感应电机直接转矩控制系统硬件电路设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目：感应电机 直 接 转 矩 控 制 系 统 硬 件 电 路 设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 8 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 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述发展背景： 直 接 转 矩 控 制 系 统 简 称 DTC(Direct Torque Control)是 在 20 世 纪 80年 代 中 期 继 矢 量 控 制 技 术 之 后 发 展 起 来 的 一 种 高 性 能 异 步 电 动 机 变 频 调 速 系 统 。1977 年 美 国 学 者 A.B.Plunkett 在 IEEE 杂 志 上 首 先 提 出 了 直 接 转 矩 控 制 理 论 ，1985 年 由 德 国 鲁 尔 大 学 Depenbrock 教 授 和 日 本 Tankahashi 分 别 取 得 了 直 接 转 矩控 制 在 应 用 上 的 成 功 ， 接 着 在 1987 年 又 把 直 接 转 矩 控 制 推 广 到 弱 磁 调 速 范 围 。 不同 于 矢 量 控 制 ， 直 接 转 矩 控 制 具 有 鲁 棒 性 强 、 转 矩 动 态 响 应 速 度 快 、 控 制 结 构 简 单等 优 点 ， 它 在 很 大 程 度 上 解 决 了 矢 量 控 制 中 结 构 复 杂 、 计 算 量 大 、 对 参 数 变 化 敏 感等 问 题 12。 传 统 的 直 接 转 矩 控 制 技 术 的 主 要 问 题 是 低 速 时 转 矩 脉 动 大 。 为 了 降 低 或 消 除 低 速时 的 转 矩 脉 动 ， 提 高 转 速 、 转 矩 控 制 精 度 ， 扩 大 直 接 转 矩 控 制 系 统 的 调 速 范 围 ， 近些 年 来 提 出 了 许 多 新 型 的 直 接 转 矩 控 制 系 统 。 虽 然 这 些 新 型 直 接 转 矩 控 制 技 术 在 不同 程 度 上 改 善 了 调 速 系 统 的 低 速 性 能 ， 但 是 其 低 速 性 能 还 是 不 能 达 到 矢 量 控 制 的 水平 。 最 近 出 现 了 一 种 间 接 转 矩 控 制 技 术 ， 受 到 了 很 多 学 者 的 关 注 。 间 接 转 矩 控 制 技术 具 有 优 良 的 低 速 性 能 ， 另 外 由 于 其 独 特 的 控 制 思 想 可 以 降 低 逆 变 器 的 开 关 频 率 ，从 而 特 别 适 用 于 大 容 量 调 速 场 合 111。发展现状：1 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。 2 长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于国民经济各部门。因此，20世纪 80 年代以前，直流调速一直在调速领域中占据主导地位。近些年来, 随着新型自关断电力电子器件、智能功率集成电路的问世，现代控制理论的发展和计算机技术的应用，变频技术日新月异，新的控制策略不断涌现，使得现代交流调速技术得到迅猛发展。交流电动机调速系统不但具有同直流电动机一样的性能，而且成本和维护费用比直流电动机系统更低，可靠性更高。目前，国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势，而交流变频调速装置的生产大幅度上升，交流调速已经进入了逐步取代直流调速的时代 345 。在德国，直接转矩控制技术已经成功应用于兆瓦级的电力机车牵引上。日本研制成功的 1.5kw 直接转矩控制变频调速装置，其转矩响应频率高达 2kHz，冲击转矩可瞬时达到额定转矩的 20 倍，使电机从500500 转/分的反转时间只有 4ms。在电气传动领域中，这几项指标均居目前世界最高记录。当前，德国、日本、美国等都竞相发展该项技术，今后的发展趋势是采用第四代电力电子器件及数字化控制元件，向工业生产应用推出全数字化最优直接转矩控制的异步电机变频调速装置 1415。 我国已经把直接转矩控制技术成功地应用到大功率电力机车牵引上，并取得了良好的效果，然而我国对这项技术的研究与开发工作较晚，技术基础比较薄弱，与世界先进水平还有很大的差距，特别在产业化方面，差距更大。国内的变频器市场基本上被国外的产品所占领，对于高性能的交流调速系统，国内也还基本上不具备批量生产的能力。目前，国内一些研究单位正在进行开发高性能的交流调速系统方面的工作，并积极与国外同行进行交流合作，通过各种途径来促进国内交流调速技术水平的迅速提高。我国机械制造等行业的飞速发展，为直接转矩控制技术提供了广阔应用空间。因此，在消化和吸收国际上所取得的先进成果基础上，研究具有自主知识产权的直接转矩控制技术，是我们当前的主要任务 267 。直 接 转 矩 控 制 的 目 标 : 通 过 选 择 适 当 的 定 子 电 压 空 间 矢 量 ， 使 定 子 磁 链 的 运 动轨 迹 为 圆 形 ， 同 时 实 现 磁 链 模 值 和 电 磁 转 矩 的 跟 踪 控 制 13 。直接转矩控制工作原理： 根据计算得出的反馈值（转速、电流） （没有实际值，因为在电机内部安装传感器并不实用，一般反馈量都是计算出来的）与给定值相比较，根据偏差（两种：磁链和转矩）大小，选择合适的电压矢量（开关状态） 。电压矢量对定子磁链进行控制（幅值，相位） ，从而改变转矩 8。 由此图可看到控制时需检测出直流母线电压和定子电流，再按下式(11)进行坐标变换到静止的定子坐标系（，）上。 