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1、第7部分 直接转矩控制系统,7. 2 直接转矩控制原理,7.3 开关模式,7.5 直接转矩与矢量控制的比较,7.6 仿真和应用举例,7. 1 直接转矩控制发展,7.4 直接转矩控制系统,1985年，德国学者M.Depenbrock首次提出了直接转矩控制的理论，随后日本学者I.Takahashi也提出了类似的控制方案，并获得了令人振奋的控制效果。 直接转矩控制（Direct Torque Control， DTC）是继矢量控制技术之后交流调速领域中新兴的控制技术。 直接转矩控制是直接在定子坐标系下，采用定子磁场定向，直接将电机瞬时转矩和定子磁链作为状态变量加以反馈调节。转矩和定子磁链闭环都采用双
2、位式bang-bang控制，根据它们的变化与定子磁链所在的空间位置直接选择电压空间矢量的开关状态。 直接转矩着眼于快速的转矩响应，以获得良好的静、动态控制性能。,7.1 直接转矩的发展,磁链与转矩观测器研究 磁链观测的误差关系到电动机的稳定运行和动态性能，甚至导致控制失败。对于直接转矩控制来说，定子磁链的幅值和空间位置是决定电压矢量选择的关键因素。 无速度传感器技术研究 直接转矩控制中，低速运行时， 如果选用与转速有关的定子磁链模型来确定磁链，那么就需要知道精确的转速信息。如果对速度的精确控制, 需要转速反馈进行闭环控制，同样需要知道转速信息。如果采用速度传感器，不仅增加成本，而且使系统的稳定
3、性和可靠性变差。尤其对于实际应用中不允许安装速度传感器的领域，无速度传感器技术显得突出重要。 先进控制技术与直接转矩控制技术集成研究 现代直接转矩控制通常采用空间矢量调制模块来调制电压空间矢量，这样更容易实现直接转矩控制技术与先进控制技术的集成，实现更复杂的运算。如：模糊控制、神经网络控制、变结构控制。 先进器件与直接转矩控制技术集成研究 高频功率器件、高速DSP、FPGA/CPLD等。,直接转矩控制技术的研究热点,7.2 直接转矩控制原理,基本知识：,采取空间矢量等幅变换，异步电动机转矩：,异步电机的电压方程为：,结论：定子磁链由定子电压决定 转子磁链由负载决定,定子电压空间矢量控制转矩变化
4、,7.3 开关逻辑,坐标系的电压矢量分布,定子电压状态空间矢量具有如下通用的表示形式：,状态空间矢量的位置：,（Sa，Sb，Sc）=1 0 0 时，u1矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 0 0）对应位于,轴的正方向上。,（Sa，Sb，Sc）=1 1 0 时，u2 矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 1 0）对应位于距离,轴的 方向上。, （Sa，Sb，Sc）=0 1 0 时，u3 矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 1 0）对应位于距离,轴的 方向上。, （Sa，Sb，Sc）=0 1 1 时，u4 矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 1 0）对
5、应位于距离,轴的 方向上。, （Sa，Sb，Sc）=0 0 1 时，u5矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 1 0）对应位于距离,轴的 方向上。, （Sa，Sb，Sc）=1 0 1 时，u6矢量,将,代入,的表达式得：,从上式可看出（1 1 0）对应位于距离,轴的 方向上。,扇区的划分,(a)磁链比较器,(b)转矩比较器,逆时针旋转时，磁链滞环比较器和转矩滞环比较器的输出与开关逻辑关系,顺时针旋转时，磁链滞环比较器和转矩滞环比较器的输出与开关逻辑关系,由于8个电压空间矢量是离散的，因而不能得到完全为圆形的定子磁链轨迹。 定子磁链的轨迹近似为圆形，应将定子磁链的偏差控制在一定的范围内
6、，以达到高性能的控制要求。,逆时针时定子磁链运行轨迹,转矩的脉动大小由滞环的宽度决定 通过减小滞环带宽来减小转矩与磁链的脉动，改善磁链与转矩波形，但相应的需要增加功率元件的开关频率。,7.4 直接转矩控制系统,直接转矩控制系统框图,根据滞环比较器的输出，直接选择所需的电压矢量,1. 定子磁链计算和控制,定子磁链的幅值为：,根据定子磁链给定值和实际计算值，就能对定子磁链进行控制。 具体实现为：,2. 电磁转矩计算和控制,考虑空间矢量的等幅变换，异步电机的电磁转矩可表示为：,(7-10),将式(7-11)代入式(7-10)中，得,(7-12),3. 异步电动机电磁转矩控制过程,7.5 直接转矩控制和矢量控制之间的比较,结论：矢量控制系统与直接转矩控制系统都是交流传动的高性能系统，都有明显的优点和缺点，都能满足工程应用的需要。,7.6 仿真和应用举例,三相感应电动机直接转矩控制系统仿真框图,
