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摘 要

直接转矩控制（Direct Torque Control）是继矢量控制之后提出的一种高性能的交流电机控制方法，具有转矩的动态响应快、系统结构简单和鲁棒性好等优点。本文首先建立了感应电机数学模型，在此基础上，研究了感应电机直接转矩控制理论。之后使用MATLAB/SIMULINK建立感应电机直接转矩控制调速系统仿真模型，其中转矩和磁链控制分别采用滞环和非滞环的两种不同开关控制模式。通过比较不同滞环宽度、采样周期以及不同转速运行条件下电机转矩的输出特性，归纳总结了两种不同开关控制模式的优缺点。仿真结果表明，滞环宽度、采样周期和转速对电机的转矩输出性能均有不同程度的影响。但两阶磁链、三阶转矩的非滞环控制器不仅比滞环控制器的控制效果更好，而且控制算法实现更加简单。

关键词：开关模式 直接转矩控制 MATLAB/SIMULINK 滞环控制器 非滞环控制器

Comparison of Different Switching Patterns in Direct Torque Control Technique of Induction Motors

ABSTRACT

Direct Torque Control (DTC) which is a high-performance control of induction motor after the Vector Control was put forward, and it has simple system structure, fast response of torque and robust characteristics. In this paper,we studied the direct toque control theory of induction motor based on the establishment of a mathematical model of the induction motor.Then we used the MATLAB/SIMULINK to establish a Direct Torque Control speed control simulation model. Two different switching algorithms using hysteresis and non-hysteresis controllers to control torque and flux are proposed and compared. By comparing different hysteresis width, sampling period and output characteristics under different operating conditions of the motor speed torque, summarizes the advantages and disadvantages of two different switch control modes The simulation results indicate that the hysteresis width, sampling period and speed have different levels impact on the performance of the motor torque output.But among these algorithms, the non-hysteresis controllers, referred to as the two-band flux controller and the triple-band torque hysteresis controller, lead to a better result and a simpler control algorithm.

Key Words: Switching patters; direct torque control; Matlab/Simulink; hysteresis controllers; non-hysteresis controllers

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及研究意义 1

1.2 直接转矩控制技术及研究现状 1

1.2.2 直接转矩控制技术的特点 2

1.2.3 直接转矩控制技术的研究现状 3

1.3 感应电机直接转矩控制磁链和转矩的概述 3

1.4 论文主要研究内容及章节安排 4

第二章 感应电机直接转矩控制的基本原理 6

2.1 感应电机的数学模型 6

2.2 直接转矩控制的基本原理 7

2.2.1 定子电压空间矢量 8

2.3 典型的感应电机直接转矩控制系统 10

2.3.1 磁链和转矩的观测 11

2.3.2 磁链所在扇区判断 12

2.3.3 开关状态选择表 13

第三章 感应电机直接转矩控制不同开关模式的仿真分析 16

3.1 感应电机直接转矩控制建模分析 16

3.1.1 MATLAB/SIMULINK简介 16

3.1.2 具有不同开关模式的转矩和磁链控制系统建模 16

3.2 滞环控制器 19

3.2.1 转矩滞环宽度的影响 21

3.2.2 采样周期的影响 23

3.2.2 转速的影响 25

3.3 非滞环控制器 26

3.3.1 比较器宽度的影响 28

3.3.2 采样周期的影响 30

3.3.3 转速的影响 32

第四章 总结与展望 34

参考文献 36

致 谢 39

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

随着现代生产技术的发展，交流调速时代逐步取代直流调速时代。在变频技术飞速发展的同时，交流电机控制技术也取得了突破性的进展^[1]。由于交流电机是多变量、强耦合的非线性时变系统，与直流电机相比，交流电机的转矩控制要困难很多。目前交流传动系统的发展主要体现在以下四个方面：

1. 恒压频比控制与转差频率控制，要使电动机的转速得到较快的响应就必须有效地控制转矩。其优点是控制结构简单、成本低，缺点是不能进行动态控制。这种技术的应用使得交流电机得到更好的发展^[2]。

(2) 矢量控制与直接转矩控制，矢量控制实现了磁链和转矩的解耦控制，使交流电机的动态性能有了显著的提高。但是对电动机的参数依赖性比较大，即使能比较精准的获得电动机的参数，也只能在稳态的情况下才能实现解耦，弱磁是耦合仍然存在^[3]。

(3) 先进控制理论与技术。矢量控制、直接转矩控制、自适应控制、滑模控制与智能控制等先进的现代控制理论应用于交流电机驱动控制^[4]，使交流传动系统的综合性能显著提高。

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