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1、矢量控制理论简介:70 年代西门子工程师F.BIaschke首先提出异步电机矢量控制理 论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测 量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电 动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩 的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流 分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控 制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以 称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率 控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的 矢量控制方式等。这
2、样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来 控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法 已被广泛地应用在siemens, AB, GE Fuji等国际化大公司变频器上。采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电 动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。 由于矢量控制方 式所依据的是准确的被控异步电动机的参数， 有的通用变频器在使用 时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度 传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动 机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频 器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地
3、对异步电动机的 参数进行辨识， 并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数， 从而对 普通的异步电动机进行有效的矢量控制。二. 直接转矩控制简介：在 80 年代中期，德国学者 Depenbrock 教授于 1985 年提出直接 转矩控制， 其思路是把电机和逆变器看成一个整体， 采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过跟踪型PWM逆变 器的开关状态直接控制转矩 。因此，无需对定子电流进行解耦，免去 矢量变换的复杂计算，控制结构简单。直接转矩控制技术， 是利用空间矢量、 定子磁场定向的分析方法， 直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型， 计算与控制异步电 动机的磁链和转矩，采
4、用离散的两点式调节器（ BandBand 控制）， 把转矩检测值与转矩给定值作比较， 使转矩波动限制在一定的容差范 围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生 PW脉宽调制信号， 直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。 它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化， 而是取 决于转矩的实际状况，它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、 等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢量变 换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型， 没有 通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号 处理的物理概念明确、 系统的转矩响应迅速且
5、无超调， 是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。直接转矩控制系统 (DTC)直接转矩控制系统简称 DTC(Direct Torque Control) 是在 20 世 纪 80 年代中期继矢量控制技术之后发展起来的一种高性能异步电动 机变频调速系统。1977年美国学者A.B.PIunkett 在IEEE杂志上首 先提出了直接转矩控制理论， 1985年由德国鲁尔大学 Depenbrock 教 授和日本 Tankahashi 分别取得了直接转矩控制在应用上的成功，接 着在 1987 年又把直接转矩控制推广到弱磁调速范围。不同于矢量控 制，直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构
6、简 单等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、 对参数变化敏感等问题传统的直接转矩控制技术的主要问题是低速时转矩脉动大。 为了 降低或消除低速时的转矩脉动，提高转速、转矩控制精度，扩大直接 转矩控制系统的调速范围， 近些年来提出了许多新型的直接转矩控制 系统。虽然这些新型直接转矩控制技术在不同程度上改善了调速系统 的低速性能， 但是其 低速性能还是不能达到矢量控制的水平 。最近出 现了一种间接转矩控制技术， 受到了很多学者的关注。 间接转矩控制 技术具有优良的低速性能， 另外由于其独特的控制思想可以降低逆变器的开关频率，从而特别适用于大容量调速场合直接转矩控制的目标是：通过选
7、择适当的定子电压空间矢量，使 定子磁链的运动轨迹为圆形，同时实现磁链模值和电磁转矩的跟踪控 制，其基本原理如图1所示。在图1中，定子磁链和电磁转矩分别采 用闭环控制，s*、Tei*分别为定子磁链模值和电磁转矩的给定信 号，、分别为定子磁链模值和电磁转矩的估计值， 作为反馈信号使用。 根据误差信号，转矩调节器输出转矩增、减控制信号CT;磁链调节器输出磁链增、减控制信号 CW。开关表根据OF、CT以及估计器输 出的磁链扇区信号，选择正确的定子电压空间矢量，输出控制字 SA,B,C给逆变器。转矩调节从图1中可以看出，和矢量控制相比直接转矩控制具有结构简单，转矩响应速度快、对参数变化鲁棒性强的优点。直接转矩控制的主要缺点是在低速时转矩脉动大，其主要原因是：(1) 由于转矩和磁链调节器采用滞环比较器，不可避免地造成了转矩脉动；(2) 在电动机运行一段时间之后，电机的温度升高，定子电阻的 阻值发生变化，使定子磁链的估计精度降低，导致电磁转矩出现较大 的脉动；(3) 逆变器开关频率的高低也会影响转矩脉动的大小，开关频率 越高转矩脉动越小，反之开关频率越低转矩脉动越大。
