無刷直流電機新型直接轉矩控制基礎研究

本項目以兩相導通無刷直流電機直接轉矩控制理論涉及的三個基礎問題：電壓矢量、定子磁鏈和電機轉矩為主要研究內容，開展了理論分析、仿真和實驗研究。電壓矢量方面，提出了基于“導通相相電壓合成矢量”的電壓矢量定義方法，澄清了全關矢量是零矢量的誤區(qū)，提出了適用于該系統(tǒng)的零矢量，分析了所提電壓矢量對轉矩的作用規(guī)律；定子磁鏈方面，研究了兩相導通條件下定子磁鏈的變化規(guī)律，給出了定子磁鏈幅值給定方法，指出了由于兩相導通條件下電機磁鏈和轉矩之間存在強耦合關系，轉矩控制結構中應省去磁鏈環(huán)以實現(xiàn)對轉矩的直接控制；電機轉矩方面，基于所定義的電壓矢量，提出了轉矩優(yōu)化控制方法；不同運行條件下的仿真和實驗結果均驗證了理論分析的正確性和所提方法的可行性。 本項目所獲得的研究成果，已發(fā)表論文13篇，其中EI檢索9篇，SCI檢索1篇，授權專利5項；培養(yǎng)研究生5名。本項目的研究成果進一步完善了兩相導通無刷直流電機直接轉矩控制理論，為該技術的進一步發(fā)展奠定了良好的理論基礎，所提出的控制方法對后續(xù)研究提供了有益的借鑒。 2100433B

直接轉矩控制技術在正弦波永磁同步電機上得到了成功應用，而在無刷直流電機上的研究還處于初級階段，現(xiàn)有理論對無刷直流電機在非正弦和關斷相條件下零矢量的定義，定子磁鏈的控制存在誤區(qū)，對轉矩調節(jié)器的優(yōu)化設計缺乏理論指導。本申請以兩相導通無刷直流電機直接轉矩控制系統(tǒng)為研究對象，指出現(xiàn)有理論中對零矢量的定義存在錯誤，對定子磁鏈的控制方法乃至是否需要控制等關鍵問題存在認識模糊，理論依據(jù)缺乏等問題，提出了一種真正意義上的零矢量，并對不同轉速，不同負載條件下零矢量的作用進行全面的理論分析和實驗驗證；全面比較現(xiàn)有理論中的“單閉環(huán)方案”和“雙閉環(huán)方案”的優(yōu)缺點，確定定子磁鏈的控制依據(jù)，提出定子磁鏈的控制方法；提出該系統(tǒng)中轉矩調節(jié)器定量優(yōu)化設計的方法，以達到電機轉矩動態(tài)性能好，轉矩脈動小的目的。本申請的成功研究有助于建立兩相導通無刷直流電動機直接轉矩控制新理論。

第1章緒論

1.1電力電子元器件的發(fā)展

1.2交流調速控制技術的發(fā)展

1.3直接轉矩控制的特點及研究現(xiàn)狀

1.3.1直接轉矩控制系統(tǒng)的主要特點

1.3.2直接轉矩控制的研究現(xiàn)狀

1.3.3直接轉矩控制技術展望

1.4直接轉矩控制技術的應用

1.4.1直接轉矩控制在挖掘機行業(yè)中的應用

1.4.2步進電動機直接轉矩控制在芯片顯微自動拍照系統(tǒng)中的應用

本章參考文獻

第2章異步電動機的直接轉矩控制

2.1電壓空間矢量

2.1.1逆變器的開關狀態(tài)

2.1.2電壓空間矢量的定義

2.1.3電壓空間矢量對定子磁鏈及電磁轉矩的影響

2.2直接轉矩控制異步電動機的數(shù)學模型

2.3傳統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng)的控制方式

2.3.1轉矩直接自控制（DSC）系統(tǒng)

2.3.2近似圓形磁鏈DTC系統(tǒng)

