使用空间矢量调制(SVM - DTC 直接转矩控制的异步电动机)(2008)

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空间电压矢量的异步电机直接转矩控制的研究的开题报告

空间电压矢量的异步电机直接转矩控制的研究的开题报告

空间电压矢量的异步电机直接转矩控制的研究的开题报告一、课题背景异步电机作为一种广泛使用的电动机,其控制方式也在不断地发展与完善。

直接转矩控制(DTC)是一种新型的控制方式,能够在不需要转速和位置传感器的前提下,实现异步电机的高性能控制。

同时,DTC也能够显著提高异步电机的转矩响应能力,适用于各类工业控制场合。

空间电压矢量(SVPWM)技术是现代电机控制技术的一项重要内容,其优点是可以减小交流谐波、提高电机效率,具有鲁棒性和高控制精度等特点。

因此,将SVPWM技术与DTC技术相结合,可以实现异步电机的高性能控制。

本课题旨在研究异步电机的直接转矩控制和空间电压矢量控制相结合的控制策略,并通过仿真实验验证该控制策略的有效性和性能表现。

二、课题研究目的1. 了解异步电机的基本原理和常用控制策略;2. 研究直接转矩控制技术和空间电压矢量控制技术的原理及其优缺点;3. 研究异步电机直接转矩控制与空间电压矢量控制相结合的控制策略;4. 建立异步电机直接转矩控制与空间电压矢量控制相结合的仿真模型,并进行仿真实验;5. 评估该控制策略对异步电机性能的影响和优化控制效果。

三、课题研究内容和思路1. 异步电机控制基础知识和直接转矩控制技术的原理研究;2. 空间电压矢量控制技术的研究,并分析其在异步电机控制中的应用;3. 异步电机直接转矩控制与空间电压矢量控制相结合的控制策略研究;4. 建立异步电机直接转矩控制与空间电压矢量控制相结合的仿真模型,并进行仿真实验;5. 分析控制策略的有效性和性能表现,并进行优化。

四、课题预期成果1. 学习掌握异步电机直接转矩控制和空间电压矢量控制技术的基本原理和应用;2. 对异步电机直接转矩控制和空间电压矢量控制相结合的控制策略有深入的了解;3. 建立异步电机直接转矩控制与空间电压矢量控制相结合的仿真模型;4. 分析该控制策略对异步电机性能的影响和优化控制效果;5. 撰写一篇学术论文,并进行学术汇报。

异步电动机的SVMDTC控制

异步电动机的SVMDTC控制

同,这一点对于直接转矩控制系统尤为重要;从图5{
(b)和图6(b)可以看出,在转子电阻参数变化情况}
下,观测器也能实现磁链跟踪,而且稳态跟踪误差几!
圈4蠡为正整数时观测器极点变化轨迹
乎为零,由此看出转子电阻参数变化对定子磁链稳i霆 态值几乎没有影响;由此看出,在单自由度极点配置;皇
方法下,全阶磁链观测器对定、转子参数变化具有很l税 强的鲁棒性。从图7、图8可以看出,与BAsIc—DTc;髻


(2)
X=
||}2l 七3I

后32 I|}42
(7)
SVM—DTC利用转矩和磁链的偏差通过两个PI
调节器,分别生成电压空间矢量的切向分量和径向 分量,然后由SVM生成逆变器的开关信号,使得转
kl
矩和磁链脉动大大减少。与基本直接转矩控制不
同,sVM—DTC不是用查表的方式来实现电压空间
3状态观测器极点配置方法
系统矩阵A一解的极点位置"墙J。如果所选矩阵A 一胛的特征值使得误差向量的动态特性渐进稳定
且足够快,则任意误差向量都将以足够快的速度收
敛于零(原点)。误差向量e的收敛速度取决于系
统矩阵A一翮的极点位置,通过增益矩阵K可以配
置观测器需要的任意极点位置。 式(7)的增益矩阵K有八个位置参数,极点配
置极为复杂,文献[9]把其参数缩减为四个,文献
图6定子磁链误差
这样,增益矩阵只有一个参数,在新型配置方法 情况下,极点配置更为方便快捷有效。
从图3可以看出,观测器的极点是共轭复极点,
其对应分量是衰减振荡的。极点值的实部决定观测
器的快速性,虚部与实部之比决定观测器的稳定性。 从图4可以看出,当五从l增加到1l(增量为1)时,

