電子技師論文

　　改進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)計的模糊速度控制器可以極大地簡化系統(tǒng)設(shè)計和計算。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)，它直接在定子坐標系下分析交流電機的數(shù)學模型，控制電動機的轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈，簡化了交流調(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，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。本文針對這種情況設(shè)計了一種新型的可調(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其靈活性，通過設(shè)計模糊控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)速度，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，速度響應(yīng)快，魯棒性好，抗干擾能力強，調(diào)速范圍廣。
　　2改進的電源設(shè)計方案?
　　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，基本上彌補了直接轉(zhuǎn)矩控制的這一缺點。其主電路圖如圖2—1。顯而易見，VT1～VT4分別負責斷通電壓為E、2E、3E、4E的直流電壓源�？梢钥闯觯�如果我們用4位二進制數(shù)字表示4個電力元件的開關(guān)控制信號，并且第0～3位分別控制電力開關(guān)元件VT1～VT4，則當控制信號的十進制碼為N時，直流電壓源的輸出電壓為N*E。只要我們適當控制功率開關(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單元E的整數(shù)倍，這個整數(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，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)的最主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，計算量小，在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，沒有獨立的轉(zhuǎn)矩控制環(huán)節(jié)。其實，轉(zhuǎn)矩控制包含在加速度環(huán)節(jié)中。我們對速度進行微分，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?
　　對以上所述加以總結(jié)，可以設(shè)計出圖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對應(yīng)周期T。一個方波周期內(nèi)是分成6個階段的，在每一個階段，定子電壓都是一個常數(shù)，所以正六邊形磁鏈的一條邊長可以寫成?
　　
　　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，請參看參考文獻［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，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。
　　
　　?
　　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)簡單，計算速度快，速度響應(yīng)快，魯棒性好，抗干擾能力強，調(diào)速范圍廣。但是直流電壓源中的串聯(lián)功率元件會增加系統(tǒng)功率損耗和復(fù)雜程度，卻是一個弱點。
　　

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