第1頁共39頁基于ADRC的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建模仿真研究摘要異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)因?yàn)槠湓砬逦?、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便以及性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，在生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。但是因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)容易受到外界環(huán)境擾動(dòng)，而且本身是一個(gè)高階、強(qiáng)耦合、非線性的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，如何設(shè)計(jì)控制器的變成一個(gè)困難的問題。本文所做的研究工作豐富了ADRC控制理論的應(yīng)用范圍，將該理論在異步電機(jī)調(diào)速上了進(jìn)一步拓展。并針對傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在低速時(shí)脈動(dòng)大的問題，采用ADRC代替PI控制，改善系統(tǒng)性能，并在MATLAB中完成仿真研究分析和比較。建立傳統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)模型和帶ADRC控制器的直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)模型，在Simlink平臺(tái)上在高速和低速兩種情況下進(jìn)行模擬研究，比較PI和ADRC控制的異步電動(dòng)機(jī)的性能，比較電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)矩、比較電流等性能，結(jié)果顯示具有ADRC控制器的系統(tǒng)性能更好。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)、直接轉(zhuǎn)矩控制、電壓矢量、自抗擾控制目錄TOC\o"1-3"\h\u49301緒論 195611.1研究的背景及意義 1284651.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2177301.2.1直接轉(zhuǎn)矩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2195651.2.2ADRC控制理論的研究現(xiàn)狀 3282271.3論文研究內(nèi)容 4103522異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 625072.1異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建 6105632.2坐標(biāo)變換； 7262932.3逆變器的工作原理和空間電壓矢量 8264932.3.1空間電壓矢量 8214352.3.2空間電壓矢量對定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩的作用 9136772.3.3對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的觀測方法的研究 1016702.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 11134122.4.1區(qū)間確定 11318082.4.2磁鏈滯環(huán)控制 11208552.4.3速度控制器 11102072.4.4轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制 12197662.4.5逆變器開關(guān)信號(hào)選擇 1290742.5本章小結(jié) 13200053ADRC理論研究與控制器的設(shè)計(jì) 1413453.1PID控制原理 14153603.2PID參數(shù)整定 錯(cuò)誤！未定義書簽。159963.3ADRC理論 15210034系統(tǒng)的建模與仿真分析 16227294.1各模塊及系統(tǒng)模型的建立 1623024.1.1異步電機(jī)模塊 16207334.1.2速度控制器 錯(cuò)誤！未定義書簽。157044.1.3坐標(biāo)變換器 161794.1.4磁鏈滯環(huán)控制 18238214.1.5轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制 18219344.1.6區(qū)間選擇 18327554.1.7電壓矢量選擇 20197424.1.8異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩仿真圖 20103354.2仿真結(jié)果及分析 2167244.2.1系統(tǒng)高速情形仿真 2155774.2.2系統(tǒng)低速情形仿真 25233104.2.3性能對比 2885625總結(jié)和展望 3047605.1總結(jié) 3075255.2展望 308375參考文獻(xiàn) 311緒論1.1研究的背景及意義電能在人類生活中具有很大的作用，在生活中幾乎方方面面都需要用電，因此電能的生產(chǎn)和使用極為重要。電機(jī)的出現(xiàn)正是科學(xué)家在電能生產(chǎn)和使用方向發(fā)展的結(jié)果，電機(jī)包括發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。發(fā)電機(jī)可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生。電動(dòng)機(jī)可以把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)電能的利用。電機(jī)包括直流電機(jī)，交流電機(jī)，變壓器。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)都屬于電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生，電動(dòng)機(jī)將電能變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)電能的使用。電機(jī)包括直流電機(jī)、交流電機(jī)、變壓器。在電機(jī)早期的研究中，直流電機(jī)開始出現(xiàn)，直流電機(jī)的工作原理簡單，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，但因?yàn)槠淞己玫恼{(diào)速性能使其在生活中和工業(yè)中有著大量的應(yīng)用。隨著電機(jī)領(lǐng)域的研究不斷發(fā)展，科學(xué)家們不斷的對電機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，交流電機(jī)出現(xiàn)了，相比與直流電機(jī)，交流電機(jī)的工作原理復(fù)雜，結(jié)構(gòu)簡單。