基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

基于恒定开关频率空间矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

万方数据 万方数据 万方数据列(N·m0-2竹、)ImO.10O.050.010.0l0.020.03t,s(b)SVM∥I’C图5PMSMDTC系统的动态性能仿真结果Fig.5Simlllateddynamic心spons鳟ofPMSMDTCsystems同。

多次仿真结果显示有时略慢于常规DTc,这是因为SVMDTC复杂控制方式的数字实现过程造成的。

图7、8给出了0~1300r,IIl:in速度指令下两种DTC系统的空载起动性能,其起动时间会因PI参;嬲;℃’:少喇:藉秽州M*F~"w定子融链苇蚤萋1.rWp摹0一转.{矿_定子-臌链5m“格5ms,]|各(a)D1℃(b)SVMDTC图6PMSMDTC系统的动态性能实验结果Fig.6E】|【perimentaldy咖mictorque心sp∞s鹤ofPMSMDTCsyst咖s’l陟;≯]k;i..!i—…■…]懈WbO.1OTt|(N·mO一2||..……..:……….}...。

.~.i.~..i一……..r…’■一■…一……一…O0.02(a)D,I℃.7OO.020.04珧——1OO.020.04珧(b)SVMDTC图7PMSMDTC系统的空载起动过程仿真结果I哺g.7Simulateds“IrtingperfbrmanceofPMSMDTCsystems数的不同而有所变化,但总体上两系统起动响应时间大致相同,不过PMSMSVMDTC的起动性能对速度环中PI调节器参数更为敏感。

图9、10为两系统的稳态运行性能,电机的给定速度、定子磁链幅值分别为1300r/IIlin和0.118Wb。

从图中可见,常图8PMSMDTC系统的空载起动过程实验结果Fig.8Exp抵ntalstartingperfo皿皿a玳e0fPMSMDTCsystemsf0.040.06f,s,l,(r,IIlin)lOooO.06(a)E们If(b)SVMEITC图9PMSMDTC系统的稳态性能仿真结果Fig.9SimulatedsteadyperfbrmanceofPMSMDTCsysteIns图10PMSMDTC系统的稳态性能实验结果Fig.10E】甲eI恤entalsteadyper重bnnanceofPMSMDTCsystems篓墨菩寸200叫格图11PMSMSVMDTC系统中A相电流波形Fig.11Ph嬲eAcurnntinSVMDTCforPMSMsys蛔吡咄赫¨7.蜀咖。

基于空间矢量调制的电励磁同步电动机DTC研究

基于空间矢量调制的电励磁同步电动机DTC研究

基于空间矢量调制的电励磁同步电动机DTC研究电励磁同步电动机直接转矩控制空间矢量调制改进电压模型励磁控制1引言电励磁同步电动机以其效率高、功率因数高且可以调节等优点,在工业生产机械传动,特别是在大功率传动中广泛应用。

1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授和日本学者I. Takahashi 针对于异步电机提出了一种全新的交流电机调速控制理论—DTC[1],引起了学术界极大的兴趣和关注。

DTC在异步电机上应用较早,但直至1998年才有学者对电励磁同步电动机的DTC进行研究。

传统的双滞环控制方法,不仅在低速时存在电流与转矩脉动大,而且电机稳态性能也受到影响。

为了克服上述传统DTC的缺点,针对异步电机和永磁同步电机DTC系统已经提出了一些解决方案,其中研究较多的是利用空间矢量调制的方法。

与PMSM相比,电励磁同步电机转子阻尼绕组的存在使得电机暂态电感很小,同时转子上还存在励磁绕组,它与定子绕组相互耦合,使得其调节原理更加复杂,因此本文对电励磁同步电动机DTC进行了研究[2]。

2同步电动机空间SVM-DTC策略直接转矩控制利用逆变器六个开关管的“开关特性”直接对电动机的转矩进行控制,即根据电动机的实际电磁转矩与给定转矩的关系,直接选择逆变器的开关状态,从而输出合适的电压空间矢量。

