageoffasttorqueresponse，adigitalimplementationmethodofdiscretespacevectormodulationdirecttorquecontrol（DSVM-DTC）systemofinductionmotorsispresented.ThesoftwareandhardwaredesignschemeofDTCdrivingsystemusingtheTMS320F2812isinvestigatedindetails.Theexperimentresultsshowthattorqueripplearesignificantlyreduced,thewareformofcurrentandfluxlinkageareimprovedeffectivelyandthetechnologyofDSVMcontrolkeeptheadvantageoffasttorqueresponseofDTC.

Keywords:

directtorquecontrol;

discretespacevectormodulation;

torqueripple;

TMS320F2812

第一章绪论

1.1电机拖动技术的发展

电气传动装置在当今社会发展中起着极为重要的作用，它能实现转矩，转速，加速度，位置等多种控制，应用于现代生活生产的众多领域。

对于多数机械负载，若采用可调速控制方式，不但能改善其性能，还能打打提升生产效率和工作效率，大量节省能量消耗。

如今随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流电机控制的硬件得以简化，另一方面，新的控制理论的发展应用，特别是矢量控制方法和直接转矩控制方法的应用，使得交流调频技术获得越来越广泛的应用，因此研究感应电机的调速控制方法显得尤为重要。

现代常规领域中的感应电机控制方法有转子磁场定向矢量控制（FieldOrientationControl--FOC）和直接转矩控制（DirectTorqueControl--DTC）

1.1.1矢量控制

上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke等人首先提出了异步电机转子磁场定向矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题，使得交流调速系统在静、动态性能上与直流传动相媲美。

矢量控制是基于动态模型的高性能感应电机调速控制方案，它以矢量变化和转子磁链定向，得到等效的直流电动机模型，实现了对交流电动机转速和磁场控制的完全解藕，这样就使感应电动机的变频调速系统具有了直流调速系统的全部优点。

1.1.2直接转矩控制

随着交流调频技术的发展，1985年德国鲁尔大学的DeoPenbrock教授提出了直接转矩控制的理论，其特点是直接在定子坐标系下计算并空房子电机的转矩和磁通，相比于矢量控制，直接转矩控制的计算控制简单、调速特性受电机参数变化的影响较小、实际性能较好的达到理论分析结果。

控制思想简单，系统结构简明，静、动态性能优良，在理论和实际应用上得到了迅速的发展[1]。

直接控制转矩与著名的矢量控制的方法不同，其控制方式是采用空间矢量的分析方法，通过转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值作带滞环比较，把转矩波动限制在一定的容差范围内，借助离散的两点式调节生成PWM信号直接对逆变器进行最佳控制，实现磁链转矩的直接控制。

1.2课题研究的现状

1.2.1直接转矩控制发展现状

直接转矩控制有以下几个主要特点：

（1）直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，不要模仿直流电机的控制，也不要为解耦而简化交流电动机的数学模型，系统简单明了，直接实现控制电机的磁链和转矩。

（2）控制磁场定向所用的是定子磁链，大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化的影响，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。