在電機(jī)發(fā)展的初期，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的調(diào)速性能好，調(diào)速寬度大，所以直流電機(jī)在電力電子拖動(dòng)的領(lǐng)域應(yīng)用比較多。與之相比較，交流電動(dòng)機(jī)只在不變速拖動(dòng)領(lǐng)域有所應(yīng)用，雖然在當(dāng)時(shí)交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)有很多不同的方案，但是交流電機(jī)調(diào)速性能卻一直無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相比[1,2]。隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電子器件得到了發(fā)展，集成電路的技術(shù)開始成熟，電力拖動(dòng)領(lǐng)域的格局也隨之改變。此時(shí)，交流調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)性能并不比直流調(diào)速差，而且交流調(diào)速系統(tǒng)裝置成本比較降低，維修費(fèi)和能耗大大降低，可靠性也得到提高[3]。直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，容量和速度受到限制，效率低的缺點(diǎn)體現(xiàn)出來。因此，交流調(diào)速逐漸取代直流調(diào)速并成為了當(dāng)前電力拖動(dòng)領(lǐng)域的主要方向[4]。交流電機(jī)又包括同步電機(jī)和異步電機(jī)，同步電機(jī)一般應(yīng)用在發(fā)電機(jī)組，而異步電機(jī)在生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面應(yīng)用廣泛。異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要包括基于穩(wěn)態(tài)模型調(diào)速和基于動(dòng)態(tài)模型調(diào)速兩部分內(nèi)容[5]。其中，基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)包括調(diào)壓調(diào)速、變壓變頻調(diào)速等多種調(diào)速方式；基于動(dòng)態(tài)模型的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要包括矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制兩種調(diào)速方式[5]。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的四種控制方式如下：1.電壓/頻率控制電壓/頻率控制是在其他變量保持不變時(shí)，通過增大或減小電動(dòng)機(jī)的頻率和電壓來使轉(zhuǎn)速改變。但這種控制方式是開環(huán)控制方式，容易受到擾動(dòng)，使得其調(diào)速性能變差，而且在電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩誤差，因此此控制方式只在調(diào)速性能要求不高的情況下使用。2.轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制，轉(zhuǎn)差是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與產(chǎn)生的磁通轉(zhuǎn)速之差，通過變化轉(zhuǎn)差頻率，來控制電動(dòng)機(jī)空間氣隙磁通值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制這種控制方式是閉環(huán)控制，相比較電壓/頻率控制方法有了進(jìn)一步提高，但是動(dòng)態(tài)性能和直流調(diào)速還存在一定的差距，這是由于調(diào)速控制的設(shè)計(jì)中，相關(guān)計(jì)算公式都是建立在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，所以動(dòng)態(tài)過程中無法使磁通保持恒定，失去了此方法的使用前提。3.矢量控制對于調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，上述方法存在許多缺陷，因此它的分析與設(shè)計(jì)在不斷發(fā)展。上世紀(jì)70年代初，德國學(xué)者Blaschke第一次采用矢量控制方法控制傳感電機(jī)，逐漸取代直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。該控制策略根據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，通過坐標(biāo)變換將定子電流矢量分解為兩個(gè)互相垂直的電流分量，從而使勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩分別解耦，得到良好的調(diào)速性能。4.直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制（DirectTorqueControl，DTC），1985年DTC技術(shù)第一次被提出[6]。與矢量控制不同的是，無需對勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行解耦，電壓矢量直接作用于轉(zhuǎn)矩。因此，控制原理清晰，結(jié)構(gòu)簡單，控制過程更加簡潔，對交流電機(jī)的調(diào)速有很大的發(fā)展。但這種控制方式也存在一些缺陷。目前學(xué)者們將一些先進(jìn)的控制理論應(yīng)用于這種技術(shù)上，為該技術(shù)的改進(jìn)提供了另一種思路。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1直接轉(zhuǎn)矩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1977年，美國學(xué)者Plunkett于1985年在《IEEE》雜志上首次提出DTC理論。1985年，德國學(xué)者Depenbrock教授和日本學(xué)者Takahashi成功地應(yīng)用了圓形和六邊形技術(shù)。隨著研究的深入，這項(xiàng)技術(shù)在弱磁調(diào)速得到了進(jìn)一步的推廣。今后，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，許多學(xué)者在DTC各方面提出改進(jìn)意見，不斷更新技術(shù)理論，提高技術(shù)含量。在國外，DTC技術(shù)的提出較早，其理論研究也較為深入和成熟，尤其是在德國和日本，這兩個(gè)國家是DTC理論的發(fā)源地，其理論和應(yīng)用成果比其他國家更為豐富。例如，在文獻(xiàn)[7]中，松山哲和吉本淳研究了基于參考磁通矢量計(jì)算的DTC技術(shù)在超高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，以補(bǔ)償離散誤差。