2.4異步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的建模與仿真

2.4.1系統(tǒng)仿真環(huán)境

2.4.2DTC中的通用單元

2.4.3轉矩直接自控制系統(tǒng)仿真

2.4.4近似圓形磁鏈控制系統(tǒng)仿真

2.5DSP在異步電動機直接轉矩控制中的應用

2.5.1控制系統(tǒng)的組成

2.5.2控制系統(tǒng)的軟件設計

2.5.3控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

本章參考文獻

第3章改善直接轉矩控制系統(tǒng)性能的措施

3.1定子磁鏈的觀測

3.1.1異步電動機的全階磁鏈觀測器

3.1.2磁鏈觀測器的求解方法

3.2死區(qū)效應分析及其補償方法

3.2.1死區(qū)問題概述

3.2.2死區(qū)效應分析

3.2.3死區(qū)效應軟件補償方法一

3.2.4死區(qū)效應軟件補償方法二

3.3低速轉矩脈動分析及其改善措施

3.3.1直接轉矩控制系統(tǒng)的低速轉矩脈動問題

3.3.2直接轉矩控制系統(tǒng)的轉矩變化規(guī)律

3.3.3定子磁鏈和轉矩的雙滯環(huán)控制

3.3.4轉矩脈動最小化控制器

3.3.5無死區(qū)逆變器及三點式磁鏈調節(jié)器

3.3.6轉矩控制器

3.4直接轉矩控制的啟制動方法

3.4.120°電壓空間矢量對電動機運行的作用

3.4.220°電壓空間矢量在啟動過程中的應用

3.4.3異步電動機直接轉矩控制啟動方法

3.4.4異步電動機直接轉矩控制的制動方法

3.5無速度傳感器技術在直接轉矩控制中的應用

3.5.1基于電動機模型的速度估計

3.5.2基于李雅普諾夫理論的速度自適應觀測器

3.5.3與磁鏈觀測器相結合的速度估計器

3.5.4基于神經(jīng)網(wǎng)絡的速度辨識原理

3.5.5無速度傳感器直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真實現(xiàn)

3.6統(tǒng)一磁鏈誤差矢量控制器

3.6.1異步電動機模型的簡化

3.6.2運行模式及統(tǒng)一磁鏈誤差矢量

3.6.3統(tǒng)一磁鏈誤差矢量控制方式

3.6.4系統(tǒng)仿真結構圖

3.6.5仿真結果及分析

本章參考文獻

第4章無刷直流電動機的直接轉矩控制

4.1無刷直流電動機直接轉矩控制原理

4.1.1無刷直流電動機的工作原理

4.1.2無刷直流電動機的數(shù)學模型

4.1.3無刷直流電動機的直接轉矩控制實現(xiàn)

4.2改進的無刷直流電動機直接轉矩控制

4.2.1改進型無刷直流電動機直接轉矩控制的空間電壓矢量選擇方法

4.2.2無刷直流電動機位置信號和單位反電勢的關系

4.3無刷直流電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的建模與仿真

4.3.1無刷直流電動機本體的建模仿真

4.3.2無刷直流電動機直接轉矩控制的仿真實現(xiàn)

4.3.3無刷直流電動機直接轉矩控制的仿真結果及分析

4.4無刷直流電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的設計

4.4.1系統(tǒng)硬件概述

4.4.2系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

本章參考文獻

第5章永磁同步電動機直接轉矩控制原理

5.1永磁同步電動機概述

5.1.1研究背景及意義

5.1.2永磁同步電動機的結構及特點

5.2永磁同步電動機直接轉矩控制原理

5.2.1永磁同步電動機的數(shù)學模型

5.2.2永磁同步電動機的直接轉矩控制實現(xiàn)

5.3最大轉矩電流比控制的實現(xiàn)

5.4PMSMDTC滑模變結構控制

5.5永磁同步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的建模與仿真

5.5.1永磁同步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真

5.5.2永磁同步電動機滑模變結構直接轉矩控制系統(tǒng)的仿真

本章參考文獻

第6章開關磁阻電動機的直接轉矩控制

6.1開關磁阻電動機的結構與基本原理

6.1.1開關磁阻電動機簡介

6.1.2開關磁阻電動機的基本工作原理

6.1.3開關磁阻電動機的基本方程式

6.1.4開關磁阻電動機在不同轉速下的運行特性

6.1.5開關磁阻電動機的基本控制方法

6.2開關磁阻電動機直接轉矩控制的策略

6.2.1空間電壓矢量的產生

6.2.2開關磁阻電動機直接轉矩控制的優(yōu)化

6.2.3SR電動機直接轉矩控制系統(tǒng)仿真

本章參考文獻2100433B

《直接轉矩控制理論及應用》適合于從事電力電子與電力傳動、電機及其控制專業(yè)的科研人員閱讀，也可以作為相關專業(yè)本科院校教師、研究生和本科生的教學參考。