它不需要复杂的矢量变换,其控制结构简单,物理概念明确,转矩响应迅速,电机磁场可以接近圆形,谐波小,开关损耗小,但它也存在转矩脉动较大的不足[3, 4]。

本文使用基于空间矢量调制的空间电压矢量DTC的策略解决上述电流与转矩脉动大的问题。

2.1 电励磁同步电动机的数学模型同步电动机运行过程中,其定子电压与定子磁链在旋转d-q坐标系的方程及电磁转矩T e的方程为(1)(2)(3)(4)(5)其中,u sd,u sq为定子电压矢量u s在d-q坐标系下的分量,Ψsd,Ψsq与Ψδd,Ψδq分别为定子磁链矢量Ψs与气隙磁链矢量Ψδ在d-q坐标系下的分量。

永磁同步电机控制策略研究及仿真

永磁同步电机控制策略研究及仿真

永磁同步电机控制策略研究及仿真一、本文概述永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)因其高效率、高功率密度、良好的控制性能等特点,在工业、交通、家电等领域得到了广泛应用。

随着电力电子技术和控制理论的发展,对PMSM的控制策略的研究也日益深入,旨在实现电机的高性能、高效率和可靠性。

本文主要针对永磁同步电机的控制策略进行研究和仿真分析。

本文首先对永磁同步电机的基本原理和控制方法进行了综述,包括电机结构、运行原理、数学模型等,为后续控制策略的研究奠定了基础。

详细讨论了几种常见的PMSM控制策略,如矢量控制(Vector Control)、直接转矩控制(Direct Torque Control, DTC)、模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)等,分析了各种控制策略的优缺点及其适用场合。

接着,本文针对某特定应用背景,提出了一种改进的PMSM控制策略。

该策略在传统控制方法的基础上,引入了先进的控制算法和优化技术,旨在提高系统的动态性能、稳态性能和抗干扰能力。

本文还通过仿真实验,验证了所提控制策略的有效性和优越性。

二、永磁同步电机基本原理与特点永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)是一种利用永磁体作为磁场源,实现电能与机械能相互转换的装置。

其基本原理基于电磁感应和磁场相互作用,通过控制定子电流产生的磁场与转子永磁体磁场之间的相互作用,实现电机的旋转运动。

高效率:由于使用永磁体作为磁场源,无需额外的励磁电流,因此电机在运行时具有较低的损耗和较高的效率。

高功率密度:永磁体的使用使得电机能够在较小的体积内实现较高的功率输出,适用于需要紧凑设计的应用场景。

良好的调速性能:通过控制定子电流的频率和相位,可以实现对PMSM的精确速度控制,满足宽范围调速的需求。

低维护成本:永磁体通常具有较高的磁能积和稳定性,使得电机在运行过程中无需频繁更换磁极,降低了维护成本。

异步电动机的SVM—DTC控制

异步电动机的SVM—DTC控制
关键词 : A I — T S M— T ; B SC D C;V D C 磁链观测器 中图分类号 : M3 3 T 4 文献标识码 : A 文章编号 :04 7 1 (0 1 1 — 0 7 0 10 — 0 8 2 1 )2 03 — 3
Di e tTo q e Co t o o n u t n M o o s d o p c c o o u a i n r c r u n r l r I d c i t r Ba e n S a e Ve t r M d l t f o o
Ke r s BAS C T S y wo d : I —D C: VM — TC; u b e e D l f xo sr r v
0引 言
直接转矩控制是异步 电动机高性能 的控制方 法。文献 [ ] 1 提出基本直接转矩控制( A I— T ) B SC D C 的方案 , 但转矩脉动与磁链脉动一直制约着直接转 矩控制系统的性能。文献 [ ] 2 采用精细开关选择表 减轻 了转矩脉动和磁链脉动, 没有从根本 上解决 但 问题 。本文采用空间电压矢量调制与直接转矩控制 相结合( V D C 的方法 , S M— T ) 以减 小转矩和磁链脉 动, 利用全 阶磁链观测器观测定 子磁链 以提高观测 精度 , 并提 出一种单 自由度极点 配置方法实现磁链 观测器的极点配置。仿 真结果表明 , 系统不但实现 了转矩和磁链的定量控制, 降低 了转矩脉动和磁链
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A s atF rh i datg fh aidrc t q ecnrl B SC D C)soqeadf xr pe h nirn , b t c:o eds vnaeo ebs i to u ot ( A I — T ,tru n u p l w e s r t a t c e r o l i tu

