基于二极管钳位三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统研究仿真-开题报告

word文档可自由复制编辑毕业设计（论文）开题报告电子信息与电气工程学院2014届题目基于二极管钳位三电平逆变异步电机直接转矩控制系统研究与仿真课题类型课题来源自拟课题学生姓名学号专业自动化年级班2010级2班指导教师职称讲师填写日期：2014年3月23日一、本课题研究的主要内容、目的和意义主要内容：由于多电平逆变技术是未来中高压大功率变频调速技术的一个重要方向。多电平逆变器由于输出电平数的增加，使得输出波形具有更好的谐波频谱，每个开关器件所承受的电压应力小，开关损耗小，可以避免输出电压过大所带来的一些问题。其中二极管钳位型多点平逆变电路是应用最多、研究最广泛的一种拓扑结构。本文将二极管钳位型三点平逆变器与异步电机直接转矩控制技术相结合，针对系统模型构造、空间矢量选择电位平衡等问题，进行深入理论分析，本课题将主要从以下几个部分进行研究：（1）研究学习三电平逆变器的数学模型，探讨三电平逆变器的开关状态对中点点位的影响，由于输出电流对中点电压有影响，因而综合三电平逆变器模型与异步电机模型建立系统统一数学模型。（2）研究探讨异步电机直接转矩控制技术。探究三电平逆变器用于异步电机直接转矩控制所带来的诸如空间矢量选择困难等问题。（3）通过对上述问题的研究学习拟定自己的设计思路，在毕业设计期间完成设计方案的仿真。课题研究目的和意义：伴随现代工业的发展要求，传统二电平逆变器已经很难满足如今的工业需求，因此多电平逆变器受到越来越多的关注，并开始得到广泛的研究和应用。直接转矩控制在理论和实践上难免存在一些不足，而将多电平逆变器代替传统的二电平逆变器，应用于直接转矩控制系统中，则可以有效地解决直接转矩控制中存在的这些缺陷，从而提高整个系统的控制性能。因此，该项技术是指得深入研究和探讨的。但是，多电平逆变器尤其是二极管钳位三电平逆变器，由于自身拓扑结构，将其应用于直接转矩控制中，会带来一些新的问题。鉴于以上问题此次课题将主要研究基于三电平逆变器的异步电机直接转矩控制系统，并对其进行仿真。二、文献综述（国内外相关研究现况和发展趋向）针对传统直接转矩控制系统中技术中存在的问题，学者先后提出了众多的改进控制策略思路，例如：使用优化的开关矢量选择表，但是这必将大大的增加器件的开关频率，从而导致在实际应用中往往难以实现，用智能控制方法改善直接转矩控制性能，改善电机性能等。目前，国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃，并且直接转矩控制理论的实现已经有了成功的范例。在国外，直接转矩控制技术的理论已经发展的比较成熟，应用也得到不断的发展，此项技术已取得很大成功。目前，该技术已经成功的应用在电力机车牵引系统、垂直升降系统等大功率交流调速应用场合。长期以来，国内高压大容量交流调速技术主要集中在谐波优化和开环VVVF控制，其调速范围窄，低速性能差，通常只用于风机泵类等负载调速精度要求不高的场合，主要目的是节能和软起软停。限制高压大功率系统高性能化的主要因素有：（1）受器件工艺水平的限制，高压大容量器件通常开关频率不高，一般小于1kHz。在较低开关频率下，由于离散化误差的影响，控制不及时等因素，控制精度必然下降，出现转矩脉动大，速度精度差等现象。（2）高性能调速技术是在两电平（小容量）逆变器上发展起来的，而高压大容量逆变器通常采用的是多电平技术，主电路拓扑结构的不同往往造成控制技术移植的困难，而且技术的移植也需要有一个逐渐成熟过程。（3）高压大容量带来很多新问题，然而这些问题的研究都处于起步阶段，尚无成熟的解决办法。而这些问题对系统的稳定性、可靠性有极大的影响。另一方面，将多电平逆变器与直接转矩控制技术相结合的困难，除了前面所说的三点，也和直接转矩控制本身的技术特点有关。对于矢量控制来说，其基础是空间矢量调制和载波调制技术。这两种技术在每一种多电平拓扑上都有相当深入的研究，从控制角度来说，实现矢量控制难度不大。直接转矩控制则不同，其基础是优化矢量表。电平数越多，矢量数将急剧增加，优化矢量表的复杂程度也急剧增加。由于在优化矢量的形成方面缺乏统一的技术基础，在各种主电路拓扑结构间的技术可移植性差，削弱了研究工作的延续性，直接阻碍了直接转矩控制在多电平电路上的应用。三、拟采取的研究方法（方案、技术路线等）和可行性论证研究方法：通过查阅异步电机直接转矩控制和三电平逆变器方面的资料，对直接转矩控制技术和空间电压矢量调制技术具有一定了解的情况下。根据三电平逆变器直接转矩控制系统，对系统之中的各模块进行逐一的研究学习。其中主要研究学习的包括以下几个模块：基于三电平逆变器的异步电动机调速系统数学模型的建立；基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制系统的学习（主要内容为磁链观测器模型、电磁转矩的控制、优化开关的矢量选择等）；三电平直接转矩控制系统仿真；新型的基于固定适量的三电平直接转矩控制方法等。通过对以上所述各模块的研究学习，解决在后期设计中遇到的各种问题从而达到自己的设想方案。三电平逆变器的异步电机直接转矩控制系统框图如图1所示。