模糊控制在直接轉(zhuǎn)矩控制體系概述與應(yīng)用

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1、模糊控制在直接轉(zhuǎn)矩控制體系概述與應(yīng)用第一章緒論1.1交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀本論文研究的對(duì)象為交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。在20世紀(jì)30年代，變頻調(diào)速就己經(jīng)被認(rèn)為是交流異步電動(dòng)機(jī)的一種較好的調(diào)速方法，但由于當(dāng)時(shí)硬件設(shè)備條件的限制，變頻調(diào)速技術(shù)沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。60年代，隨著控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速裝置研制成功，交流調(diào)速技術(shù)重新受到人們的重視，成為電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向。90年代以來，隨著新型電力電子器件的產(chǎn)生、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論和智能控制理論在電機(jī)控制技術(shù)中的應(yīng)用，交流調(diào)速技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其調(diào)速性能可以和直流調(diào)速技術(shù)性能相媳美，

2、并且已經(jīng)逐步取代直流調(diào)速技術(shù)。交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)從誕生至今先后出現(xiàn)了以下四種主要的調(diào)速控制系統(tǒng)。V/F=C(常數(shù)）控制。V/F=C(常數(shù)）控制屬于開環(huán)控制，是最簡(jiǎn)單的交流變頻調(diào)速控制策略，是一種標(biāo)量控制，通過在控制過程中保持V/F為常數(shù)來保持定子磁鏈的恒定。其缺點(diǎn)是：該控制方式不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，只是控制了電機(jī)的氣隙磁通，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與直流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)相比差距很大[4]。(2)轉(zhuǎn)差頻率控制。轉(zhuǎn)差頻率控制引入了轉(zhuǎn)速閉環(huán)，使轉(zhuǎn)速變化頻率與實(shí)際轉(zhuǎn)速同步上升或下降，與V/F=C(常數(shù)）控制相比，加減速比較平滑，更使系統(tǒng)穩(wěn)定。因此，轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)基本達(dá)到了直流調(diào)速雙閉環(huán)控制系

3、統(tǒng)的調(diào)速性能。但是，它是從電機(jī)的穩(wěn)態(tài)方程得到的，并不能真正控制動(dòng)態(tài)過程的電磁轉(zhuǎn)矩，在動(dòng)態(tài)性能方面仍然存在缺陷[4]。(3)矢量控制。也稱為磁場(chǎng)定向控制。1.2直接轉(zhuǎn)矩控制綜述1.2.1直接轉(zhuǎn)矩控制的提出1977年A.B.Piunkett在IEEE雜志上提出了直接轉(zhuǎn)矩控制思想。但當(dāng)時(shí)對(duì)瞬時(shí)定子磁鏈的檢測(cè)沒有一個(gè)很好的解決方法，使其實(shí)現(xiàn)起來頗為困難而未曾引起廣泛的注意。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的Depenbrock教授通過對(duì)瞬時(shí)空間理論的研究，首次提出了直接轉(zhuǎn)矩控制的理論DSC(DirectSelf-Control),接著1987年把它應(yīng)用到弱磁調(diào)速范圍。這種控制方法是使定子磁鏈按照

4、正六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)，由于六個(gè)非零電壓空間矢量與正六邊形的六條邊分別相對(duì)應(yīng)，因此可以通過三個(gè)施密特觸發(fā)器來切換逆變器的六個(gè)工作狀態(tài)，直接利用六個(gè)非零電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)磁鏈軌跡控制。同矢量控制技術(shù)相比，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)拋棄了解稱的思想，省去了復(fù)雜的坐標(biāo)變換，克服對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)依賴性強(qiáng)的缺點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制不通過電流、磁鏈等間接控制轉(zhuǎn)矩而是對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，控制思想新穎，性能優(yōu)良，受到了人們的極大關(guān)注。這種技術(shù)在大功率的交流電氣傳動(dòng)機(jī)車-成功地得到應(yīng)用樂此勝.控制方式中定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡是正六邊形，故轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大，電流、電壓波形畸變也較嚴(yán)重，低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更大大，在一定程度

5、上限制了直接轉(zhuǎn)矩控制性能應(yīng)用場(chǎng)合。隨后日本學(xué)者I.Takahashi也提出了類似的控制方案，并獲得了令人振奮的控制效果。它被認(rèn)為是DSC的改進(jìn)。這種方法通過實(shí)時(shí)觀測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的誤差，結(jié)合電機(jī)定子磁鏈的位置來選擇相應(yīng)的電壓幵關(guān)矢量在原理上幾乎完全與DSC相同，然而，它的定子磁鏈軌跡卻是接近于圓形，而不是像DSC中為6邊形。由于磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓形，電流、電壓中的波形要遠(yuǎn)好于DSC，但控制系統(tǒng)比DSC復(fù)雜一些，因而在中小功率場(chǎng)合獲得廣泛應(yīng)用。第二章交流異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型與DTC系統(tǒng)基本原理2.1交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變

6、量系統(tǒng)。在研究異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，常作如下的假設(shè)：(1)忽略空間諧波；(2)忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的；(3)忽略鐵芯損耗；(4)不考慮頻率和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響。無論電機(jī)轉(zhuǎn)子是鼠籠式還是繞線式的，都把它等效成繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的每相阻數(shù)都相等。實(shí)際電機(jī)繞組被等效為如圖2.1所示的三相感應(yīng)電機(jī)的物理模型。圖中，定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的，以A軸為參考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度0為空間角位移變量。當(dāng)定子繞組通入三相交流電時(shí)將產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)出電流，感應(yīng)的電流產(chǎn)生

7、一個(gè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，于是轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)跟著定子磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)，也就是轉(zhuǎn)子跟著定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。這就是異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。交流異步電機(jī)的三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，求解這組非線性方程十分困難。通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知三相變量只有兩相是獨(dú)立的，由此可知，三相數(shù)學(xué)模型并不是交流異步電機(jī)最簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)描述，所以為了計(jì)算和分析的方便，通過坐標(biāo)變換的方式用兩相繞組模型等效代替三相繞組模型。2.2電壓空間矢量和逆變器就逆變器電路而言，一個(gè)電壓空間矢量代表的是逆變器的一種開關(guān)狀態(tài)組合，總計(jì)共有八種不同方式的開關(guān)狀態(tài)組合。