基于二極管鉗位三電平逆變器異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究仿真-開題報告

word文檔可自由復(fù)制編輯畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告電子信息與電氣工程學(xué)院2014屆題目基于二極管鉗位三電平逆變異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)研究與仿真課題類型課題來源自擬課題學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)自動化年級班2010級2班指導(dǎo)教師職稱講師填寫日期：2014年3月23日一、本課題研究的主要內(nèi)容、目的和意義主要內(nèi)容：由于多電平逆變技術(shù)是未來中高壓大功率變頻調(diào)速技術(shù)的一個重要方向。多電平逆變器由于輸出電平數(shù)的增加，使得輸出波形具有更好的諧波頻譜，每個開關(guān)器件所承受的電壓應(yīng)力小，開關(guān)損耗小，可以避免輸出電壓過大所帶來的一些問題。其中二極管鉗位型多點平逆變電路是應(yīng)用最多、研究最廣泛的一種拓撲結(jié)構(gòu)。本文將二極管鉗位型三點平逆變器與異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相結(jié)合，針對系統(tǒng)模型構(gòu)造、空間矢量選擇電位平衡等問題，進行深入理論分析，本課題將主要從以下幾個部分進行研究：（1）研究學(xué)習(xí)三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型，探討三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)對中點點位的影響，由于輸出電流對中點電壓有影響，因而綜合三電平逆變器模型與異步電機模型建立系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型。（2）研究探討異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)。探究三電平逆變器用于異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制所帶來的諸如空間矢量選擇困難等問題。（3）通過對上述問題的研究學(xué)習(xí)擬定自己的設(shè)計思路，在畢業(yè)設(shè)計期間完成設(shè)計方案的仿真。課題研究目的和意義：伴隨現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，傳統(tǒng)二電平逆變器已經(jīng)很難滿足如今的工業(yè)需求，因此多電平逆變器受到越來越多的關(guān)注，并開始得到廣泛的研究和應(yīng)用。直接轉(zhuǎn)矩控制在理論和實踐上難免存在一些不足，而將多電平逆變器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二電平逆變器，應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，則可以有效地解決直接轉(zhuǎn)矩控制中存在的這些缺陷，從而提高整個系統(tǒng)的控制性能。因此，該項技術(shù)是指得深入研究和探討的。但是，多電平逆變器尤其是二極管鉗位三電平逆變器，由于自身拓撲結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制中，會帶來一些新的問題。鑒于以上問題此次課題將主要研究基于三電平逆變器的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，并對其進行仿真。二、文獻綜述（國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)況和發(fā)展趨向）針對傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中技術(shù)中存在的問題，學(xué)者先后提出了眾多的改進控制策略思路，例如：使用優(yōu)化的開關(guān)矢量選擇表，但是這必將大大的增加器件的開關(guān)頻率，從而導(dǎo)致在實際應(yīng)用中往往難以實現(xiàn)，用智能控制方法改善直接轉(zhuǎn)矩控制性能，改善電機性能等。目前，國內(nèi)外圍繞直接轉(zhuǎn)矩控制的研究十分活躍，并且直接轉(zhuǎn)矩控制理論的實現(xiàn)已經(jīng)有了成功的范例。在國外，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的理論已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，應(yīng)用也得到不斷的發(fā)展，此項技術(shù)已取得很大成功。目前，該技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用在電力機車牽引系統(tǒng)、垂直升降系統(tǒng)等大功率交流調(diào)速應(yīng)用場合。長期以來，國內(nèi)高壓大容量交流調(diào)速技術(shù)主要集中在諧波優(yōu)化和開環(huán)VVVF控制，其調(diào)速范圍窄，低速性能差，通常只用于風(fēng)機泵類等負載調(diào)速精度要求不高的場合，主要目的是節(jié)能和軟起軟停。限制高壓大功率系統(tǒng)高性能化的主要因素有：（1）受器件工藝水平的限制，高壓大容量器件通常開關(guān)頻率不高，一般小于1kHz。在較低開關(guān)頻率下，由于離散化誤差的影響，控制不及時等因素，控制精度必然下降，出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動大，速度精度差等現(xiàn)象。（2）高性能調(diào)速技術(shù)是在兩電平（小容量）逆變器上發(fā)展起來的，而高壓大容量逆變器通常采用的是多電平技術(shù)，主電路拓撲結(jié)構(gòu)的不同往往造成控制技術(shù)移植的困難，而且技術(shù)的移植也需要有一個逐漸成熟過程。（3）高壓大容量帶來很多新問題，然而這些問題的研究都處于起步階段，尚無成熟的解決辦法。而這些問題對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性有極大的影響。另一方面，將多電平逆變器與直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)相結(jié)合的困難，除了前面所說的三點，也和直接轉(zhuǎn)矩控制本身的技術(shù)特點有關(guān)。對于矢量控制來說，其基礎(chǔ)是空間矢量調(diào)制和載波調(diào)制技術(shù)。這兩種技術(shù)在每一種多電平拓撲上都有相當(dāng)深入的研究，從控制角度來說，實現(xiàn)矢量控制難度不大。直接轉(zhuǎn)矩控制則不同，其基礎(chǔ)是優(yōu)化矢量表。電平數(shù)越多，矢量數(shù)將急劇增加，優(yōu)化矢量表的復(fù)雜程度也急劇增加。由于在優(yōu)化矢量的形成方面缺乏統(tǒng)一的技術(shù)基礎(chǔ)，在各種主電路拓撲結(jié)構(gòu)間的技術(shù)可移植性差，削弱了研究工作的延續(xù)性，直接阻礙了直接轉(zhuǎn)矩控制在多電平電路上的應(yīng)用。