无刷直流电机新型直接转矩控制基础研究结题摘要

本项目以两相导通无刷直流电机直接转矩控制理论涉及的三个基础问题：电压矢量、定子磁链和电机转矩为主要研究内容，开展了理论分析、仿真和实验研究。电压矢量方面，提出了基于“导通相相电压合成矢量”的电压矢量定义方法，澄清了全关矢量是零矢量的误区，提出了适用于该系统的零矢量，分析了所提电压矢量对转矩的作用规律；定子磁链方面，研究了两相导通条件下定子磁链的变化规律，给出了定子磁链幅值给定方法，指出了由于两相导通条件下电机磁链和转矩之间存在强耦合关系，转矩控制结构中应省去磁链环以实现对转矩的直接控制；电机转矩方面，基于所定义的电压矢量，提出了转矩优化控制方法；不同运行条件下的仿真和实验结果均验证了理论分析的正确性和所提方法的可行性。 本项目所获得的研究成果，已发表论文13篇，其中EI检索9篇，SCI检索1篇，授权专利5项；培养研究生5名。本项目的研究成果进一步完善了两相导通无刷直流电机直接转矩控制理论，为该技术的进一步发展奠定了良好的理论基础，所提出的控制方法对后续研究提供了有益的借鉴。 2100433B

直接转矩控制技术在正弦波永磁同步电机上得到了成功应用，而在无刷直流电机上的研究还处于初级阶段，现有理论对无刷直流电机在非正弦和关断相条件下零矢量的定义，定子磁链的控制存在误区，对转矩调节器的优化设计缺乏理论指导。本申请以两相导通无刷直流电机直接转矩控制系统为研究对象，指出现有理论中对零矢量的定义存在错误，对定子磁链的控制方法乃至是否需要控制等关键问题存在认识模糊，理论依据缺乏等问题，提出了一种真正意义上的零矢量，并对不同转速，不同负载条件下零矢量的作用进行全面的理论分析和实验验证；全面比较现有理论中的“单闭环方案”和“双闭环方案”的优缺点，确定定子磁链的控制依据，提出定子磁链的控制方法；提出该系统中转矩调节器定量优化设计的方法，以达到电机转矩动态性能好，转矩脉动小的目的。本申请的成功研究有助于建立两相导通无刷直流电动机直接转矩控制新理论。

第1章绪论

1.1电力电子元器件的发展

1.2交流调速控制技术的发展

1.3直接转矩控制的特点及研究现状

1.3.1直接转矩控制系统的主要特点

1.3.2直接转矩控制的研究现状

1.3.3直接转矩控制技术展望

1.4直接转矩控制技术的应用

1.4.1直接转矩控制在挖掘机行业中的应用

1.4.2步进电动机直接转矩控制在芯片显微自动拍照系统中的应用

本章参考文献

第2章异步电动机的直接转矩控制

2.1电压空间矢量

2.1.1逆变器的开关状态

2.1.2电压空间矢量的定义

2.1.3电压空间矢量对定子磁链及电磁转矩的影响

2.2直接转矩控制异步电动机的数学模型

2.3传统直接转矩控制系统的控制方式

2.3.1转矩直接自控制（DSC）系统

2.3.2近似圆形磁链DTC系统

2.4异步电动机直接转矩控制系统的建模与仿真

2.4.1系统仿真环境

2.4.2DTC中的通用单元

2.4.3转矩直接自控制系统仿真

2.4.4近似圆形磁链控制系统仿真

2.5DSP在异步电动机直接转矩控制中的应用

2.5.1控制系统的组成

2.5.2控制系统的软件设计

2.5.3控制系统的实现

本章参考文献

第3章改善直接转矩控制系统性能的措施

3.1定子磁链的观测

3.1.1异步电动机的全阶磁链观测器

3.1.2磁链观测器的求解方法

3.2死区效应分析及其补偿方法

3.2.1死区问题概述

3.2.2死区效应分析

3.2.3死区效应软件补偿方法一

3.2.4死区效应软件补偿方法二

3.3低速转矩脉动分析及其改善措施

3.3.1直接转矩控制系统的低速转矩脉动问题

3.3.2直接转矩控制系统的转矩变化规律

3.3.3定子磁链和转矩的双滞环控制

3.3.4转矩脉动最小化控制器

3.3.5无死区逆变器及三点式磁链调节器

3.3.6转矩控制器

3.4直接转矩控制的启制动方法

3.4.120°电压空间矢量对电动机运行的作用

3.4.220°电压空间矢量在启动过程中的应用

3.4.3异步电动机直接转矩控制启动方法

3.4.4异步电动机直接转矩控制的制动方法

3.5无速度传感器技术在直接转矩控制中的应用

3.5.1基于电动机模型的速度估计

3.5.2基于李雅普诺夫理论的速度自适应观测器

3.5.3与磁链观测器相结合的速度估计器

3.5.4基于神经网络的速度辨识原理

3.5.5无速度传感器直接转矩控制系统的仿真实现

3.6统一磁链误差矢量控制器

3.6.1异步电动机模型的简化

3.6.2运行模式及统一磁链误差矢量

3.6.3统一磁链误差矢量控制方式

3.6.4系统仿真结构图

3.6.5仿真结果及分析

本章参考文献

第4章无刷直流电动机的直接转矩控制

4.1无刷直流电动机直接转矩控制原理

4.1.1无刷直流电动机的工作原理

4.1.2无刷直流电动机的数学模型

4.1.3无刷直流电动机的直接转矩控制实现

4.2改进的无刷直流电动机直接转矩控制

4.2.1改进型无刷直流电动机直接转矩控制的空间电压矢量选择方法

4.2.2无刷直流电动机位置信号和单位反电势的关系

4.3无刷直流电动机直接转矩控制系统的建模与仿真

4.3.1无刷直流电动机本体的建模仿真

4.3.2无刷直流电动机直接转矩控制的仿真实现

4.3.3无刷直流电动机直接转矩控制的仿真结果及分析

4.4无刷直流电动机直接转矩控制系统的设计

4.4.1系统硬件概述

4.4.2系统软件实现

本章参考文献

第5章永磁同步电动机直接转矩控制原理

5.1永磁同步电动机概述

5.1.1研究背景及意义

5.1.2永磁同步电动机的结构及特点

5.2永磁同步电动机直接转矩控制原理

5.2.1永磁同步电动机的数学模型

5.2.2永磁同步电动机的直接转矩控制实现

5.3最大转矩电流比控制的实现

5.4PMSMDTC滑模变结构控制

5.5永磁同步电动机直接转矩控制系统的建模与仿真

5.5.1永磁同步电动机直接转矩控制系统的仿真

5.5.2永磁同步电动机滑模变结构直接转矩控制系统的仿真

本章参考文献

第6章开关磁阻电动机的直接转矩控制

6.1开关磁阻电动机的结构与基本原理

6.1.1开关磁阻电动机简介

6.1.2开关磁阻电动机的基本工作原理

6.1.3开关磁阻电动机的基本方程式

6.1.4开关磁阻电动机在不同转速下的运行特性

6.1.5开关磁阻电动机的基本控制方法

6.2开关磁阻电动机直接转矩控制的策略

6.2.1空间电压矢量的产生

6.2.2开关磁阻电动机直接转矩控制的优化

6.2.3SR电动机直接转矩控制系统仿真

本章参考文献2100433B

《直接转矩控制理论及应用》适合于从事电力电子与电力传动、电机及其控制专业的科研人员阅读，也可以作为相关专业本科院校教师、研究生和本科生的教学参考。