在參考文獻(xiàn)[8]中，學(xué)者們在五相感應(yīng)電機(jī)采用了DTC控制方案，不僅可以降低共模電壓和相電流的質(zhì)量，而且可以保證相電流的質(zhì)量。此外，美國、法國、瑞士等國家也為該技術(shù)的推廣應(yīng)用做出了很大貢獻(xiàn)。如ASEAbrownbover集團(tuán)開發(fā)的通用變頻器ACS800系列等，就是基于DTC技術(shù)，具有較高的動(dòng)靜態(tài)調(diào)速精度。目前已投放市場，反響良好。當(dāng)然，直接轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用不僅限于此，在國外需要大功率調(diào)速的地方，控制技術(shù)的主要應(yīng)用也是如此，如電力機(jī)車牽引控制、港口起降設(shè)備升降控制等。與其他老工業(yè)國家相比，雖然我國對DTC的研究起步較晚，但在學(xué)者們的堅(jiān)持下，我國也取得了一定的成果。例如，李永東教授對《交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)》中轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大和低速性能差這兩個(gè)問題進(jìn)行了相關(guān)研究，陳伯時(shí)教授在DTC一些知名學(xué)術(shù)會(huì)議上也提出了一些有效的改進(jìn)措施。其中一個(gè)解決方案是改進(jìn)速度控制器，根據(jù)經(jīng)典的PID理論，通過一個(gè)簡單的結(jié)構(gòu)來調(diào)整獲得的速度與給定速度之間的差值。由于控制器結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)部參數(shù)考慮不多，可根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。但是，PI的速度控制范圍相對有限。一旦參數(shù)確定，當(dāng)電機(jī)從一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍移動(dòng)到另一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍時(shí)，當(dāng)前設(shè)定的參數(shù)又不能滿足當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，使得系統(tǒng)原有的良好性能變差。為了解決這個(gè)問題，。采用韓京清教授提出的基于PID擴(kuò)展的自抗擾控制器（ADRC）來解決電機(jī)系統(tǒng)的控制問題。在這項(xiàng)研究中，將使用ADRC而不是PI來提高其功能。1.2.2ADRC控制理論的研究現(xiàn)狀自抗擾控制技術(shù)是中科院數(shù)學(xué)所的研究者，韓京清，在二十世紀(jì)經(jīng)過多年的研究后，基于上世紀(jì)80年代末的科研成果。該理論用于解決由不確定性和非線性引起的系統(tǒng)擾動(dòng)問題，這是許多控制策略所不行解決的。自抗擾控制技術(shù)以來，在裝備系統(tǒng)，熱力，伺服控制，化學(xué)工程，加工等工業(yè)領(lǐng)域乃至經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都取得了成功，取得了好的社會(huì)效益。自抗擾控制器能實(shí)時(shí)準(zhǔn)地預(yù)測系統(tǒng)的總擾動(dòng)。對系統(tǒng)的內(nèi)外干擾、隨機(jī)干擾和固定干擾都有很好的估計(jì)效果。將估計(jì)的擾動(dòng)值補(bǔ)償?shù)介]環(huán)系統(tǒng)的輸入端，將負(fù)復(fù)雜系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為簡單的線性系統(tǒng)，使閉環(huán)系統(tǒng)具有良好的控制性能。文獻(xiàn)[8]對傳統(tǒng)的自抗擾控制算法進(jìn)行了改進(jìn)。在反饋通道中加入微分預(yù)測跟蹤算法，濾除系統(tǒng)輸出的測量噪聲。同時(shí)，計(jì)算了輸出的微分而不是延伸的狀態(tài)觀測器給出了被控對象的仿真結(jié)果，并提出了一種改進(jìn)的自抗擾控制算法。參考文獻(xiàn)[9]提出了一套新的工具，包括控制器縮放、控制器參數(shù)設(shè)置和實(shí)際優(yōu)化，以標(biāo)準(zhǔn)化ADRC控制器的調(diào)諧。采用控制器定標(biāo)的方法對大型工廠現(xiàn)有控制器的頻率進(jìn)行定標(biāo)，消除了不同增益和帶寬控制器的重復(fù)調(diào)整過程。ADRC控制器的參數(shù)化使控制器參數(shù)成為單變量和環(huán)路增益帶寬的函數(shù)，大大簡化了參數(shù)調(diào)整過程。1.3論文研究內(nèi)容異步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)因?yàn)槠湓砬逦?、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便以及性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，在生活和工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。但是因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)容易受到外界環(huán)境擾動(dòng)，而且本身是一個(gè)高階、強(qiáng)耦合、非線性的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，如何設(shè)計(jì)控制器的變成一個(gè)困難的問題。本文所做的研究工作豐富了ADRC控制理論的應(yīng)用范圍，將該理論在異步電機(jī)調(diào)速上做了進(jìn)一步拓展。并針對傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在低速時(shí)脈動(dòng)大的問題，采用ADRC代替PI控制，改善系統(tǒng)性能，并在MATLAB中完成仿真研究分析和比較。為達(dá)到研究的最終目的，主要進(jìn)行如下工作：第一章緒論，點(diǎn)明論文背景以及研究工作存在的意義。闡述國內(nèi)外關(guān)于直接轉(zhuǎn)矩控制理論和ADRC理論應(yīng)用的相關(guān)研究內(nèi)容。第二章研究異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及逆變器的工作原理，并分析空間電壓矢量與定子磁鏈、轉(zhuǎn)矩之間存在的控制關(guān)系；說明DTC各部分模塊的理論思路及核心計(jì)算公式。第三章學(xué)習(xí)PID控制理論和ADRC理論，并進(jìn)行參數(shù)整定和控制器的設(shè)置。第四章根據(jù)第二章和第三章的理論知識(shí)搭建仿真模型，建立傳統(tǒng)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩模型和帶ADRC控制器的系統(tǒng)模型，在Simulink平臺(tái)對兩種模型在高速、低速兩種情形下進(jìn)行仿真研究，將PI控制和ADRC控制的異步電機(jī)從電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電流等性能進(jìn)行比較。