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摘 要

感应电机变频调速系统有两种主要的控制方法，一种是矢量控制技术，另一种是直接转矩控制技术。其中，直接转矩控制技术是一种高效、动态性能优越的新型技术，具有鲁棒性好，抗干扰能力强等优点，可广泛应用于交流电机控制系统。在感应电机直接转矩控制系统的实现过程中，定子磁链和转速的准确估计对调速系统的性能有重要影响。本文研究直接转矩控制系统中的状态观测器设计问题。

论文首先介绍了感应电动机变频调速方法，分析了矢量控制和直接转矩控制两种高性能电机控制方法的优缺点，并对几种常用的状态估计方法进行了比较。针对一类采用滞环比较器和开关逻辑表实现的直接转矩控制系统，设计了一种滑模状态观测器。该观测器具有鲁棒性好、动态响应迅速等优点。采用Lyapunov稳定性理论，证明了观测器渐近稳定。将设计的滑模观测器应用于感应电机直接转矩控制系统中，采用Matlab/SimPowerSystems建立系统仿真模型，控制仿真结果表明本文设计的滑模观测器能够准确地估计定子磁链和转速，感应电机直接转矩控制系统的调速性能优良。

关键词：感应电机 直接转矩控制系统 滑模观测器 定子磁链估计 转速估计

The State Observer Design of Induction Motor Variable Frequency Driving Systems

Abstract

Induction motor variable frequency driving system has two methods to control, one is the vector control technology, another is direct torque control technology. The direct torque control technology is efficient highly, and the dynamic performance of it is superior. It has some advantages such as good robustness and strong anti-jamming ability, etc. And the direct torque control technology can be widely used in alternating current machine control system. In the implementation process of induction motor direct torque control system, the accurate estimate of the stator flux and speed have important effects on the performance of driving system. In this paper, we study the state observer design of the direct torque control system.

Paper introduces the induction motor frequency control methods firstly, the advantages and disadvantages of the vector control technology and direct torque control technology, and several common state estimation methods are compared. Direct torque control system use hysteresis comparator and switching logic table to achieve, and a sliding mode observer is designed. The observer has a good robustness, fast dynamic response, etc. Using Lyapunov stability theory to prove asymptotically stable of the observer. The sliding mode observer is applied to induction motor direct torque control system, use Matlab / SimPowerSystems to establish system simulation model, The simulation results show that the sliding mode observer can estimate the stator flux and speed accurately, induction motor direct torque control system has excellent driving performance.

Key word: induction motor; direct torque control; sliding mode observer; stator flux estimation; speed estimation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.1.1感应电机变频调速系统 1

1.1.2矢量控制 1

1.1.3直接转矩控制 2

1.2状态估计的类型 2

1.2.1磁链观测器 2

1.2.2速度观测器 4

1.3本课题主要研究内容和各章节的安排 5

第二章 直接转矩控制方法 7

2.1直接转矩控制的基本原理 7

2.2逆变器的开关状态 9

2.3直接转矩控制的实现方式 11

2.3.1典型的直接转矩控制(Classical—DTC) 11

2.3.2直接转矩控制的空间矢量调制方法 14

2.4本章小结 16

第三章 滑模观测器的设计 17

3.1感应电机模型 17

3.2滑模观测器 17

3.3观测器稳定性分析 18

第四章 基于滑模观测器的直接转矩控制系统仿真 20

4.1 Matlab仿真软件介绍 20

4.2基于滑模观测器的直接转矩控制系统仿真模型 20

4.3控制仿真结果与分析 22

第五章 总结与展望 25

参考文献 26

致 谢 28

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.1.1感应电机变频调速系统

电机按照电能的种类不同可分成两种，一种是直流电动机，另一种是交流电动机，其中大部分工业生产电量是通过交流电机应用到各个领域的。电动机调速性能优越与否，决定了整个系统的运行结果，因此需要选择一种合适的调速方法。

感应电动机有许多的调速方法，变频调速是其中占主导地位的一种方式。根据状态观测器估算出的磁链值和转矩值以及系统给定的转速值，控制器可通过滞环控制器和开关逻辑表作用的结果对逆变器开关直接控制以达到变频调速的目的。在变频调速的过程中转差率不随频率和转速的变化而变化，因而该方法性能好，精度高，可以在很多场合下使用^[1]。

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