（控制理论与控制工程专业论文）无刷双馈电机变结构直接转矩控制.pdf

t e c 摘要 摘要 无刷双馈电机( b d f m ) 是在串级电机基础上发展起来的一种兼具异同步电机 特点的新型交流调速电机，具有结构简单坚固、功率因数可调、调速特性好、变 频器容量小、运行模式灵活等特点，可应用于变频调速和变速恒频发电领域。 研究了无刷双馈电机的结构、运行方式、稳态方程，在稳态方程的基础上分 析了电机的功率流向。通过推导b d f m 转子速d - q 轴数学模型，建立了b d f m 开 环运行的m a t l a b s i m u l i n k 仿真模型，开环实验验证了b d f m 开环时的运行特性。 直接转矩控错z j ( d i r e c tt o r q u ec o n t r o l ，d t c ) 是继矢量控制之后的一种新型交 流调速技术。在分析三种基本定子磁链估计模型基础上，设计相应加权模型，构 建基于u i 磁链模型的无刷双馈电机直接转矩控制系统的仿真模型，仿真表明系 统调速性能良好。针对传统的b d f m 直接转矩控制系统中磁链和转矩脉动较大的 问题，应用变结构系统“结构 随时变化的开关特性，提出b d f m 滑模变结构直 接转矩控制方案。以转矩和磁链两个滑模控制器替代传统直接转矩控制中的滞环 控制器，采用电压空间矢量p w m 调制方法确定电压矢量开关输出，以保证逆变 器开关频率恒定。基于m a t l a b s i m u l i n k 环境，建立了无刷双馈电机滑模变结构直 接转矩控制系统的仿真模型，仿真结果表明可有效减小磁链和转矩脉动，提高了 系统的稳定性和鲁棒性。 无刷双馈风力发电系统中，发电机有功功率和无功功率的解耦控制是变速恒 频发电技术的难点和关键。基于定子磁场定向的控制策略，结合滑模变结构控制 与p i 控制方法，得到一种有效的无刷双馈风力发电系统的功率解耦控制方案，控 制系统包括p i 功率控制环节和滑模电流控制环节。应用李雅普诺夫稳定性理论分 析了系统的稳定性，建立了m a t l a b s i m u l i n k 环境下系统的仿真模型。仿真结果表 明，该方法能较好的实现无刷双馈风力发电机有功功率、无功功率的解耦控制， 控制策略及变速恒频无刷双馈风力发电机系统建模的正确性和有效性得到验证。 关键词：无刷双馈电机；直接转矩控制；加权模型；滑模变结构；解耦控制 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eb r u s h l e s sd o u b l y f e dm a c h i n e ( b d f m ) i sas i n g l e - f r a m e ，s e l g c a s c a d e d i n d u c t i o nm a c h i n ec a p a b l eofo p e r a t i n gi nb o t ht h ei n d u c t i o na n dt h ea s y n c h r o n o u s m o d e b d f mh a st h er o b u s tm e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c st o g e t h e rw i t hc o n t r o l l a b l e p o w e rf a c t o r , g o o ds p e e dc h a r a c t e r i s t i c s ，al o wp o w e rc o n v e r t e ra n dd i v e r s i f o r mr u n m o d e t h e r e f o r ei ti se s p e c i a l l ys u i t a b l ef o r t h ea cd r i v es y s t e ma n dg e n e r m i n g s y s t e mo fw i n dp o w e ra n dw a t e rp o w e r f i r s t l y ，t h eo p e r m i o np r i n c i p l e ，v a r i o u so p e r m i n gm o d ea n ds t e a d ys t a t ee q u a t i o n a r es t u d i e d ，t h e np o w e rf l o w sa r ea n a l y z e db a s eo ns t e a d ys t a t ee q u a t i o n d e r i v a t i o n d - qm a t h e m a t i c a lm o d e l s i m u l a t i o nm o d e lo fb d f mf o rt h eo p e n l o o ps y s t e mi s e s t