第五章總結(jié)全文，總結(jié)論文中的主要工作，進(jìn)一步挖掘論文潛在的研究價(jià)值。2異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制是通過電壓矢量直接對電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。技術(shù)不僅簡化了控制器結(jié)構(gòu)，也使控制過程更為簡潔，使交流調(diào)速邁向了更高的一個(gè)臺(tái)階。這種控制方式也存在缺陷，傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在低速時(shí)脈動(dòng)比較大。本文將采用帶ADRC控制器的異步電機(jī)系統(tǒng)來解決解決此問題。2.1異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建異步電機(jī)本身是由三相電壓供電，并包括電流、電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、磁鏈等變量，這些變量之間有著很強(qiáng)的耦合，之間互相影響。理想的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型有以下要求：電機(jī)的結(jié)構(gòu)是對稱的，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)是三相對稱的。電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間氣隙的磁通呈正弦分布。3.電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子表面光滑，無齒槽效應(yīng)。4.電機(jī)的電磁系數(shù)為常數(shù)，鐵芯的渦流飽和及磁滯損耗忽略不計(jì)。圖2.1三相異步電機(jī)物理結(jié)構(gòu)異步電機(jī)中，因?yàn)槎ㄗ永@組保持不動(dòng)，便于電機(jī)參數(shù)的測量，因此選擇定子繞組為參考系。在直接轉(zhuǎn)矩分析時(shí)，是在兩相坐標(biāo)系中進(jìn)行分析，本文中采用clark變換，即將三相坐標(biāo)變?yōu)棣?β坐標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。對應(yīng)的方程如下：電壓方程：(2.1)下標(biāo)s表示定子、下標(biāo)r表示轉(zhuǎn)子，Lm為定子和轉(zhuǎn)子間的互感，P為微分因子。磁鏈方程：(2.2)轉(zhuǎn)矩方程：(2.3)方程表示轉(zhuǎn)矩與極數(shù)、磁鏈和定子電流之間的代數(shù)關(guān)系。運(yùn)動(dòng)方程：(2.4)方程表示轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子角速度之間關(guān)系。其中J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。將電壓、磁鏈方程與轉(zhuǎn)化為電流形式的狀態(tài)方程：(2.5)其中L=Ls*Lr-Lm*Lm。通過α-β坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)方程，理解了異步電機(jī)各個(gè)變量之間的關(guān)系，能夠更好的理解直接轉(zhuǎn)矩控制原理。2.2坐標(biāo)變換；clack變換公式為：電壓變換矩陣：(2.6)電流變換矩陣：(2.7)2.3逆變器的工作原理和空間電壓矢量2.3.1逆變器工作原理逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟?，本文中逆變器是由六個(gè)開關(guān)器件組成，其中上下橋臂為一組，之間不能同時(shí)導(dǎo)通，是互鎖關(guān)系的。圖2.2中，假設(shè)三組開關(guān)狀態(tài)為Sa、Sb、Sc三個(gè)變量，變量“1”為閉合，變量“0”為斷開，共有8種組合，“000”~“111”，表示“Sa、Sb、Sc”，因?yàn)楫?dāng)處于“000”和“111”狀態(tài)時(shí)，電機(jī)的線電壓為0，此時(shí)電壓不起作用，因此能夠產(chǎn)生作用的組合僅有6組。圖2.2逆變器簡化原理圖2.3.2空間電壓矢量逆變器的8種開關(guān)狀態(tài)有六種其作用。當(dāng)“100”開關(guān)狀態(tài)時(shí)，Sa閉合，Sb和Sc斷開，此時(shí)電機(jī)相電壓,，?？臻g電壓矢量。相似的，可得計(jì)算出其它開關(guān)狀態(tài)下的空間電壓矢量。各開關(guān)狀態(tài)與電壓矢量的關(guān)系見表2.1所示?？臻g電壓矢量為圖2.3所示。表2.1開關(guān)狀態(tài)與電壓矢量的關(guān)系表開關(guān)狀態(tài)100110010011001101空間位置（角度）0°60°120°180°240°300°電壓矢量U1U2U3U4U5U6圖2.3空間電壓矢量2.3.3空間電壓矢量對定子磁鏈及轉(zhuǎn)矩的作用直接轉(zhuǎn)矩控制是通過電壓直接對磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，最終達(dá)到對電機(jī)系統(tǒng)的控制。對磁鏈的作用：Us(t)代表作用于電機(jī)上的電壓空間電壓矢量，ψs(t)代表定子磁鏈，兩者之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行表示：(2.8)由于Us(t)與ψs(t)之間存在積分關(guān)系，Us(t)的大小會(huì)對ψs(t)大小與幅值產(chǎn)生影響。8種開關(guān)組合信號(hào)對應(yīng)產(chǎn)生7種電壓空間矢量，當(dāng)控制這8種開關(guān)狀態(tài)的作用順序時(shí)，便能夠?qū)Χㄗ哟沛溸M(jìn)行控制。對轉(zhuǎn)矩的作用：在直接轉(zhuǎn)矩控制中，電壓通過對磁鏈ψ來控制轉(zhuǎn)矩Te。轉(zhuǎn)矩方程為：(2.9)由于定子、轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值變化不大，可以控制磁鏈角θ達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的目的，通過空間電壓矢量控制定子磁鏈，改變磁鏈角，進(jìn)而改變轉(zhuǎn)矩大小。2.3.4對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的觀測方法的研究磁鏈觀測：磁鏈的觀測可以通過三種模型觀測，相比與其它兩種觀測模型，u—i模型所需要的參數(shù)容易測量。本文采用u—i模型對ψs進(jìn)行觀測，計(jì)算公式為：(2.10)轉(zhuǎn)矩觀測：系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值也需通過相應(yīng)的觀測器進(jìn)行觀測，轉(zhuǎn)矩的觀測相對簡單，所需的變量也都易于得到，具體的計(jì)算公式為：(2.11)用上述方法對磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行觀測后，進(jìn)行和給定值的比較。