其中： xa（t） ，xb（t） ，xc（t）是定子相应量的瞬时值， 是空间矢量，x（t） ，x （t）是（，）坐标系上的两个分量。在 ， 方向计算实际的磁通值和转矩值作为反馈分别与磁通给定构成闭环，同时还要计算出磁通所在扇区位置，最终通过转矩差、磁通差、磁通扇区，进行 bang-bang控制，利用逆变器的开关特点，通过不断切换电压状态，即不断切换电压空间矢量，使定子磁链轨迹接近圆形，并通过零点压矢量的穿插来改变转差频率，以控制电动机的转矩及其变化率，从而使异步电动机的磁链和转矩同时按要求快速变 910。参考文献：1 赵晓安. MCS-51 单片机原理及应用M. 天津：天津大学出版社，2001.3.79-101.2 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:573 毕满清主编电子技术实验与课程设计.第 3 版.北京：机械工业出版社，2005.96-99.4 钱照明, 张军明, 吕征宇, 等. 我国电力电子与电力传动面临的挑战与机遇J. 电工技术学报, 2004, 19(8): 10-22.5 王慧娟,袁全波. 基于 ARM 的移动机器人红外测距系统的设计J.北华航天工业学院学报. 2010(02)6 李朝青.单片机原理及其接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，2006.12,17-129.7 王荣扬基于伪随机序列自相关的多传感器测距系统J北京：中国科学院,20128 别红波.异步电机直接转矩控制研究与系统开发，大连理工大学：硕士论文，2005.3 9 赵伟峰、朱承高.直接转矩控制的发展现状及前景，电气传动，1999（3） 10 马德中、金阳、南余荣等.采用滞环宽度优化控制的感应电机直接转矩控制，微特电机，2003（2）11 甘良志、陈传虎.应用 DSP 的异步电动机直接转矩控制系统，测试技术与设备，2002 12（美）博斯.现代电力电子学与交流传动，北京：机械工业出版社，2005.313 Buja G, Casadei D, Serra G. Direct stator flux and torque control of an induction motor: theoretical analysis and experimental resultsC. IECON98, 1998, 1: T50-T64.14 Takahashi I, Noguchi T.A new quick-response and high-efficiency control strategy of an induction motor J. IEEE Trans. Ind. Applicat., 1988,3 (4): 820-827.15 JORG K W,BERG M.Mobile Robot Sonar Sensing with Pseudo-Random code.Procee-ding of the 1998 IEEE International Conference on Robotics and Automation,Leuven,Belgium,1998:2807-2812. 毕 业 设 计 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）：搭建基于 TMS320F2808 的感应电机直接转矩控制系统硬件平台，根据系统的参数整定计算结果及系统性能要求，进行元器件的选择，完成主电路、控制电路的硬件设计。1. 建立三相异步电动机的数学模型控制思想：保持定子磁链幅值恒定，直接控制电磁转矩 Te。运用空间矢量的概念分析三相电机数学模型，并列写电压方程、磁链方程、电磁转矩方程、以及运动方程2. 根据系统的参数整定计算结果及系统性能要求选择某一型号的异步电机，根据已知参数计算定子磁链、励磁电阻等结果，分析某些变量对系统运行性能的影响。3. 进行元器件的选择4. 完成主电路、控制电路硬件设计主电路采用交-直-交变压变频结构，有整流电路、中间直流电路和逆变电路构成。整流电路采用桥式整流，给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。中间直流电路有滤波电路，泵升电压限制电路和启动电路组成。逆变电路采用 IPM。控制电路基于 TMS320F2808 平台进行设计。5. 运用 PROTEL 2004 做出设计电路图，将实物焊接最终做出具体硬件。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日附件：参考文献注释格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于 3 人，则写前三位作者的名字后面加“等” ，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growth, 2001,233:57学术会议论文集 作者论文题目文集编者姓名学术会议文集名称，出版地：出版者，出版年份：页次例如：3 司宗国，谢去病，王群重子湮没快度关联的研究见赵维勤，高崇寿编第五届高能粒子产生和重离子碰撞理论研讨会文集，北京：中国高等科学技术中心，1996：105图书 著者书名版本出版地：出版者，出版年页次如果该书是第一版则可以略去版次。例如：4韩其智，孙洪洲群论北京：北京大学出版社，1987101预印本 作者论文题目预印本编号（出版年份）例如：5Xiaofeng Guo and Jianwei QiuThe leading power corrections to the structure functionshepph/9810548(1998)学位论文 作者论文