a b l i s h e du n d e rm a t l a b s i m u l i n k l a b o r a t o r ye x p e r i m e n t a ls y s t e mu n d e ro p e n - l o o p v e r i f yd i f f e r e n to p e r m i o nm o d e sd y n a m i cp e r f o r m a n c ef o rb d f m s e c o n d l y ，d i r e c tt o r q u ec o n t r o l ( d t c ) ，w h i c hh a sb e e nd e v e l o p e da f t e rv e c t o r c o n t r o li nr e c e n ty e a r s ，i san e wt e c h n o l o g yi nd o m a i no fa cd r i v e r s w e i g h t e dm o d e l i sd e s i g n e du n d e rt h r e ee s t i m a t i o nm o d e l so ft h es t a t o rf l u x t h es i m u l a t i o nm o d e lo f b d f md t cs y s t e mb a s e do nu if l u xm o d e ii sb u i l d b e t t e rp e r f o r m a n c eo fb d f m d t cs y s t e mi sv e r i f i e db yo b s e r v i n gw a v e f o r m u s i n gs w i t c h i n gc h a r a c t e r i s t i cw h i c h c a u s e st h es y s t e m s t r u c t u r e t oc h a n g ew i t ht i m e ，s l i d i n gm o d e lv a r i a b l es t r u c t u r e ( s m v s ) c o n t r o ls t r a t e g yf o rb d f m w a sp r o p o s e dt or e d u c et h ef l u xa n dt o r q u er i p p l e o fb d f mb a s e do nd i r e c tt o r q u ec o n t r o ls y s t e m t w oh y s t e r e s i sr e g u l a t o r si nt h e c o n v e n t i o n a ld t cs y s t e mw e r es u b s t i t u t e db yt h ef l u xa n dt o r q u es m v sc o n t r o l l e r , t h eo u t p u to fs m v sc o n t r o l l e r sm a k e ss p a c ev e c t o rp w mm o d u l a t i o n ，w h i c he n s u r e s i n v e r t e rs w i t c h i n g 行e q u e n c yt ob ef i x e d a c c o r d i n gs l i d i n gm o d e lv a r i a b l es t r u c t u r e c o n t r o lt h e o r yt oe s t a b l i s h e ds i m u l a t i o nm o d e lo fd t cu n d e rm a t l a b s i m u l i n k t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tc o n t r o lm e t h o dc a nr e d u c et h et o r q u ea n ds t a t o rf l u x ， t h es t a b i l i t ya n dr o b u s tp e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mc a nb ee n h a n c e d f i n a l l y ，t h ed e c o u p l e dc o n t r o lo fa c t i v ep o w e ra n dr e a c t i v ep o w e ri nb d f m i sa k e yt e c h n ol o g yo fv a r i a b l es