電子技師專業(yè)論文參考
改進(jìn)直流電壓源供電方式的直接轉(zhuǎn)矩控制仿真
【論文摘要】本文設(shè)計(jì)了一種電壓可調(diào)的直流電源，把它應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究中。通過直流電源電壓的變化，可以方便地調(diào)節(jié)定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度。據(jù)此設(shè)計(jì)的模糊速度控制器可以極大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算。仿真結(jié)果顯示，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，魯棒性好，調(diào)速范圍寬。
1引言
直接轉(zhuǎn)矩控制是一種高性能的交流調(diào)速技術(shù)，它直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，簡(jiǎn)化了交流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。但是直接轉(zhuǎn)矩控制逆變器直流側(cè)電壓不可調(diào)節(jié)，因而極大地限制了直接轉(zhuǎn)矩控制的靈活性。同時(shí)，太多的零電壓矢量容易引起定子磁鏈的.畸變，導(dǎo)致定子磁鏈的估算復(fù)雜。本文針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)了一種新型的可調(diào)直流電壓源，從而使得直接轉(zhuǎn)矩控制更加靈活，定子磁鏈估算更簡(jiǎn)單。
本文立足于直接轉(zhuǎn)矩控制，通過改善逆變器直流電源增強(qiáng)其靈活性，通過設(shè)計(jì)模糊控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度響應(yīng)快，魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)速范圍廣。
2改進(jìn)的電源設(shè)計(jì)方案
在直接轉(zhuǎn)矩控制過程中，我們不能得到電壓幅值可變的直流電壓，這一點(diǎn)極大地限制了直接轉(zhuǎn)矩控制的靈活性。本文中，我們通過下圖所示的電壓可變的直流電源，基本上彌補(bǔ)了直接轉(zhuǎn)矩控制的這一缺點(diǎn)。其主電路圖如圖2—1。顯而易見，VT1～VT4分別負(fù)責(zé)斷通電壓為E、2E、3E、4E的直流電壓源。可以看出，如果我們用4位二進(jìn)制數(shù)字表示4個(gè)電力元件的開關(guān)控制信號(hào)，并且第0～3位分別控制電力開關(guān)元件VT1～VT4，則當(dāng)控制信號(hào)的十進(jìn)制碼為N時(shí)，直流電壓源的輸出電壓為N*E。只要我們適當(dāng)控制功率開關(guān)元件VT1、VT2、VT3、VT4，在逆變器的直流輸入端電壓就可以是最小直流電壓?jiǎn)卧狤的整數(shù)倍，這個(gè)整數(shù)大小在0～15之間。這樣一來就可以極大地改善直接轉(zhuǎn)矩控制的靈活性。
3設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3—1，其基本思路是：首先假設(shè)定子磁鏈幅值為額定值，則可以根據(jù)給定轉(zhuǎn)速確定直流電壓源的供電電壓；然后根據(jù)定子磁鏈的電壓——電流模型計(jì)算定子磁鏈的空間位置，確定開關(guān)組的狀態(tài)是否發(fā)生改變；最后根據(jù)速度誤差、加速度確定在對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量上是施加工作電壓還是施加零電壓。
在10%以上額定轉(zhuǎn)速，特別是30%以上額定轉(zhuǎn)速時(shí)，定子電壓——電流模型能夠比較精確地確定定子磁鏈［1］。圖2—1中直流電壓源的調(diào)整范圍為15∶1，我們不難估算出系統(tǒng)定子磁鏈恒定情況下的調(diào)速范圍為50∶1到150∶1之間。特別提醒的是，這里的調(diào)速范圍是指額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速的調(diào)速范圍，如果進(jìn)行弱磁調(diào)速，調(diào)速范圍將寬廣得多。
系統(tǒng)的最主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，沒有獨(dú)立的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)。其實(shí)，轉(zhuǎn)矩控制包含在加速度環(huán)節(jié)中。我們對(duì)速度進(jìn)行微分，得到加速度，就是考慮的轉(zhuǎn)矩控制問題。
4模糊控制器設(shè)計(jì)
對(duì)以上所述加以總結(jié)，可以設(shè)計(jì)出圖4—1的模糊控制器，圖4—1中Ψμg表示施密特觸發(fā)器定子磁鏈閾值，U為直流電壓源電壓，S是逆變器開關(guān)狀態(tài)。
4.1直流電源電壓選擇
根據(jù)定子電壓與定子磁鏈的關(guān)系式
數(shù))，頻率f對(duì)應(yīng)周期T。一個(gè)方波周期內(nèi)是分成6個(gè)階段的，在每一個(gè)階段，定子電壓都是一個(gè)常數(shù)，所以正六邊形磁鏈的一條邊長(zhǎng)可以寫成
4.2逆變器開關(guān)狀態(tài)確定
逆變器開關(guān)狀態(tài)由定子電壓空間矢量的位置確定，請(qǐng)參看參考文獻(xiàn)［1］。本文給出了逆變器輸出電壓選擇的模糊控制規(guī)則表如下：
5仿真結(jié)果
異步電機(jī)參數(shù)：p＝15kW，J＝0.076kgm2，Ls＝1.39mH，Lr＝0.79mH，Lm＝18.9mH，pm＝2，rs＝0.081Ω，rr＝0.055Ω時(shí)，下圖給出了速度仿真曲線。圖5—1是給定轉(zhuǎn)速200r／min，穩(wěn)定后突然增加負(fù)載的響應(yīng)曲線。圖5—2是給定轉(zhuǎn)速發(fā)生改變的響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)。
6總結(jié)
采用可調(diào)壓直流電源供電后，可以在全調(diào)速過程中采用定子電壓——電流模型確定定子磁鏈，因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，速度響應(yīng)快，魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)速范圍廣。但是直流電壓源中的串聯(lián)功率元件會(huì)增加系統(tǒng)功率損耗和復(fù)雜程度，卻是一個(gè)弱點(diǎn)。
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