基于矩阵变换器的异步电机矢量控制研究开题.doc

中 北 大 学毕业论文开题报告学 生 姓 名：李莲学 号：0805044205学 院、系：信息与通信工程学院专 业：电气工程及其自动化论 文 题 目：基于矩阵变换器的异步电机矢量控制研究指导教师:任一峰2012年 3月 1日开题报告填写要求1开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 论 文 开 题 报 告1结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、 研究背景及意义在20世纪大部分年代里直流调速技术在理论上和实践上较为成熟，直流传动在调速领域中一直占据主导地位。虽然直流电机调速性能良好，但也存在着难以克服的弱点：调速系统稳定性差，成本高，功率低，难维护，容量、电压、电流和转速受到换相条件的制约，实际应用对环境要求很高。正是直流调速系统的这些难于解决的缺点，促使人们着力研究交流传动技术。矢量控制通过坐标变换将交流异步电机模型等效为直流电动机，实现了电机转矩和电机磁通的解耦，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩和转速响应特性，是目前最实用的交流调速系统的控制方法。在实际应用中变频器虽然具有各自的优势和特点，但是存在很多的缺陷，如寿命、可靠性、体积、成本、对电网造成的谐波污染影响整个电力系统的电气环境。整个电力行业在不断发展中产生了变换效率高、变频范围宽、能实现四象限运行、环境污染小的电力变换器的需求。其次，七十年代中期电力电子器件在容量、开关频率及体积等各方面地进步和七十年代末到九十年代初，微电子技术和计算机技术得到了飞跃地发展。因此，实际应用的需求、电力电子器件、控制手段这三者结合就导致了矩阵变换器在九十年代的日益重视和深入研究。矩阵变换器从严格意义上来说仍属于交交变换器的一种，它既采用一次性功率变换，省去中间直流环节，去掉了体积庞大的电磁元件（电容器和电感器）。使得体积减小，效率提高，电磁响应加快；又避免了采用相控方式而导致的丰富低频谐波；更重要的是，矩阵变换器的输出频率从理论上可以实现由0Hz到无穷大的变化，实际上也可实现由0Hz到400Hz的频率变化范围，大大扩展了变频应用的场合，在不远的将来它必将从实验室走向广阔的应用现场。二、 国内外研究现状目前矩阵变换器的研究热点主要在两个方面：在理论研究方面，继续探讨电压传输比的提高和新型调制策略，还可以结合智能控制的有关理论，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制、模糊神经网络控制等进行研究；在实际应用研究方面是将其实用化和工业化，例如可靠换流实现及保护、双向开关的实现与封装以及输入滤波器的设计等。矩阵变换器从1976年提出到现在30年时间，国外已有不少文献提出矩阵变换的实验样机，但是还没有真正进入实用的报道。目前变换器的最大输出功率可达20kw，控制手段主要采用TMS320C30、C40数字信号处理器，80386微机及PLD器件。L.Heber 和D.Borojevic提出了一种基于空间矢量调制技术的PWM技术。对整流和逆变部分分别使用空间矢量调制，从而实现能量的传输和回馈。1989年，南斯拉夫学者NBurany提出了四步实现双向开关状态的转换，继而又有人提出基于输入电压区间检测的电压型两步换流法，德国Adamek等人综合电压换流发和电流型换流发，提出一步换流方法。目前为止，国内外的MC装置中所采用的主要还是电流型四步换流法和电压型两步换流法。MC由于体积小，不含笨重且寿命短的电解电容器，从而成为电机驱动应用的首选。英国布拉德福德大学的LZhang等人对用于风力发电的双馈电机MC控制进行了仿真研究。阿尔及利亚学者Said Bouchiker等人针对MC用于永磁同步电机磁场定向控制进行了仿真研究并取得了一些成果。我国在矩阵变换器方面的研究开始的较晚，基本上从90 年代开始，南京航空航天大学，西安交通大学，上海大学，哈尔滨工业大学先后开展了这方面的研究工作，取得了令人瞩目的成绩，达到了一定的水平。2001 年，华中科技大学也提出了一种新型的三相一相的矩阵式变换器。上海大学陈伯时提出了输入非平衡时改善输入电流谐波的调制策略。2002 年，浙江大学贺益康等提出了矩阵变换器在风力发电方面的应用。2003 年，湘潭大学朱建林等开始研究提高矩阵变换器电压传输比。