word文檔可自由復制編輯畢業設計（論文）開題報告電子信息與電氣工程學院2014屆題目基于二極管鉗位三電平逆變異步電機直接轉矩控制系統研究與仿真課題類型課題來源自擬課題學生姓名學號專業自動化年級班2010級2班指導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容、目的和意義主要內容：由于多電平逆變技術是未來中高壓大功率變頻調速技術的一個重要方向。多電平逆變器由于輸出電平數的增加，使得輸出波形具有更好的諧波頻譜，每個開關器件所承受的電壓應力小，開關損耗小，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用最多、研究最廣泛的一種拓撲結構。本文將二極管鉗位型三點平逆變器與異步電機直接轉矩控制技術相結合，針對系統模型構造、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）研究學習三電平逆變器的數學模型，探討三電平逆變器的開關狀態對中點點位的影響，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統一數學模型。（2）研究探討異步電機直接轉矩控制技術。探究三電平逆變器用于異步電機直接轉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習擬定自己的設計思路，在畢業設計期間完成設計方案的仿真。課題研究目的和意義：伴隨現代工業的發展要求，傳統二電平逆變器已經很難滿足如今的工業需求，因此多電平逆變器受到越來越多的關注，并開始得到廣泛的研究和應用。直接轉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傳統的二電平逆變器，應用于直接轉矩控制系統中，則可以有效地解決直接轉矩控制中存在的這些缺陷，從而提高整個系統的控制性能。因此，該項技術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，由于自身拓撲結構，將其應用于直接轉矩控制中，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矩控制系統，并對其進行仿真。二、文獻綜述（國內外相關研究現況和發展趨向）針對傳統直接轉矩控制系統中技術中存在的問題，學者先后提出了眾多的改進控制策略思路，例如：使用優化的開關矢量選擇表，但是這必將大大的增加器件的開關頻率，從而導致在實際應用中往往難以實現，用智能控制方法改善直接轉矩控制性能，改善電機性能等。目前，國內外圍繞直接轉矩控制的研究十分活躍，并且直接轉矩控制理論的實現已經有了成功的范例。在國外，直接轉矩控制技術的理論已經發展的比較成熟，應用也得到不斷的發展，此項技術已取得很大成功。目前，該技術已經成功的應用在電力機車牽引系統、垂直升降系統等大功率交流調速應用場合。長期以來，國內高壓大容量交流調速技術主要集中在諧波優化和開環VVVF控制，其調速范圍窄，低速性能差，通常只用于風機泵類等負載調速精度要求不高的場合，主要目的是節能和軟起軟停。限制高壓大功率系統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頻率不高，一般小于1kHz。在較低開關頻率下，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，出現轉矩脈動大，速度精度差等現象。（2）高性能調速技術是在兩電平（小容量）逆變器上發展起來的，而高壓大容量逆變器通常采用的是多電平技術，主電路拓撲結構的不同往往造成控制技術移植的困難，而且技術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。而這些問題對系統的穩定性、可靠性有極大的影響。另一方面，將多電平逆變器與直接轉矩控制技術相結合的困難，除了前面所說的三點，也和直接轉矩控制本身的技術特點有關。對于矢量控制來說，其基礎是空間矢量調制和載波調制技術。這兩種技術在每一種多電平拓撲上都有相當深入的研究，從控制角度來說，實現矢量控制難度不大。直接轉矩控制則不同，其基礎是優化矢量表。電平數越多，矢量數將急劇增加，優化矢量表的復雜程度也急劇增加。由于在優化矢量的形成方面缺乏統一的技術基礎，在各種主電路拓撲結構間的技術可移植性差，削弱了研究工作的延續性，直接阻礙了直接轉矩控制在多電平電路上的應用。三、擬采取的研究方法（方案、技術路線等）和可行性論證研究方法：通過查閱異步電機直接轉矩控制和三電平逆變器方面的資料，對直接轉矩控制技術和空間電壓矢量調制技術具有一定了解的情況下。根據三電平逆變器直接轉矩控制系統，對系統之中的各模塊進行逐一的研究學習。其中主要研究學習的包括以下幾個模塊：基于三電平逆變器的異步電動機調速系統數學模型的建立；基于三電平逆變器的異步電動機直接轉矩控制系統的學習（主要內容為磁鏈觀測器模型、電磁轉矩的控制、優化開關的矢量選擇等）；三電平直接轉矩控制系統仿真；新型的基于固定適量的三電平直接轉矩控制方法等。