（3）采用空间矢量的方法来分析三相交流电机的数学模型和控制其各物理量，易于实现全数字化。

（4）直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。

包含有两层意思：

①直接控制转矩；

②对转矩的直接控制。

综上所述,直接转矩控制算法的分析在静止的定子坐标系中进行，没有了复杂的坐标变换和电流调节器。

它通过每个采样周期中的瞬时误差对定子磁链与电磁转矩进行直接控制。

尽管整个控制系统结构简单明了，但能够产生非常快的动态响应。

如今在最简单的DTC算法中，涉及到的感应电机参数只有定子电阻，因此电机参数的波动对整个系统的控制性能影响很小。

它的控制结构简单，控制思想新颖，控制手段直接，信号处理的实现方式和物理概念明确。

并且控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速方法。

但是直接转矩控制自然也有其不完善之处，目前，定子磁链观测器、转矩观测器是其研究的难点之一，其次传统DTC的一个明显缺点是产生的转矩波动较大。

因此已经出现了多种改进技术。

其中一种有效的方法是采用空间矢量调制（SVM）技术，本文将对这种空间矢量脉宽调制的数字实现展开研究。

1.2.2基于DSVM直接转矩控制发展现状

传统的直接转矩控制技术的主要问题是低速时转矩脉动大。

为了降低和消除低速时的转矩脉动，提高转速、转矩控制精度，扩大直接转矩控制系统的调速范围，近些年来提出了许多新型的直接转矩控制系统。

采用空间矢量调制（SVM）技术可有效减少传统DTC的转矩脉动。

SVM在每个采样周期中，求得能够恰好补偿当前定子磁链误差与转矩误差的参考电压矢量，该参考电压矢量由2个相邻的基本工作电压矢量及零电压矢量合成得到。

采用SVM技术后的DTC系统输出转矩脉动大大减小，但该算法要求的实时计算量很大，硬件要求高。

为此，人们提出了DSVM技术，把一个采样周期分为多个时间段，每个时间段输出不同的电压矢量，从而可以在一个周期内组合成多个不同的电压矢量，这就扩大了对电压矢量的选择范围，增大了选择合适电压矢量的机会。

将一个采样周期分成的时间段越多，可以合成的电压矢量数目就越多，控制越精细，但实现更复杂。

应用离散空间矢量技术后的DTC系统输出转矩波动小，控制性能得到极大提高。

该控制策略可以减小电机磁链和转矩波动，电流波形正弦度好，有助于提高电机运行效率。

所以异步电机的DSVM—DTC控制策略有良好的应用前景，成为现代交流传动界的研究热点，

1.3课题研究的目的和意义

随着工业生产的发展，交流电机的控制技术的使用越来越广泛，控制要求也越来越高，本课题以实际试验设计验证基于离散空间矢量技术的直接转矩控制的各项性能，改善了部分数字实现程序，证明控制方法的正确性，减小传统直接转矩控制中的磁链和转矩脉动，改善了电机动态性能，为实际应用提供了理论指导。

1.4本文研究的主要内容和章节安排

本论文的主要内容是通过查阅了大量的国内外相关文献，很好地掌握了直接转矩控制的基本原理以及系统设计的基本方法，熟悉以TMS320LF2812为核心的硬件电路，熟悉使用CodeComposerStudio集成开发环境，实现离散空间矢量直接转矩控制的数字实现方案，利用试验软、硬件平台，完成电机的调速控制，并对试验结果进行分析研究。

毕业设计主要内容：

第一章介绍本课题的发展状况，主要介绍了直接转矩控制和离散空间矢量技术（DSWM）发展状况和未来的发展趋势。

第二章构建了感应电机在各种坐标系下的数学模型，为下面的实验和算法打下坚实的理论基础。

第三章介绍了基于离散空间矢量（DSWM）技术的直接转矩控制的基本原理和系统结构，是文章的重点部分，给出了离散空间矢量技术的算法实现。

第四章系统的硬件设计包括驱动板和控制板的选择和外围电路的相关介绍。

第五章系统的软件设计主要包括实验程序的编写和实验平台的使用。

第六章实验结果和总结，并对以后的工作进行了展望。

第二章感应电机的数学模型

感应电机交流调速系统的控制方式非常复杂，如果要确定最佳的控制方式，必须对系统动、静态性能进行充分而有效的研究。

作为交流调速控制系统中的一个重要环节，感应电机的特性显得极为重要，为把握系统的主要关系，在研究其数学模型时我们常作如下假设[1]：

（1）定子铁芯为各向同性、分布均匀的圆筒状线性铁磁媒质，转子为各向同性、分布均匀的圆柱状线性铁磁媒质，定子转子同轴且等长；

（2）忽略空间谐波。

设三相绕组对称，空间互差120度电度角，所产生的磁

动势沿气隙圆周正弦分布；

（3）忽略铁心涡流，磁路饱和及磁滞损耗，忽略其它杂散损耗，各绕组的自感和互感都是线性的；

（4）不考虑频率和温度变化对电机绕组电阻的影响，简化电机模型公式。

因此，三相异步电动机的物理模型可用图2-1表示

、

图2-1三相异步电动机的物理模型

以A相绕组的轴线为空间参考坐标轴，转子a轴和定子A轴问的电角度为空间角变量，我们规定磁链和各绕组相电压、电流的正方向符合电机惯例和右手螺旋定则。

由此，我们可得到在三相静止坐标系A、B、C上的三相异步电动机的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。

定子电压方程：

（2-1）

转子电压方程：

（2-2）

则可以将绕组的电感和电流作为变量，采用矩阵的描述方式来描述定子绕组的磁通链方程：

（2-3）

其中，为转子，定子各相得自感，，为定