p e e dc o n s t a n t 行e q u e n c y ( v s c f ) w i n de n e r g yg e n e r a t i o n s y s t e m b ya n a l y z i n gt h ef i e l d o r i e n t e dc o n t r o ls c h e m e ，s l i d i n gm o d ec o n t r o l ( s m c ) a n dp r o p o r t i o n a l i n t e g r a l ( p i ) c o n t r o la r ec o m b i n e d ，o b t a i n n i n ga nu s e f u lm e t h o do f i n d e p e n d e n ta c t i v ep o w e ra n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o lf o rb d f m t h ec o n t r o ls y s t e m i i i 广东工业大学硕士学位论文 c o n s i s t so fap ip o w e rc o n t r o il i n ka n das m cc u r r e n tc o n t r o ll i n k a n a l y z i n gs y s t e m s t a b i l i t yb yu s i n gl y a p u n o vs t a b i l i t yt h e o r y , b u i l d i n gt h es i m u l a t i o nm o d e lb a s e do n m a t l a b s i m u l i n k t h es i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n t r o ls t r a t e g yc a nd e c o u p l e a c t i v ep o w e ra n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o lo ft h eb d f me f f i c i e n t l y , v e r i f yt h ev a l i d i t y a n dc o r r e c t n e s so fm o d e l i n ga n dc o n t r o lo fv s c fb r u s h l e s sd o u b l y - f e di n d u c t i o n g e n e r a t i o n k e yw o r d s ：b r u s h l e s sd o u b l y f e dm a c h i n e ，d i r e c tt o r q u ec o n t r o l ，w e i g h t e dm o d e l ， s l i d i n gm o d e lv a r i a b l es t r u c t u r e ，d e c o u p l e dc o n t r o l i v 目 录 目录 摘要。i j l 】b s t r a c t i i i 目录v c o n t e n t s v i i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 无刷双馈电机研究的历史与现状2 1 2 1 无刷双馈电机的发展历史3 1 2 2 无刷双馈电机的国内外研究现状。3 1 2 3 无刷双馈电机的应用前景4 1 3 滑模变结构控制技术。5 1 4 课题研究的意义及来源6 1 5 本文研究的主要内容7 第二章无刷双馈电机的基本理论及开环仿真特性9 2 1 无刷双馈电机的基本原理9 2 2 无刷双馈电机的运行方式1 0 2 2 1 自起动和异步运行方式l o 2 2 2 同步运行方式一1 1 2 2 3 双馈运行方式1 l 2 2 4 发电运行方式1 2 2 3 无刷双馈电机的稳态方程及功率流向1 2 2 3 1 稳态方程1 2 2 3 2 功率流向1 6 2 4 无刷双馈电机的数学模型及开环仿真1 8 2 4 1 转子速d - q 轴数学模型l8 2 4 2 无刷双馈电机开环仿真1 9 2 5 本章小结2 4 v 广东工业大学硕士学位论文 第三章无刷双馈电机直接转矩控制2 5 3 1 直接转矩控制在无刷双馈电机调速系统中的应用2 5 3 2 无刷双馈电机直接转矩控制2 6 3 2 1 无刷双馈电机直接转矩控制原理2 6 3 2 2 控制绕组磁链与电压矢量的关系2 6 3 3 控制绕组电压空间矢量的选择2 8 3 3 1 扇区的确定2 8 3 3 2 电压空间矢量的选择2 9 3 4 定子磁链模型3 1 3 4 1u - i 磁链模型3 l 3 4 2i - n 磁链模型3 2 3 4 3u - i - n 磁链模型3 3 3 4 4 加权磁链模型3 3 3 4 5 磁链仿真结果分析3 5 3 5 传统的无刷双馈电机直接转矩控制3 6 3 5 1 无刷双馈电机直接转矩控制系统仿真模型3 6 3 5 2m a t l a b 仿真结果分析3 7 3 6 本章小结3 8 第四章无刷双馈电机滑模变结构直接转矩控制3 9 4 1 滑模变结构控制的发展3 9 4 2 滑模变结构控制的基本理论4 l 4 2 1 变结构控制的概念4 l 4 2 2 等效控制及滑模运动4 2 4 2 3 滑模变结构控制的基本问题4 4 4 2 4 滑模变结构控制系统的动态品质4 6 4 2 5 滑模变结构控制的基本方法4 6 4 2 6 滑动模控制的设计步骤4 7 4 3 无刷双馈电机滑模变结构直接转矩控制4 7 4 3 1 空间矢量脉宽调制技术的原理分析4 8 4 3 2 滑模变结构控制器的设计5 0 v 1 目 录 4 4m a t l a b 仿真结果分析5 4 4 5 本章小结5 5 第五章无刷双馈风力发电机有功、无功功率的滑模解耦控制5 6 5 1 滑模变结构控制的特点5 6 5 2 无刷双馈风力发电机参考功率的计算5 7 5 2 1 有功功率的计算5 7 5 2 2 无功功率的计算5 8 5 3 无刷双馈风力发电机有功、无功功率的滑模解耦控制6 0 5 3 1 定子磁链定向m t 坐标系中b d f m 的数学模型6 0 5 3 2 滑模变结构控制器的设计6 3 5 4 无刷双馈风力发电机功率解耦控制系统仿真6 5 5 4 1 滑模控制器的仿真模型6 5 5 4 2m a t h b 仿真结果分析6 6 5 5 本章小结6 8 总结和展望6 9 参考文献7 l 攻读学位期间发表的论文7 6 独创性声明7 7 致 射一7 8 v i l c o n t e n t s a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) i a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) i i i c o n t e n t s ( i nc h i n e s e ) v c o n t e n t s ( i ne n g l i s h ) v i i i c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n - 1 1 1i n t r o d u c t i o n 1 1 2t h es u m m a r yo fb d f m 2 1 2 1t h ed e v e l o p e dh i s t o r yo fb d f m 3 1 2 2d o m e s t i ca n df o r e i g nc u r r e n tr e s e a r c ho f b d f m 3 1 2 3t h ea p p l i c a t i o np r o s p e c to f b d f m 4 1 3c o n t r o lt e c h n o l o g yo fs l i d i n gm o d e lv a r i a b l es t r u c t u r e 5 1 4s o u r c ea n ds i g n i f i c a n c eo f t h i ss u b j e c t 6 1 5m a 访r e s e a r c hc o n t e n t so f t h i sp a p e r 7 c h a p t e r2b a s i ct h e o r ya n do p e n - l o o p s i m u l a t i o no fb d f m 9 2 1p r i n c i p a lo f b d f m 9 2 2o p e r a t i o nm o d eo f b d f m 1 0 2 2 1o p e r a t i o nm o d eo fs e l f - s t a r ta n da s y n c h r o n o u s 1 0 2 2 2o p e r a t i o nm o d eo fs y n c h r o n o u s 11 2 2 3o p e r a t i o nm o d eo f d o u b l y - f e d 1 1 2 2 4o p e r a t i o nm o d eo f g e n e r a t i o n 1 2 d f m l8 2 4 c o n t e n t s c h a p t e r 3d i r e c tt o r q u ec o n t r o l ( d t c ) o fb d f m 2 5 3 1d t c a p p l i c a t i o ni na d j u s t a b l e - s p e e dd r i v