通過對以上所述各模塊的研究學習，解決在后期設計中遇到的各種問題從而達到自己的設想方案。三電平逆變器的異步電機直接轉矩控制系統框圖如圖1所示。圖SEQ圖表\*ARABIC1基于三電平逆變器的異步電機直接轉矩控制系統框圖可行性論證：異步電機直接轉矩控制技術是繼矢量控制技術之后，并發展起來的一種新型的高性能的交流調速傳動的控制技術。該控制方法思想新穎，控制手段直接，控制結構簡單，是一種具有良好的靜態與動態性能的交流調速方法。目前，已經成為交流調速傳動中的一個研究熱點，在一些場合已經得到了成功應用。但是傳統的二電平直接轉矩控制存在著轉矩脈動大、電流諧波成分高和釘子磁鏈軌跡畸變等不足。為了改善直接轉矩控制系統的控制性能，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矩控制技術有機的結合起來，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矩控制中存在的這些缺陷，從而提高整個系統的控制性能。該課題主要研究學習一種改進的三電平逆變器調制策略，根據所學習的理論知識搭建改進三電平逆變器調制策略供電下異步電動機直接轉矩控制系統的SIMULINK模型并對其進行仿真。該課題主要依據于直接轉矩控制技術和多電平逆變器的控制等。將多電平逆變器代替傳統的而電平逆變器，應用于直接轉矩控制系統中，則可以有效的解決直接轉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構，將其應用于直接轉矩控制系統中，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矩控制，并對其進行仿真。四、預期結果（或預計成果）（1）能夠建立三電平逆變器的數學模型，明確三電平逆變器的開關狀態對中點電位的影響，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的在α、β兩相靜止坐標系下的統一數學模型。（2）完成對異步電機直接轉矩控制技術的研究分析。并對三電平逆變器用于異步電機直接轉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，根據直接轉矩控制的要求，明確這些影響因素的優先等級，完成對三電平逆變器直接轉矩控制系統的研究分析。（3）根據所建立的異步電機三電平逆變器直接轉矩控制系統的仿真模型，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資料，初步確定設定方案2014.3.25—2014.3.31對設計方案進行論證，撰寫開題報告2014.4.1—2014.4.20根據設計方案進行二極管鉗位的三電平逆變器異步電機直接轉矩控制系統的理論知識研究學習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矩控制系統進行理論仿真，并進行調試2014.5.2—2014.5.10進行最終仿真，并撰寫畢業論文初稿2014.5.11—2014.5.15對畢業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.異步電動機直接轉矩控制[M].北京.機械工業出版社，2007.[2]沈本蔭.現代交流傳動及其控制系統[M].北京.中國鐵道出版社，2007.[3]陳伯時.電力拖動自動控制系統[M].北京.機械工業出版社，2009.[4]陳伯時，陳敏遜.交流調速系統[M].北京.機械工業出版社，2005.[5]胡崇岳.現代交流調速技術[M].北京.機械工業出版社，2001.[6]薛定宇，陳陽泉.基于MATLAB/Simulink的系統仿真技術與應用[M].北京.清華大學出版社，2002.[7]陳國呈.PWM變頻調速及軟開關電力變換技術[M].北京.機械工業出版社，2002.[8]宋文祥,陳國呈,束滿堂.中點箝位式三電平逆變器空間矢量調制及其中點控制研究[J].中國電機工程學報,2006,26(5):105-109.[9]燕賓.SPWM變頻調速應用技術[M].北京.機械工業出版社,1997.[10]孫新柱,陳躍東.MATLAB仿真軟件在直流調速系統教學中的應用[J].淮北煤炭師范學院學報:自然科學版,2009,30(2):86-88.[11]王廣柱.二極管鉗位式多電平逆變器直流側電容電壓不平衡機理的研究[J].中國電機工程學報,2002,22（12）:111-117.[12]林磊,鄒云屏,鐘和清.二極管鉗位型三電平逆變器控制系統研究[J].中國電機工程學報,2005,25（15）:33-39.[13]趙莉,葛瓊璇.基于三電平逆變器的異步電動機直接轉矩控制[J].電氣應用,2006,24（10）:111-114.[14]李永東,侯軒,譚卓輝.三電平逆變器異步電動機直接轉矩控制系統（Ⅱ）——合成矢量法[J].電工技術學報,2004,19(5):31-35.[15]巫慶輝,邵誠,徐占國.直接轉矩控制技術的研究現狀與發展趨勢[J].信息與控制,2006,34(4):444-450.[16]馮江華,陳高華.異