异步电机控制策略

异步电机控制策略

异步电机控制策略1. 矢量控制 (Vector Control)矢量控制是一种常用的高性能控制策略,可以实现对异步电机转速和转矩的精确控制。

它通过对电机的电流和转子磁链进行测量和控制来实现。

矢量控制可以实现电机的恒定转矩运行,提高电机的动态响应性能,并且可以在额定转矩下实现变速运行。

2.感应电动机-电动车流量控制感应电动机减速限流技术是目前电动车用异步电机驱动技术中使用较多的一种技术,通过减小电动车感应电机输入端电流来减小异步电动机的负载,从而达到更好的减速控制效果。

特点是简单易行,容易控制。

当然有些轮速传感器放在电动车前轮变速器,具有实施过程时间延迟的不足,这势必对策略调整过程的过程控制产生很大冲击。

3.直接转矩控制(DTC)直接转矩控制是一种相对较新的控制策略,它可以实现对异步电机转矩和转速的直接控制,而无需通过传统的电流环和速度环。

DTC可以实现电机的快速动态响应和高精度转矩跟踪。

它基于对电机状态向量的直接控制,可以对电机的电流、转速和转矩进行精确的控制。

4.感应电机-电动车逆时针控制感应电动机-电动车逆时针电流控制技术是一种通过控制逆变器电流分量,实现电右旋转矩调整的技术。

采用较高的功率因数界定机构,不仅以自适应结构识别器,良好的参数解偏技术精确的输出到逆变器,确保逆变器具有正常输出。

5.空间矢量调制(SVPWM)空间矢量调制是一种逆变器控制技术,可以实现对直流电源的逆变,从而控制异步电机的转速和转矩。

SVPWM可以使逆变器输出的电压和电流更加平滑,从而提高电机的效率和控制精度。

它可以通过在不同的空间矢量区域中改变逆变器的输出电压和频率来实现。

在实际应用中,根据系统要求和性能需求,可以选择合适的异步电机控制策略。

不同的控制策略有不同的优点和适用范围,可以根据具体情况选择最合适的控制方案。

同时,随着电机控制技术的不断发展,未来可能会出现更多新的异步电机控制策略,以满足不断变化的应用需求。

基于矢量控制和直接转矩控制特点的异步电动机系统

基于矢量控制和直接转矩控制特点的异步电动机系统

基于矢量控制和直接转矩控制特点的异步电动机系统摘要:自从七十年代初和八十年代中期,基于矢量控制和直接转矩控制的高性能交流电机控制技术已经达到了成熟的高度。

本文提出了一种新的控制系统,是提供一个高性能三相异步电动机系统基于矢量控制和直接转矩控制的异步电动机基础上提出的。

享有控制系统的矢量控制和直接转矩控制部分的优势,避免了一些执行上的困难。

尤其是所提出的控制系统包括一个电流矢量控制开关表。

根据控制系统电机的广泛比较及绩效评估,尽管其结构相对简单,但其超过矢量控制或直接转矩控制的有效性及其局部优势。

一、引言高性能交流电机系统的控制已经达到了成熟水平,即基于七十年代初和八十年代中期产生的矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)两种控制方法。

这两种方法都包括许多不同的方案,现在提供快速动力学方面的优良的性能特点,如准确的稳态运行。

尽管有这些相似之处,VC 和DTC 很大差别,在各自所实施的方式中,至少在原来的VC 和DTC 计划,像转矩和磁通脉动和逆变器开关频率的电机系统的的细节是相当不同的。

更重要的是,这两种方法的原则只是一部分。

这些差异主要是文献中提出的比较分析,是VC 和DTC 到目前为止差异的焦点。

VC 和DTC 进行的比较,主要侧重于性能分析。

最近已在寻找自己的原则进行,VC 和DTC 的比较搜索作为其表演的迅捷和准确性的主要原因为根本的共同基础的相似之处。

本文简要回顾了最近的一种方法,在VC 和DTC 的比较中,主要强调他们的共同点,实现替代的电机控制方法。

然后提出了一种新的控制方法,即高性能三相异步电动机系统结合VC 和DTC 选定的优点。

一个比较典型的是感应性能分析下所提出的控制方法,异步电机下VC 和DTC 控制方法是通过大量的计算机模拟。

二、VC 和DTC 的共同点在本部分中,回顾一下VC 和DTC 之间的类比。

这进一步证明,VC 和DTC 有一个共同的特点,尽管其实施存在差异。

正如矢量控制系统表明:d r K =ψ d i r ψ ∝d i r ψ∆∝∆q i e T =q K q i e T ∝q i ∆e T ∝∆q i其中d K 和q K 取决于电机参数的变化。