es y s t e mo f b d f m 2 5 3 2d t co f b d f m 2 6 3 2 1d t c p r i n c i p l eo f b d f m 2 6 3 2 2r e l a t i o no f f l u xa n dv o l t a g es p a c ev e c t o ro nc o n t r o lw i n d i n g 2 6 3 3s e l e c t i o no f v o l t a g es p a c ev e c t o ro nc o n t r o lw i n d i n g 2 8 3 3 1d e t e r m i n a t i o no f t h es e c t o r 2 8 3 3 2s e l e c t i o no f v o l t a g es p a c ev e c t o r 2 9 ：；4s t a t o rf l u xm o d e 31 3 4 1u if l u xm o d e 3 1 3 4 2i - nf l u xm o d e 3 2 3 4 3u i nf l u xm o d e 。3 3 3 4 4w e i g h t e df l u xm o d e 3 3一。 3 4 5s i m u l a t i o nr e s u l t sa n da n a l y s i s 3 5 ：；! ；c l a s s i c a ld t co f b d f m 3 6 3 5 1d t cs i m u l a t i o nm o d e lo f b d f m 。3 6 3 5 2a n a l s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t si nm a t l a b 3 7 ：；6c o n e h s i o n s 3 8 。 c h a p t e r 4d t cf o rb d f mb a s e do ns l i d i n gm o d e lv a r i a b l es t r u c t u r e ( s m v s ) 3 9 4 1n l ed e v e l o p m e n to f s m v s 3 9 4 2b a s i cp r i n c i p l e so f s m v s 4 1 4 2 1c o n c e p t i o n o f s m v s 4 1 4 2 2e q u i v a l e n tc o n t r o la n ds l i d i n gm o d e 4 2 4 2 3b a s i cp r o b l e m so fs m v s 4 4 4 2 4d y n a m i cp e r f o r m a n c e 。4 6 4 2 5b a s i cm c t h o d so fs m v s 4 6 4 2 6d e s i g ns t e p so f s m | v s 4 7 4 3d t cf o rb d f mb a s e do ns m v s 4 7 4 3 1p r i n c i p l ea n a l y s i so fs p a c ev e c t o rp m 4 8 4 3 2d e s i g no fs m v s 5 0 l x 广东工业大学硕士学位论文 4 4a n a l y s i so f s i m u l a t i o nr e s u l t si nm a t l a b 5 4 4 5c o n c h s i o r 坞5 5 c h a p t e r5s l i d i n gm o d ep o w e rd e c o u p l e dc o n t r o lo fa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e r i nab d l j f m ! ；f ； 5 1f e a t u r e so fs m ：v s 5 6 5 2 i 。h ec a l c u l a t i o no f r e f e r e n c ep o w e ri nb d f m 5 7 5 2 1t h ec a l c u l a t i o no f a c t i v ep o w e r 5 7 5 2 2t h ec a l c u l a t i o no f r e a c t i v ep o w e r 5 8 5 3s l i d i n gm o d ep o w e rd e c o u p l e dc o n t r o lo fa c t i v ea n dr e a c t i v ep o w e ri na b d f m 6 0 5 3 1m tm a t h e m a t i cm o d e lo fb d f mf