总的来看，目前世界范围内矩阵式变换器的研制还停留在理论研究和实验室样机阶段，尚未形成实用化的成熟产品。我国的矩阵式变换器的研究工作无论在理论上还是在实际研制上,与国际领先水平相比，都还有不小的差距。三、 本课题相关理论综述矢量控制又称为磁场定向控制，是通过矢量坐标变换来实现交流电动机在旋转坐标系中转矩电流和励磁电流的解耦控制，把异步电动机等效为直流电机，进而使得异步电动机的控制运行即能保持稳态精度又有良好的动态性能，从而达到控制目的。矩阵变换器最初提出时指的是从m相输入变换到n相输出的一般化结构，因此曾被称为通用变换器。可以根据m、n的取值和输入输出端的电源性质对矩阵变换器进行分类。通常人们研究的最多的主要是三相输入、三相输出的矩阵变换器，其主要包含有：双向9开关矩阵变换器、电压源型或电流源型矩阵变换器。四、 作者的观点和主要思路本文以异步电动机为控制对象，研究设计了矩阵变换器双闭环矢量控制系统，实现了交流异步电机速度的闭环控制，因此可以获得与直流调速系统同样优良的静、动态性能。主要研究矩阵变换器在交流电机调速领域的应用，我打算在构思时分为以下几部分：（1）介绍交流传动的基本控制策略以及矢量控制的方案，阐述矢量控制原理。（2）建立异步电动机的数学模型，设计异步电动机矢量控制系统。 （3）介绍矩阵变换器的拓扑结构、换流技术和控制策略，阐述矩阵变换器的数学理论基础。在异步电动机矢量控制系统中加入矩阵变换器模块。（4）用MALAB 建立异步电动机矢量控制系统的Simulink 仿真模型，进行仿真验证，加入矩阵变换器再进行仿真验证。并比较有没有矩阵变换器时仿真结果的波形变化。并分析矩阵变换器空间矢量调制策略存在的问题，提出改进方案。参考文献：1 赵影，高铎三相异步电动机在变频调速中有关问题的探讨，天津：天津理工学院，19972 李芝娟矩阵变换器矢量系统的研究硕士学位论文长沙：湖南大学，20073 Jie Chang，Tom Sun，Anhua WangHighly compactAC-AC converter achieving ahigh voltagetransfer ratioJ IEEE Transon Industrial Electronics， 2002，49(2)：3453524 EMChekhet,VPMordatch,The Microprocessor Based Modified Space Vector Control of the Matrix ConveaeISIE96 Proceedings of the IEEE InterSympoon lndElect，1 996：4664695 Romeo Ortega.On Speed Control of Induction Motors.Automatic, 1996,34(3):455- 4606 李华德，白晶电力拖动自动控制系统北京：机械工业出版社，2008.91087 贾瑞，康锦萍基于Matlab/Simulink的异步电机矢量控制系统仿真见华北电力技术，北京：华北电力大学，2011.9：188 丁学文电力拖动自动控制系统北京：机械工业出版社，2007.81849 周扬忠，胡育文交流电动机直接转矩控制北京：机械工业出版社，2009.102710 陈坚.交流电机数学模型及调速系统.长沙：国防工业出版社，1991：182-18311 拉赫曼基于矩阵变换器异步电动机矢量控制的研究硕士学位论文天津：天津大学，200612 罗应立，梁艳萍电机学北京：机械工业出版社，2008.57713 胡崇岳.现代交流调速技术.北京：机械工业出版社，2001：21-2514 吴竟昌.供电系统谐波.北京:中国电力出版社，1998：125-12720 陈伯时，陈敏逊.交流调速系统M.北京：机械工业出版社，2003：123-128 毕 业 论 文 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一本课题要研究或解决的问题本课题需要设计并研究基于矩阵变换的异步电动机矢量控制。矢量控制是感应电机控制系统中最有吸引力的一种控制方法，它具有优良性能，能够对感应电机的磁链和转矩进行解耦控制，电机运行即能保持稳态精度又有良好的动态性能。矩阵变换器是一种直接交一交变频器，它具有输入功率因数可调，输出电压可调，能量可以双向流动等优点，将它应用在感应电机的传动控制中，是目前感应电机控制研究的一个新方向。此设计解决了异步电动机在运行和调速方面存在的诸多问题：（1） 电动机在运行时因谐波污染带来的电力系统环保问题；（2） 异步电动机在