2.4直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2.4.1區(qū)間確定知道磁鏈角，就可以確定磁鏈所處的區(qū)間N，然后結(jié)合后續(xù)得到的Tq與ψq便可以相應(yīng)地選擇系統(tǒng)將要作用的電壓矢量值，對逆變器進(jìn)行最優(yōu)開關(guān)切換。但是根據(jù)磁鏈角度判斷區(qū)間在軟件實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，所以軟件編程采用是將兩相定子磁鏈ψsα和ψsβ轉(zhuǎn)化為到三相坐標(biāo)值ψA、ψB、ψC，根據(jù)ψA、ψB、ψC值的“+”，“-”關(guān)系來判斷磁鏈區(qū)間。ψsα和ψsβ轉(zhuǎn)化為ψA、ψB、ψC的公式如下：(2.11)2.4.2磁鏈滯環(huán)控制磁鏈滯環(huán)控制的作用是保持磁鏈的穩(wěn)定，輸入的是給定磁鏈ψ*和電機(jī)輸出磁鏈ψ的差值，輸出是磁鏈開關(guān)信號(hào)ψq。當(dāng)ψq為“1”，表明電機(jī)輸出的磁鏈低，需要增加磁鏈；當(dāng)ψq為“0”表明電機(jī)輸出的磁鏈高，需要降低磁鏈。根據(jù)此原理來選擇不同的空間電壓矢量對磁鏈進(jìn)行控制。具體過程如圖2.4圖2.4磁鏈滯環(huán)控制2.4.3速度控制器速度控制器作用是得到給定轉(zhuǎn)矩。在異步電機(jī)DTC系統(tǒng)中，分別依據(jù)PID理論和ADRC控制理論設(shè)計(jì)了帶不同控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)。輸入是給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際檢測轉(zhuǎn)速之間的差值，輸出是給定轉(zhuǎn)矩Te*的大小，具體過程如圖2.5：圖2.5速度控制器2.4.4轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制的作用是保持轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)定，輸入的是給定轉(zhuǎn)矩Te*和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Te的差值，輸出是轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)Teq。當(dāng)Teq為“1”，表明電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩低，需要增加轉(zhuǎn)矩；當(dāng)Teq為“0”表明電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩高，需要降低轉(zhuǎn)矩。根據(jù)此原理來選擇不同的空間電壓矢量對轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。具體過程如圖2.6：圖2.6轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制2.4.5逆變器開關(guān)信號(hào)選擇控制逆變器的開關(guān)信號(hào)是由區(qū)間信號(hào)N、ψq、Teq三者的大小共同決定。將ψs、Te滯環(huán)控制的結(jié)果與電壓空間矢量之間的關(guān)系結(jié)合考慮，可以得到完整的電壓矢量控制表，根據(jù)系統(tǒng)中區(qū)間信號(hào)N、ψq、Teq三者的組合，選擇合適的Us，將Us對應(yīng)的開關(guān)信號(hào)作用在逆變器上，對逆變器進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的目的。然后再次對ψs與Te進(jìn)行觀測，反復(fù)進(jìn)行控制。當(dāng)ψq=1、Teq=1、區(qū)間為1時(shí)，此時(shí)磁鏈和轉(zhuǎn)矩都需要增大，假設(shè)此時(shí)磁鏈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，能使磁鏈增大電壓矢量為U2和U6，能使轉(zhuǎn)矩怎大的電壓矢量為U2。因從，此時(shí)選擇U2來對電機(jī)進(jìn)行控制。同理的其它情況下的電壓矢量，電壓矢量控制的開關(guān)表為表2.2，對應(yīng)區(qū)間如圖2.7所示。表2.2開關(guān)表滯環(huán)輸出電壓矢量區(qū)間1區(qū)間2區(qū)間3區(qū)間4區(qū)間5區(qū)間6Ψq=1Teq=1U2U3U4U5U6U1Teq=0U6U1U2U3U4U5Ψq=0Teq=1U3U4U5U6U1U2Teq=0U5U6U1U2U3U4圖2.7區(qū)間2.5本章小結(jié)本章重點(diǎn)分析異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和各變量之間的關(guān)系，研究逆變器與其產(chǎn)生的空間電壓矢量之間存在的關(guān)系，并通過研究電壓空間矢量對ψs與Te的影響，以及通過區(qū)間、磁鏈滯環(huán)比較和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較去，分析DTC各個(gè)部分在電機(jī)控制過程中產(chǎn)生的作用，對如何高效控制異步電機(jī)調(diào)速提供理論基礎(chǔ)。3ADRC理論研究與控制器的設(shè)計(jì)3.1PID控制PID控制是應(yīng)用非常廣泛的控制算法。小到控制一個(gè)元件的溫度，大到控制無人機(jī)的飛行高度和飛行速度，都可以使用PID控制算法。對于一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)我們設(shè)定我們的目標(biāo)后，我們希望可以快速的并且無抖動(dòng)的達(dá)到我們設(shè)定的目標(biāo)。普通的控制的方法并不能滿足此要求，因此，我們需要PID控制算法去幫我們實(shí)現(xiàn)這一要求。這就為什么PID控制理論應(yīng)用的如此廣泛。3.1.1PID控制原理PID原理為設(shè)置輸出目標(biāo)，通過反饋系統(tǒng)反饋輸出值。如果與目標(biāo)不一樣，則存在一個(gè)誤差,PID系統(tǒng)根據(jù)此誤差調(diào)整輸入值,直至輸出達(dá)到設(shè)定值。其原理圖如圖3.1。圖3.1PID控制PID的公式為：(3.1)將其離散化(3.2)其中Kp為比例常數(shù)，Ki為積分常數(shù)，Kd為微分常數(shù)，e(t)為輸出值與返回輸入值之間的誤差。三種控制的原理如下:比例控制(P)。是將輸出值與返回輸入值之間的誤差放大或縮小Kp倍，將經(jīng)過調(diào)節(jié)后的值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，然后輸出。