三、擬采取的研究方法（方案、技術(shù)路線等）和可行性論證研究方法：通過查閱異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制和三電平逆變器方面的資料，對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)和空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)具有一定了解的情況下。根據(jù)三電平逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)之中的各模塊進行逐一的研究學(xué)習(xí)。其中主要研究學(xué)習(xí)的包括以下幾個模塊：基于三電平逆變器的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立；基于三電平逆變器的異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)（主要內(nèi)容為磁鏈觀測器模型、電磁轉(zhuǎn)矩的控制、優(yōu)化開關(guān)的矢量選擇等）；三電平直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真；新型的基于固定適量的三電平直接轉(zhuǎn)矩控制方法等。通過對以上所述各模塊的研究學(xué)習(xí)，解決在后期設(shè)計中遇到的各種問題從而達到自己的設(shè)想方案。三電平逆變器的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖SEQ圖表\*ARABIC1基于三電平逆變器的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖可行性論證：異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后，并發(fā)展起來的一種新型的高性能的交流調(diào)速傳動的控制技術(shù)。該控制方法思想新穎，控制手段直接，控制結(jié)構(gòu)簡單，是一種具有良好的靜態(tài)與動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。目前，已經(jīng)成為交流調(diào)速傳動中的一個研究熱點，在一些場合已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的二電平直接轉(zhuǎn)矩控制存在著轉(zhuǎn)矩脈動大、電流諧波成分高和釘子磁鏈軌跡畸變等不足。為了改善直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制性能，增加工作電壓矢量和改善磁鏈軌跡，將中點鉗位式三電平逆變器和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)有機的結(jié)合起來，針對常用的三電平逆變器存在過高電壓跳變和中點電壓漂移的不足，可以有效的解決直接轉(zhuǎn)矩控制中存在的這些缺陷，從而提高整個系統(tǒng)的控制性能。該課題主要研究學(xué)習(xí)一種改進的三電平逆變器調(diào)制策略，根據(jù)所學(xué)習(xí)的理論知識搭建改進三電平逆變器調(diào)制策略供電下異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的SIMULINK模型并對其進行仿真。該課題主要依據(jù)于直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)和多電平逆變器的控制等。將多電平逆變器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的而電平逆變器，應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，則可以有效的解決直接轉(zhuǎn)矩控制中存在的這些缺陷。但是，多電平逆變器尤其是二極管鉗位三電平逆變器由于其自身的拓撲結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，會帶來許多新的問題。此次課題將主要探究基于二極管鉗位三電平逆變器的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制，并對其進行仿真。四、預(yù)期結(jié)果（或預(yù)計成果）（1）能夠建立三電平逆變器的數(shù)學(xué)模型，明確三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)對中點電位的影響，由于輸出電流對中點電壓有影響，并綜合三電平逆變器模型與異步電機模型建立三電平逆變器異步電機系統(tǒng)的在α、β兩相靜止坐標(biāo)系下的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型。（2）完成對異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究分析。并對三電平逆變器用于異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制所帶來的諸如空間矢量選擇困難等問題進行深入探討，然后，根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制的要求，明確這些影響因素的優(yōu)先等級，完成對三電平逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究分析。（3）根據(jù)所建立的異步電機三電平逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，對模型中各個子模塊的功能，進行分析說明，并進行仿真驗證。五、研究進度安排2014.1.21—2014.3.24收集二極管鉗位型三電平逆變器的相關(guān)資料，初步確定設(shè)定方案2014.3.25—2014.3.31對設(shè)計方案進行論證，撰寫開題報告2014.4.1—2014.4.20根據(jù)設(shè)計方案進行二極管鉗位的三電平逆變器異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的理論知識研究學(xué)習(xí)2014.4.21—2014.5.1二極管鉗位的三電平逆變器異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進行理論仿真，并進行調(diào)試2014.5.2—2014.5.10進行最終仿真，并撰寫畢業(yè)論文初稿2014.5.11—2014.5.15對畢業(yè)論文進行必要的修改，并進行打印裝訂2014.5.16—2014.5.18進行畢業(yè)答辯2014.5.19—2014.5.23上交膠裝終稿六、主要參考文獻[1]李夙.異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制[M].北京.機械工業(yè)出版社，2007.[2]沈本蔭.現(xiàn)代交流傳動及其控制系統(tǒng)[M].北京.中國鐵道出版社，2007.[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