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Direct Torque Control of Induction Motor Using Space Vector Modulation (SVM-DTC)
Emre Ozkop, Student Member, IEEE Dept. of Electrical and Electronics Engineering Karadeniz Technical University 61080 Trabzon, Turkey eozkop@.tr
I.
INTRODUCTION
Hale Waihona Puke Induction Motors (IMs) are widely used in highperformance drives. Its history is very extensive and also control is important in applications. There are many IMs in a number of industrial, commercial and domestic applications of variable speed drives. Since IMs demands well control performances: precise and quick torque and flux response, large torque at low speed, wide speed range, the drive control system is the most sensitive point of IMs [1]. DTC is method to control machine with utilizing torque and flux of motor controlled. The basic DTC scheme consists of two comparators having different features, switching table, Voltage Source Inverter (VSI), flux and torque estimation block and IM. Like a every control method has some advantages and disadvantages, DTC method has too. Some of the advantages are lower parameters dependency, making the system more robust and easier implements and the disadvantages are difficult to control flux and torque at low speed, current and torque distortion during the change of the sector in d-q plane, variable switching frequency, a high sampling frequency needed for digital implementation of hysteresis controllers, high torque ripple. The torque ripple generates noise and vibrations, causes errors in sensorless motor drives, and associated current ripples are in turn responsible for the EMI. The reason of the high current and torque ripple in DTC is the presence of hysteresis comparators together the limited number of available voltage vectors [2]. To reduce the torque
Abstract- In this study, direct torque control (DTC) of induction motor is evaluated based on space vector modulation (SVM). DTC is a method to control machine with utilizing torque and flux of motor controlled. The torque and current ripple are occurred in the conventional DTC. Reason of undesired torque and current ripple is low number of voltage vectors applied to the motor controlled by the conventional DTC technique. SVMDTC is a technique to reduce the ripple. SVM techniques have several advantages that are offering better DC bus utilization, lower torque ripple, lower total harmonic distortion in the AC motor current, lower switching loss, and easier to implement in the digital systems. Simulation results from the classical and improved DTC are presented and compared. Result shows that the torque, flux linkage and stator current ripple are decreased with the improved DTC.
Halil I. Okumus, Member, IEEE Dept. of Electrical and Electronics Engineering Karadeniz Technical University 61080 Trabzon, Turkey okumus@.tr
ripple, the stator flux vector change, which is demanded to compensate the torque and flux errors, determination should be done and also any voltage vector should be produced by the control mechanism. If a higher number of voltage vectors than those used in conventional DTC is used, the favorable motor control can be obtained. Because of complexity of power and control circuit, this approach is not satisfactory for low or medium power applications. One of the methods to increase the number of available vectors is an on-line modulation between active and null vectors [2]. In order to overcome the problem, the SVM-DTC and DSVM-DTC methodologies were proposed [3]. The basis of the SVM-DTC methodology is the calculation of the required voltage space vector to compensate the flux and torque errors exactly by using a predictive technique and then its generation using the SVM at each sample period [3]. There are different SVM techniques, which are Direct-Reverse SVM, DirectDirect SVM, Direct-Direct with Vnull=[000], Direct-Direct with Vnull=[111] in industry applications [4]. The choice of the SVM technique to be used will depend on the optimization criteria under consideration, whether it is the torque/current ripple, the harmonic losses or the switching losses. II. CONTROL METHOD A. Conventional DTC DTC method has been first proposed for induction machines. DTC technique introduced by Takahashi and Noguchi [5] for low and medium power application and DTC technique introduced by Depenbrock [6] for high power application are popular in industry. DTC strategy is quite different from that of the field orientation control (FOC) or vector control, which does not need complicated coordination transformations and decoupling calculation [7]. The basic model of the conventional DTC induction motor scheme is shown in Figure 1. Two stator currents (iSA and iSB) and DC-bus voltage VDC are sampled. d-q components of stator voltage and current space vectors in the stationary reference frame and also magnitude of the stator flux and electric torque are calculated as shown below [3].
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