o rf i e l do r i e n t a t i o n 6 0 5 3 2d e s i g no fs m v s 6 3 5 4s i m u l a t i o nr e s e a r c ho f t h ep o w e rd e c o u p l e dc o n t r o lf o rb d f m 6 5 5 4 1s i m u l a t i o nm o d e lo fs l i d i n gm o d ec o n t r o l e r 6 5 5 4 2a n a l y s i so f s i m u l a t i o nr e s u l t si nm a t l a b 6 6 5 5c o n c l u s i o n s 6 8 s u m m a r ya n dp r o s p e c t 6 9 r e f e r e n c e s 7 1 p u b l i c a t i o n sd u r i n gt h ed e g r e ep e r i o d 7 6 p r o m e t h e a nd e c l a r a t i o n 7 7 a c k n o w l e d g e m e n t s 7 8 x 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着计算机技术、电力电子技术与变流技术、微电子学和控制技术的飞速发 展，使得交流传动系统具有调速范围宽、调速精度高、稳定性高、动态响应快和 能够四象限运行等优点，并逐步取代直流传动在电气传动领域中占据主流地位【1 1 ， 广泛应用在科研、生产等各个领域。尤其在变频调速和变速恒频发电控制方面， 交流电机结合现代控制技术构成的交流传动系统更突显其优势。 现代交流调速系统中应用的交流电动机主要有同步电机、感应电机、开关磁 阻电机等几类。永磁同步电机具有速度稳定、低速性能好、控制系统简单等特点， 广泛应用于调速性能要求较高的领域，但其转子为永磁体，气隙磁场接近恒值， 难以实现弱磁调速，无法满足高转速场合。笼型转子感应电机结构简单、坚固耐 用、价格低廉，易于变速，但其变频调速系统所需变频器功率略大于电机功率， 在大功率电机应用场合变频器的功率加大，成本大大提高。绕线转子感应电机可 直接从外部控制转子电流，具有良好的启动和运行性能，适用于低速和大起动转 矩的场合。将绕线转子感应电机定子绕组接电网，转子绕组接变频器，构成双馈 电机变频调速系统，变频器只控制转子绕组电流，所需功率较小，是滑差功率， 节省成本。但它是有刷结构，滑动接触和电刷磨损，降低了电机运行的可靠性， 增加了运行成本，此外滑动接触易产生火花，限制了电机的应用范围。开关磁阻 电机结构简单，转动惯量高，定子线圈的端部短便于制造，线圈发热量小易散热， 电磁负荷高，制造成本大为降低，但电磁转矩脉动较大，振动与噪声较严重。 对比上述各种电机调速的特点，能实现无刷化和通用化的新型交流电机成为 电气领域的一个重要发展方向。近年来，无刷双馈电机( b r u s h l e s sd o u b l y f e d m a c h i n e ，简称b d f m ) t z l 以其自身优点引起国内外学者的广泛关注。它结构坚固、 运行可靠，可以实现异步、同步、双馈运行和发电运行，在变频调速驱动和变速 恒频发电控制系统中，具有广泛的应用前景。和传统电机相比，无刷双馈电机具 有以下特点【i l ： ( 1 ) 无刷双馈电机作为变频调速电机，可降低所用变频器的容量，从而降低 广东工业大学硕士学位论文 整个系统的成本。 无刷双馈电机用于变频调速系统时，其主绕组( 功率绕组) 直接与交流电源 连接，副绕组( 控制绕组) 经变频器与交流电源连接，用于提供“转差功率 这 样就大大降低了所需变频器的容量，从而大大降低了系统成本，且实现了无刷化， 可以减少维护，提高了系统的可靠性，因此可用于条件恶劣的环境。 ( 2 ) n - - i 以实现高压电机的低压控制和调速。 无刷双馈电机作为高压电机时，其主绕组( 功率绕组) 接高电压，副绕组( 控 制绕组) 接低电压，可以方便的通过控制绕组来控制电机，即可以降低成本，又 可以提高系统的安全性，具有无可比拟的优越性。 ( 3 ) 无刷双馈电机可以用作感应电机和同步电机，既有良好的启动性能，也 有优良的运行性能。 无刷双馈电机兼有感应电机和同步电机的优点，而且实现了无刷化、通用化， 通过副绕组的简单改接，可以方便实现异步、同步、双馈、电动和制动等不同的 运行状态。 ( 4 ) 无刷双馈电机作为变速恒频交流发电机，用于水力、风力发电系统时， 具有很高的可靠性。 无刷双馈电机作为风力、水力发电机时，可实现变速恒频运行，特别适合于 多级数低速运行的水力和风力发电系统。无刷双馈电机的定子主绕组( 功率绕组) 用于发电，副绕组( 控制绕组) 用作交流励磁，根据原动机的转速变化调节励磁 电流的频率便可实现变速恒频发电，通过改变励磁电流的幅值和相位可实现无功 调节。