比例控制方法可以解決一些比較簡單系統(tǒng)的要求，但當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜后，系統(tǒng)達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與目標(biāo)值之間存在誤差。此時(shí)增大比例Kp，可以減小誤差，但如果比例Kp增大的太多，系統(tǒng)的輸出會(huì)變得振蕩起來。比例控制引入了穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制(I)。比例控制引入了穩(wěn)態(tài)誤差，為了消除誤差，使用積分控制。積分控制就是將所有歷史誤差全部加起來在乘以積分常數(shù)。只要存在誤差，積分控制就一直起作用，直到誤差為0。此時(shí)積分項(xiàng)為一個(gè)常數(shù)，可以抵消掉穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制的輸出值不僅僅與誤差大小相關(guān)，也和誤差一定時(shí)間內(nèi)的累加有關(guān)。所以積分控制調(diào)節(jié)作用在誤差出現(xiàn)前期不明顯，誤差累計(jì)值小，所以在實(shí)際工作中通常會(huì)把它和比例控制相結(jié)合使用，提高系統(tǒng)控制性能。使用積分控制可以消除誤差，但也造成了超調(diào)現(xiàn)象。Ki越大，超調(diào)量越大。微分控制(D)。積分控制造成了超調(diào)現(xiàn)象，為了消除超調(diào)現(xiàn)象，使用微分控制。微分控制就是這一次誤差與前一次誤差的差值乘以微分常數(shù)Kd。微分控制可以減弱超調(diào)。本文中，速度控制器只需采用比例和積分結(jié)合使用，可以快速實(shí)現(xiàn)目標(biāo)要求，因此只需要對kp和ki進(jìn)行參數(shù)整定即可。3.2.2PID參數(shù)整定PID的參數(shù)整定本文中采用經(jīng)驗(yàn)法來進(jìn)行整定。根據(jù)其原理，比例環(huán)節(jié)可以進(jìn)行比例放大，如果比例kp太小時(shí)，會(huì)給系統(tǒng)帶來靜態(tài)誤差，比例kp太大時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)和振蕩。積分環(huán)節(jié)可以消除靜態(tài)誤差，但時(shí)也會(huì)帶來超調(diào)現(xiàn)象。通過此原理，對兩個(gè)控制環(huán)節(jié)分別整定。本文的控制其只采用PI控制，只需整定Kp和Ki的值。首先設(shè)置Ki為零，將Kp設(shè)置任意常數(shù)，如果此時(shí)曲線距離目標(biāo)值較遠(yuǎn)，增大Kp。在增Kp的過程中，曲線逐漸接近目標(biāo)值，直到曲線出現(xiàn)振蕩，保持Kp不變。接著將Ki設(shè)置到任意值，如果曲線超調(diào)現(xiàn)象嚴(yán)重，降低Ki，如果誤差大，增大Ki，盡可能使得曲線質(zhì)量好。3.2ADRC理論自抗擾控制是中科院韓京清教授根據(jù)傳統(tǒng)PID的特點(diǎn)，保留PID算法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，對缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)后，在此基礎(chǔ)上，加入基于現(xiàn)代控制理論的狀態(tài)觀察器技術(shù)，并將抗干擾技術(shù)融入到傳統(tǒng)的PID控制中。最后，設(shè)計(jì)了一種適用于工程實(shí)際的新型控制器。ADRC由微分器TD，非線性誤差NLSEF和擴(kuò)張觀測器ESO三部分組成。本文主要介紹二階自抗擾控制器。3.2.1ADRC控制原理3.2.1.1非線性自抗擾控制器典型的抗干擾控制器由微分器（TD）、非線性誤差反饋律（NLSEF）和狀態(tài)觀測器（ESO）組成。TD的主要功能是跟蹤給定的輸入信號(hào)并產(chǎn)生無噪聲輸入。ESO的核心在于其擴(kuò)張的一階狀態(tài)，它根據(jù)系統(tǒng)的輸入和輸出來估計(jì)內(nèi)部和外部干擾的總量。同時(shí)，將系統(tǒng)各階的反饋信息反饋給控制器。最后，LESF用一種新的更有效的方法將ESO和TD產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行組合，代替了傳統(tǒng)的PID組合，提高了系統(tǒng)的收斂速度和穩(wěn)態(tài)控制精度。圖3.2二階自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖ADRC控制原理如下：(1)跟蹤微分器（TD)，韓金清通過二階快速切換系統(tǒng)，追蹤不連續(xù)輸信號(hào)，取了近似微分信號(hào)，提出來了非線性跟蹤微分器的定義。離散形式非線性跟蹤計(jì)算方法為：(3.3)式中，h為采樣時(shí)間；v(k)為第k時(shí)刻的輸入信號(hào)；δ為決定跟蹤快慢的參數(shù)。fst函數(shù)為最速控制綜合函數(shù)，描述如下：(3.4)(3.5)式中，；；；。輸入信號(hào)為v(k),采用微分器時(shí)(3.3),可以實(shí)現(xiàn)由x1到v(k)，由x2到v(k)的微分。微分器可以濾波。(2)非線性反饋(NLSEF)，傳統(tǒng)的PID控制形式是誤差和P，I和D的線性組合的總和。這種線性搭配并不是最佳搭配，因此能在非線性范圍內(nèi)找更適合，更有效果的組合。其中，PD形式的非線性組合表示為：(3.5)式中，0<α1<1<α2;kp=β1；kd=β2；e1為指令信號(hào)與被控制對象輸出之差；e2為指令信號(hào)的微分與被控對象速度輸出之差。fal函數(shù)公式為：(3.6)其中，δ為線性段區(qū)間長度。(3)狀態(tài)觀測器(ESO),它是一個(gè)雙輸入單輸出模塊。輸入值是對象的輸出和對象的控制輸入。有三種輸出，即目標(biāo)輸出的估計(jì)值，目標(biāo)輸出估計(jì)值的一階導(dǎo)數(shù)和目標(biāo)輸出估計(jì)值的一階導(dǎo)數(shù)。將目標(biāo)輸出的估計(jì)值和目標(biāo)輸出估計(jì)值的一階導(dǎo)數(shù)反饋給初始追蹤系統(tǒng)，并將目標(biāo)輸出的估計(jì)值反饋給非線性組合輸出進(jìn)行干擾補(bǔ)償。ESO的公式：(3.8)式中0<α1<1<α2;e1為指令信號(hào)與被控制對象輸出之差。非線性自抗擾控制值參數(shù)多，整定相對困難，與之相對比，線性自抗擾觀測器可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡單，需要整定的參數(shù)少，易于進(jìn)行。本文將采用線性自抗擾控制器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.1.1.2線性自抗擾控制器線性自抗擾控制器，去掉了跟蹤微分器這一環(huán)節(jié)，不考慮濾波功能的跟蹤微分器TD，重新配置ESO和控制器的極點(diǎn)，則可以得到LADRC。線性自抗擾控制器的原理圖如圖3.3：圖3.3線性自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖LADRC原理：線性狀態(tài)觀測器(LESO)，考慮到單輸入單輸出的二階系統(tǒng)：(3.7)其中f是系統(tǒng)總擾動(dòng)，u是控制量，y是被控輸出，x是狀態(tài)變量，b是控制器增益。假設(shè)f可微，將其擴(kuò)展為一個(gè)新的狀態(tài)量，可得：(3.8)