图SEQ图表\*ARABIC1基于三电平逆变器的异步电机直接转矩控制系统框图可行性论证：异步电机直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，并发展起来的一种新型的高性能的交流调速传动的控制技术。该控制方法思想新颖，控制手段直接，控制结构简单，是一种具有良好的静态与动态性能的交流调速方法。目前，已经成为交流调速传动中的一个研究热点，在一些场合已经得到了成功应用。但是传统的二电平直接转矩控制存在着转矩脉动大、电流谐波成分高和钉子磁链轨迹畸变等不足。为了改善直接转矩控制系统的控制性能，增加工作电压矢量和改善磁链轨迹，将中点钳位式三电平逆变器和直接转矩控制技术有机的结合起来，针对常用的三电平逆变器存在过高电压跳变和中点电压漂移的不足，可以有效的解决直接转矩控制中存在的这些缺陷，从而提高整个系统的控制性能。该课题主要研究学习一种改进的三电平逆变器调制策略，根据所学习的理论知识搭建改进三电平逆变器调制策略供电下异步电动机直接转矩控制系统的SIMULINK模型并对其进行仿真。该课题主要依据于直接转矩控制技术和多电平逆变器的控制等。将多电平逆变器代替传统的而电平逆变器，应用于直接转矩控制系统中，则可以有效的解决直接转矩控制中存在的这些缺陷。但是，多电平逆变器尤其是二极管钳位三电平逆变器由于其自身的拓扑结构，将其应用于直接转矩控制系统中，会带来许多新的问题。此次课题将主要探究基于二极管钳位三电平逆变器的异步电机直接转矩控制，并对其进行仿真。四、预期结果（或预计成果）（1）能够建立三电平逆变器的数学模型，明确三电平逆变器的开关状态对中点电位的影响，由于输出电流对中点电压有影响，并综合三电平逆变器模型与异步电机模型建立三电平逆变器异步电机系统的在α、β两相静止坐标系下的统一数学模型。（2）完成对异步电机直接转矩控制技术的研究分析。并对三电平逆变器用于异步电机直接转矩控制所带来的诸如空间矢量选择困难等问题进行深入探讨，然后，根据直接转矩控制的要求，明确这些影响因素的优先等级，完成对三电平逆变器直接转矩控制系统的研究分析。（3）根据所建立的异步电机三电平逆变器直接转矩控制系统的仿真模型，对模型中各个子模块的功能，进行分析说明，并进行仿真验证。五、研究进度安排2014.1.21—2014.3.24收集二极管钳位型三电平逆变器的相关资料，初步确定设定方案2014.3.25—2014.3.31对设计方案进行论证，撰写开题报告2014.4.1—2014.4.20根据设计方案进行二极管钳位的三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统的理论知识研究学习2014.4.21—2014.5.1二极管钳位的三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统进行理论仿真，并进行调试2014.5.2—2014.5.10进行最终仿真，并撰写毕业论文初稿2014.5.11—2014.5.15对毕业论文进行必要的修改，并进行打印装订2014.5.16—2014.5.18进行毕业答辩2014.5.19—2014.5.23上交胶装终稿六、主要参考文献[1]李夙.异步电动机直接转矩控制[M].北京.机械工业出版社，2007.[2]沈本荫.现代交流传动及其控制系统[M].北京.中国铁道出版社，2007.[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京.机械工业出版社，2009.[4]陈伯时，陈敏逊.交流调速系统[M].北京.机械工业出版社，2005.[5]胡崇岳.现代交流调速技术[M].北京.机械工业出版社，2001.[6]薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京.清华大学出版社，2002.[7]陈国呈.PWM变频调速及软开关电力变换技术[M].北京.机械工业出版社，2002.[8]宋文祥,陈国呈,束满堂.中点箝位式三电平逆变器空间矢量调制及其中点控制研究[J].中国电机工程学报,2006,26(5):105-109.[9]燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京.机械工业出版社,1997.[10]孙新柱,陈跃东.MATLAB仿真软件在直流调速系统教学中的应用[J].淮北煤炭师范学院学报:自然科学版,2009,30(2):86-88.[11]王广柱.二极管钳位式多电平逆变器直流侧电容电压不平衡机理的研究[J].中国电机工程学报,2002,22（12）:111-117.[12]林磊,邹云屏,钟和清.二极管钳位型三电平逆变器控制系统研究[J].中国电机工程学报,2005,25（15）:33-39.[13]赵莉,葛琼璇.基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制[J].电气应用,2006,24（10）:111-114.[14]李永东,侯轩,谭卓辉.三电平逆变器异步电动机直接转矩控制系统（Ⅱ）——合成矢量法[J].电工技术学报,2004,19(5):31-35.[15]巫庆辉,邵诚,徐占国.直接转矩控制技术的研究现状与发展趋势[J].信息与控制,2006,34(4):444-450.[16]冯江华,陈高华.异