另外，无刷双馈电机的无刷结构可大幅度提高发电机的可靠性，使其适用 于更加恶劣的环境。 ( 5 ) 无刷双馈电机的高可靠性不仅体现在无刷上，当变频器突然损坏时，无 刷双馈电机可以工作在异步工作方式，避免了对整个系统可能造成的危害。 1 2 无刷双馈电机研究的历史与现状 b d f m 是一种无刷结构、运行可靠、异同步通用的电机，可在无刷情况下实 现双馈，速度及功率因数均可调节，既可同步运行又可异步运行，且变流装置只 需处理滑差功率，变频器容量比电机容量小得多，因此在大容量交流调速系统和 2 第一章绪论 变速恒频发电系统中将会获得较好的应用前景。 1 2 1 无刷双馈电机的发展历史 无刷双馈电机由两台感应电机同轴级联发展而来。1 9 世纪末，美国学者 s t e i n m e t z 和德国学者g o r g e s 发现，将两台绕线转子感应电机同轴串级联接可以 实现电机的无刷化，获低速运行性能。1 9 1 4 年h u n t 改进了电机的电磁结构，通 过适当连接2 个独立的定予和同轴的2 个转子，使同轴串级联接的两台感应电机 合二为一改为单一定转子铁心的自串级电机，取消了滑环与电刷，形成b d f m 的雏形，可降低成本、提高起动性能和低速运行性能。g r e e d y 合理设计了定、 转子绕组，使之在电阻控制方式下获得高起动转矩和良好的速度控制，适用于大 转矩低速运彳亍【，1 。由于定转子绕组极数配合及绕组设计上的种种限制，电机未能 进入实用。同时当时电力电子器件和控制技术的限制，使该电机的发展一度停滞。 直至上世纪7 0 年代，交流电机的变频调速技术高速发展迫切需要控制简单 且容量小的调速系统。b d f m 在运行时所需的变频器装置容量较小，且通过调节 控制绕组电流即可控制电机转速与功率因数，因此对b d f m 的研究重新得到重 视。b r o a d w a y t j 等人对h u n t 电机进行了较大改进，简化了转子绕组，使之具有 笼型转子的坚固性与可靠性，又能满足b d f m 对转子磁场的要求，使定、转子 绕组极数配合的范围进一步扩大，将自级联无刷感应电机理论向前推进了一大 步。后来，b r o a d w a y 将相调制理论应用到极变换绕组中，使定子绕组对称化， 简化了定子绕组，通过适当连接普通双层绕组即可得到，为电机进入实用铺平了 道路。8 0 年代中期，h e y n e 和e 1 - a n t a b l y 在自串级感应电机的基础上，提出了一 种双励磁磁阻电机并公布了样机试验结果，该电机用磁阻转子结构( a l a 轴向叠 片转子) 代替隐极式绕线转子，较大的提高了电机性能指标。 8 0 年代术9 0 年代初，b d f m 动态数学模型的建立，为b d f m 特性分析和 控制优化奠定了坚实的基础，各种控制方法被应用于b d f m ，电力电子器件和微 处理器的发展进一步促进了b d f m 的发展。 1 2 2 无刷双馈电机的国内外研究现状 近年来，美国w i i l i a m s o n 大学、o h i o 州立大学、o r e g o n 州立大学等高校和 广东工业大学硕士学位论文 科研机构对b d f m 进行了较为深入和系统的研究，在建模及控制策略方面做了 较多的研究 5 , 6 1 ，前后提出了网络模型 7 1 、d q 轴数学模型i s 、同步数学模型 9 1 及基 于这三种模型的多种控制方法，他们在电机的运行原理、分析方法和分析手段以 及特性仿真等方面做了许多工作。英国、日本、澳大利亚等国也在对该电机进行 研究。我国对双馈电机的研究始于9 0 年代中后期。一些高校和科研院所如沈阳 工业大学l ，o l 、浙江大学【l l 】、华南理工大学2 】、重庆大学f 1 3 】、湖南大学 1 4 1 、太原理 工大学 1 5 1 等在b d f m 的研究中取得了一定的成就。 随着b d f m 动态数学模型的建立，各国学者提出了多种控制策略。在对无 刷双馈电机控制策略的研究上，标量控制、矢量控制、直接转矩控锘j j ( d i r e c tt o r q u e c o n t r o l ，简称d t c ) 和模型参考自适应控制等被应用在b d f m 的调速和发电系统 中。标量控制采用静态等效电路【6 】，算法比较简单，容易在较低的微处理器上实 现，可在一定程度上提高电机的性能，但其动态性能不高。d z h o u 等人在b d f m 同步模型基础上，实现了b d f m 转子磁场定向控制【一7 1 ，并将此方法应用与实验 样机 1 8 1 ，得到效好的动态效果；采用d - q 坐标，对b d f m 进行矢量控制【1 9 l ，可有 效控制转矩、无功和有功功率。将矢量控制应用于b d f m 风力发电系统 2 0 l ，当 风速变化时可使电机稳定并获得无功调节。文献 2 1 1 提出了基于一套绕组估计磁 链和转矩变化的直接转矩控制策略。后来在直接转矩控制基础上提出了模型自适 应控制策略 2 2 】，使b d f m 对负载及电机参数的变化不敏感，达到最佳的工作特 性。目前，针对直