其中；；。由Luenberger提出的狀態(tài)觀測器理論，解決了在確定性條件下受控系統(tǒng)的狀態(tài)重構(gòu)問題，LESO方程如下：

(3.9)

是LESO的狀態(tài)變量，是狀態(tài)增益，通過適當(dāng)?shù)倪x取，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)狀態(tài)變量的跟蹤。通過對LESO方程拉氏變換，觀察其對應(yīng)的特征方程，將觀察器的三個(gè)極點(diǎn)統(tǒng)一配置到s平面的左半實(shí)軸處，最后可以得到觀測器增益與的關(guān)系：(3.10)線性誤差反饋(LNLSEF),在ESO估計(jì)出擾動(dòng)補(bǔ)償后，控制器的本質(zhì)實(shí)際上是一個(gè)PD控制器，對應(yīng)方程為：(3.11)即(3.12)(3.13)(3.14)(3.15)(3.16)上述方程中，v是設(shè)定被跟蹤的信號(hào)值，e是跟蹤誤差，是虛擬控制量，是控制器增益。將方程拉氏變換，觀察其對應(yīng)的特征方程，將觀察器的兩個(gè)極點(diǎn)統(tǒng)一配置到s平面的左半實(shí)軸處，最后可以得到觀測器增益與的關(guān)系：(3.12)3.1.2ADRC參數(shù)整定二階線性自抗擾控制器所需調(diào)整的參數(shù)有三個(gè)，分別是帶寬，與補(bǔ)償系數(shù)b。LESO帶寬增大，有助于LADRC的穩(wěn)定性和魯棒性，但過大的可能導(dǎo)致控制器輸出過大，不利于工程應(yīng)用，實(shí)際調(diào)參需要折中；對于二階系統(tǒng)，帶寬雖然不會(huì)影響超調(diào)量的大小，但是會(huì)影響LESO的跟蹤速度越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快,但是在實(shí)際系統(tǒng)中，的提高受觀測噪聲等的限制。增大，同時(shí)高頻帶增益也隨之增加，噪聲放大作用明顯。實(shí)際調(diào)試參數(shù)時(shí)，首先確定一個(gè),不變，再按照數(shù)量級(jí)，依次調(diào)試b,直到系統(tǒng)輸出滿足期望狀態(tài)。4系統(tǒng)的建模與仿真分析根據(jù)二、三章的理論知識(shí)基礎(chǔ)，搭建各個(gè)模塊的仿真模型，最終在Smulink仿真平臺(tái)中建立完整的異步電機(jī)DTC模型。通過仿真對理論進(jìn)行驗(yàn)證，便于在實(shí)際控制過程中進(jìn)行調(diào)試，得到合理的控制結(jié)果。4.1各模塊及系統(tǒng)模型的建立電機(jī)參數(shù)：額定功率Pn=4kw，額定電壓Un=400V，額定頻率f=50Hz，定子電阻Rs=1.405歐姆，轉(zhuǎn)子電阻Rr=1.395oΩ，定子電感Ls=5.87mH，轉(zhuǎn)子電感Lr=5.87mH，定轉(zhuǎn)子互感Lm=0.1722H，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0131kg?m2，極數(shù)為4。4.1.1異步電機(jī)模塊異步電機(jī)可以通過數(shù)學(xué)公式來構(gòu)建模型，也可以使用matlab中的電機(jī)模塊，本文選擇直接使用電機(jī)模塊，選取模塊如下：圖4.1異步電機(jī)模塊4.1.2速度控制器速度控制器采用PI控制和ADRC控制分別搭建。對于PI速度控制器，輸入系統(tǒng)目標(biāo)值和實(shí)際值的誤差，經(jīng)過補(bǔ)償，來達(dá)到所要求的目標(biāo)值，經(jīng)過整定后，Kp=2，Ki=0.4；對于ADRC速度控制器，PI控制ADRC控制4.1.3坐標(biāo)變換器將三相定子坐標(biāo)下的值轉(zhuǎn)變?yōu)閮上唳?β坐標(biāo)下的值，并將其封裝。坐標(biāo)變換器模型如下：(a)電流變換(b)電壓變換(c)封裝圖圖4.4clark變換4.1.4磁鏈滯環(huán)控制磁鏈滯環(huán)控制的輸入的是給定磁鏈ψ*和電機(jī)輸出磁鏈ψ的差值，輸出是磁鏈開關(guān)信號(hào)ψq。當(dāng)ψq為“1”，容差范圍為-0.001~0.001。表明電機(jī)輸出的磁鏈低，需要增加磁鏈；當(dāng)ψq為“0”表明電機(jī)輸出的磁鏈高，需要降低磁鏈。磁鏈滯環(huán)控制模型如下：圖4.5磁鏈滯環(huán)控制4.1.5轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制的輸入的是給定轉(zhuǎn)矩Te*和電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Te的差值，輸出是轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)Teq。容差范圍為-0.5~0.5。當(dāng)Teq為“1”，表明電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩低，需要增加轉(zhuǎn)矩；當(dāng)Teq為“0”表明電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩高，需要降低轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制模型如下：圖4.6轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制4.1.6區(qū)間選擇知道磁鏈角，就可以確定磁鏈所處的區(qū)間N，然后結(jié)合后續(xù)得到的Tq與ψq便可以相應(yīng)地選擇系統(tǒng)將要作用的電壓矢量值，對逆變器進(jìn)行最優(yōu)開關(guān)切換。但是根據(jù)磁鏈角度判斷區(qū)間在軟件實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜，所以軟件編程采用是將兩相定子磁鏈ψsα和ψsβ轉(zhuǎn)化為到三相坐標(biāo)值ψA、ψB、ψC，根據(jù)ψA、ψB、ψC值的“+”，“-”關(guān)系來判斷磁鏈區(qū)間。選擇m函數(shù)進(jìn)行仿真，其函數(shù)如下：圖4.7區(qū)間選擇4.1.7電壓矢量選擇將ψs、Te滯環(huán)控制的結(jié)果與電壓空間矢量之間的關(guān)系結(jié)合考慮，可以得到完整的電壓矢量控制表。根據(jù)系統(tǒng)中區(qū)間信號(hào)N、ψq、Teq三者的組合，選擇合適的Us。將Us對應(yīng)的開關(guān)信號(hào)作用在逆變器上，對逆變器進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的目的。選擇函數(shù)通過m函數(shù)實(shí)現(xiàn)，仿真圖如下：圖4.8電壓矢量選擇圖4.9電壓矢量選擇4.1.8異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩仿真圖將所有的模型組合，就可以得到完整的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩仿真圖。