论文总字数：13989字

摘 要

关键词：异步电动机、直接转矩控制、仿真

Abstract：With the continuous development of control technology, the control technology of asynchronous motor emerges in endlessly. Modern control technology, information control technology, electronic technology theory and other technologies are gradually mature. These related technologies make the speed control technology of alternating current motor emerge endlessly. Vector control, constant voltage ratio control and direct torque control are commonly used. Based on the comparison of these control technologies, the direct torque control of asynchronous motor is selected to be discussed and studied in this paper. Starting from the three-phase asynchronous motor, this paper establishes the mathematical model of the asynchronous motor and studies the mathematical equation of each dynamic model of the motor, analyses the control function of the stator voltage vector of the asynchronous motor, then studies the principle of direct torque control, and then analyses its system structure chart, then familiarizes and understands its working principle and uses, and summarizes it briefly. The system is simulated with MATLAB, and the operation of the system is analyzed according to the simulation results, which proves the feasibility of direct torque control.

Key words: asynchronous motor, direct torque control, simulation

目录

1 绪论 4

1.1 课题研究的背景、意义和目的 4

1.2 直接转矩控制的由来 4

1.3 直接转矩控制技术的发展与改进 5

1.4 本文主要内容 5

2 交流异步电动机数学模型 5

2.1 异步电动机三相动态模型的数学方程 6

2.2 电动机变量的空间矢量 7

2.3 定子磁链和电磁转矩依赖定子电压矢量的控制作用 10

2.3.1 影响定子磁链 10

2.3.2 影响电磁转矩 11

3 异步电动机直接转矩控制的原理 12

3.1 异步电动机的控制方法 12

3.1.1 恒压频比控制 12

3.1.2 矢量控制 12

3.1.3 直接转矩控制 12

3.2 异步电动机直接控制转矩系统结构 13

3.2.1 直接转矩控制的基本结构 13

3.2.2 直接转矩控制和矢量控制的比较 16

4 异步电动机直接转矩控制的仿真 18

4.1 仿真系统及参数设置 18

4.1.1 速度控制器 19

4.1.2 直接转矩和磁通控制控制器 19

4.1.3 参数设置 20

4.2 仿真过程 21

4.3 仿真结果分析 24

总结 25

致谢 26

参考文献 27

1 绪论

1.1 课题研究的背景、意义和目的

现如今，电动机可以说是非常普遍了。在日常出行、工业大型设备等领域中，电机可以说是最重要最基础的一部分。过去的时间里，大多数采用直流电动机，不仅制作复杂、体积大、费用高， 而且在运行中容易产生换向火花、发生环火故障。直流电动机利用率低，浪费能源远远不能适应现代社会高动态性能、节能的要求。而交流电机不存在换向和环火问题，因而交流电机动态性能优越、能源利用率高、价格相对实惠等优点。到目前，交流电机比直流电机应用更加广泛。随着技术的进步和性能的提高，交流拖动系统大有完全取代直流拖动系统的趋势。统计表明，在社会上使用的电机中，功率在220KW以下并且是中小型交流感应异步的电机占八成以上^[3]。

目前我国这方面技术还和国外有着不小的差距，我国的电机驱动系统的能源利用率较低，比国外的平均水平低20%，为了国家能源和经济考虑，必须不断研究和改进交流调速系统^[1]。

总体来说，我们对直接转矩控制的研究和国外还有一定的差距，但是研究直接转矩控制有着重要的实际意义和前景，直接转矩控制是未来的主打控制方法，体现在它的超宽调速，极高性能，高准确度。可想而知，我们对直接转矩控制的探讨研究是很有意义的。

1.2 直接转矩控制的由来

矢量控制首先是借助转子磁链定向和同步旋转坐标系实现磁链与转矩的解耦，然后通过两个独立的子系统分别对磁链和转矩进行控制。但要真正实现解耦控制住，要求同步旋转坐标系的直轴必须严格定向在转子磁链上。一旦定向不准确，矢量控制下的异步电动机所获得的动态性能将大大折扣^[4]。转子磁链定向的准确程度取决于异步电动机的参数，尤其是转子参数。通常，由于异步电动机的转子参数受电机内部的温度变化以及集肤效应等的影响，运行过程中采用的转子参数很难与实际相符，最终结果会出现类似于他励直流电机电刷偏离物理中性线的情况，对矢量控制下的异步电机的动态性能影响较大，因此需要一种不需要对磁链与转矩的解耦并且这个系统的性能不能随着转子参数的变化而变化影响的确切方案^[10]。

1.3 直接转矩控制技术的发展与改进

伴随着社会的不断进步，技术自然而然也在更新换代，所以直接转矩控制技术日益进步也是必然。直接转矩控制发展不免遭遇瓶颈，自从现代控制理论与智能控制理论的出现，该技术取得了飞跃性突破；与此同时，由于高性能的数字处理器（DSP）的诞生，所以它提供了物质基础，使得改进DTC变得更加简单高效。但是直接转矩控制算法的不足还是存在，为此在各个国家的研究成果下，直接转矩控制技术改进主要是以下几点^[6]：

⑴电机参数。电机参数是控制算法的基本量，电机参数的测量方法是通过堵转和空载实验得出，然而要将其实施起来麻烦且代价昂贵，在工业生产中不适合广泛应用。电机参数的获取主要包括两个方面，第一，在启动前就为控制算法的提供离线辨识；第二，在电机运行后，对其在线辨识和参数校正。

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