圖4.10仿真總圖4.2仿真結(jié)果及分析4.2.1系統(tǒng)高速情形仿真將傳統(tǒng)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制與帶ADRC控制器的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在仿真平臺(tái)各自運(yùn)行，給定轉(zhuǎn)速為1000n/min，磁鏈給定為1Wb，0.1s時(shí)帶載運(yùn)行，得到的仿真結(jié)果如下圖所示：4.2.1.1轉(zhuǎn)速比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當(dāng)0.1秒帶載運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降幅度大，抗干擾能力弱，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)在下降后很快的回復(fù)原來轉(zhuǎn)速，抗干擾能力強(qiáng)。4.2.1.2轉(zhuǎn)矩比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當(dāng)高速運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要小于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)，性能較好。4.2.1.3磁鏈比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)系統(tǒng)通過圖可以傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)和帶ADRC的DTC系統(tǒng)磁鏈經(jīng)過一段時(shí)間后均可以達(dá)到穩(wěn)定，到達(dá)穩(wěn)定的速度對比帶ADRC的DTC系統(tǒng)要稍快于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)。4.2.1.4電流比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較可知，在高速運(yùn)行時(shí)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)電流諧波大于帶ADRC的DTC系統(tǒng)的電流諧波。高速運(yùn)行時(shí)，期間轉(zhuǎn)速保持1000n/min，由仿真結(jié)果可知ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間更快，并且波動(dòng)比較小，說明ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)有更好的轉(zhuǎn)速追蹤能力。ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)磁鏈達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間更快，并且轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。并且相比與傳統(tǒng)異步電機(jī)59.79%的電流諧波率，ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)的電流諧波率減小到了30.38%。4.2.2系統(tǒng)低速情形仿真將傳統(tǒng)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制與帶ADRC控制器的異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)在仿真平臺(tái)各自運(yùn)行，給定轉(zhuǎn)速為100n/min，磁鏈給定為1Wb，0.5s時(shí)帶載運(yùn)行，得到的仿真結(jié)果如下圖所示：4.2.2.1轉(zhuǎn)速比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當(dāng)0.1秒帶載運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)速下降幅度大，抗干擾能力弱，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)在下降后很快的回復(fù)原來轉(zhuǎn)速，抗干擾能力強(qiáng)。4.2.2.2轉(zhuǎn)矩比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要小于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)，性能略好。4.2.2.3磁鏈比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)和帶ADRC的DTC系統(tǒng)磁鏈經(jīng)過一段時(shí)間后均可以達(dá)到穩(wěn)定，到達(dá)穩(wěn)定的速度對比帶ADRC的DTC系統(tǒng)要稍快于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)。4.2.2.4電流比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較可知，在高速運(yùn)行時(shí)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)電流諧波大于帶ADRC的DTC系統(tǒng)的電流諧波。低速運(yùn)行時(shí)，期間轉(zhuǎn)速保持600n/min，由仿真結(jié)果可知ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)達(dá)到給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間更快，并且波動(dòng)比較小，說明ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)有更好的轉(zhuǎn)速追蹤能力。ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)磁鏈達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間更快，并且轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定。并且相比與傳統(tǒng)異步電機(jī)59.79%的電流諧波率，ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)的電流諧波率減小到了30.38%。4.2.3性能對比仿真時(shí)間設(shè)置為0.1s，開始時(shí)負(fù)載TL=1N?m，在時(shí)間0.1s時(shí)轉(zhuǎn)為帶載運(yùn)行，此時(shí)TL=3N?m。高速運(yùn)行時(shí)，期間轉(zhuǎn)速保持1000n/min，由仿真結(jié)果可知ADRC控制器的異步電機(jī)DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機(jī)DTC系統(tǒng)達(dá)到給