当前位置：文档之家 › 第四章直接转矩控制系统

第四章直接转矩控制系统

  • 格式：ppt
  • 大小：1.30 MB
  • 文档页数：84

下载文档原格式

  / 84

合集下载

直接转矩控制

直接转矩控制
三相异步电机只记转矩控制系统中定子磁链 的轨迹可以控制为圆形也可以控制为六边 形。当按圆形轨迹控制定子磁链时，磁链 的幅值基本不变，电流的脉动比较小，但 是在1/6周期内必须交替使用多个空间电压 矢量。按六边形轨迹控制定子磁链时，磁 链的幅值存在6倍频脉动，脉动的幅值约为
交流电机的数学模型
交流电机综合矢量的概念
在xy坐标系中，磁链方程与dq坐标系下的方 程完全一样，只不过多了几个约束条件： 定子磁链在x轴上的分量为定子磁链的幅值。 定子磁链在y轴上的分量及其对时间一阶微 分为零。
转矩控制的本质
稳态分量
暂态分量
六边形定子磁链轨迹控制
B βa β
S1
S2 u2 u3 u6
S6
u4 S3
βb u1 u5
α A
S5
βc
Ψs*
ψs
C S4
在忽略定子电阻的情况下，定子磁链矢量端 点的运动方向与所施加的电压矢量方向一 致。若在定子绕组上顺序施加运动电压矢 量u4、u6、u2、u3、u1、u5,定子磁链则会相 应的逆时针运动。
图中磁链六边形的六条边分别用s1~s6表示， 分别称之为区段s1~s6.每个区段上两个运动 的电压矢量（如s1段上的u3、u4）定义为 该区段的区段电压矢量。当区段电压矢量 与区段方向一致时定义为0°电压矢量。 定义坐标原点到六条变的垂直距离为定子磁 链量，用Ψs*表示。
交流电机中常用的坐标及其变换
在分析和改善运行性能的控制策略中需要站在不 同的坐标系中对问题进行分析求解。直接转矩控 制交流电机中常用的坐标系有 两大类： 1 坐标轴线放在定子上的静止坐标系，如ABC和αβ0 坐标系。 2 坐标轴放在转子上随转子一起旋转的坐标系，如 dq0、MT0坐标系。 对于零序分量为零的系统， αβ0、 dq0、MT0简记 为αβ、 dq、MT。

第4章 三相感应电动机直接转矩控制

第4章 三相感应电动机直接转矩控制
du sn dωs = ψs dt dt
(4-18)
式(4-18)表明，通过控制切向电压 u sn 的作用速率，可以改变 ωs 的变化速 率。如果 Δu ns Δt 较大，可以加快 δ sr 的变化，就会使电磁转矩快速变化。 这也是直接转矩控制可使系统具有快速性的重要原因之一。
12
现代电机控制技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由式(4-2)和式(4-3)，可得
ψs Lm is = − ψr ′ Ls ′ Lr Ls
(4-4)
2 式中， Ls′ 为定子瞬态电感， Ls′ = σLs = Ls − L2 m Lr ， σ = 1 − Lm Ls Lr 。 将式(4-4)代入式(4-1)，即有
te = p =p
Lm L ψ r × ψ s = p m ψ s ψ r sin( ρ s − ρ r ) Ls′ Lr Ls′ Lr Lm ψ s ψ r sin δ sr Ls′ Lr
式中， ψ s 是定子磁链矢量， i s 是定子电流矢量，两者都是以定子三相轴系 表示的空间矢量。 在定子三相轴系中，定子磁链和转子磁链矢量可表示为
ψ s = Ls i s + Lm i r ψ r = Lm i s + Lr i r
(4-2) (4-3)
4
现代电机控制技术
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
对 ψ s 运行轨迹的控制，通 常有两种选择， 一种是正六边形 轨迹控制，一种是圆形轨迹控 制。图 4-5 所示是六边形轨迹的 控制。 设定 ψ s 的 图中， 当 t = 0 时， 轨迹位于 M 点，若此时施加开 关电压矢量 us1 ，则 ψ s 会沿 MN 方向向右移动，当运动到 N 点 时，再施加 us2 ， ψ s 便会沿 NP 方向移动。于是，在六个开关电 压矢量的依次作用下， ψ s 的变 化轨迹便为一正六边形。

直接转矩控制原理

直接转矩控制原理

直接转矩控制原理直接转矩控制原理比较简单，就是根据计算得出的反馈值（转速、电流）（没有实际值，因为在电机内部安装传感器并不实用，一般反馈量都是计算出来的）与给定值相比较，根据偏差（两种：磁链和转矩）大小，选择合适的电压矢量（开关状态）。

电压矢量对定子磁链进行控制（幅值，相位），从而改变转矩。

传统直接转矩控制方法偏差分类：磁链：1，需要增大2，需要减小转矩：1，需要增大2，不变3，需要减小可见共有6中要求控制状态。

在4个控制电压矢量和2个零电压矢量中选择合适的，即为滞环比较器的输出。

仿真系统中这个功能由滞环比较单元与查表单元结合产生。

一、引言电动机调速是各行各业中电动机应用系统的必需环节。

直流电动机因其磁链与转矩电流各自独立，不存在耦合关系，能够获得很好的调速范围和调速精度，静、动态特性均比较好而获得广泛应用。

交流（异步）电动机结构简单却因其磁链与电流强耦合，而且是多变量非线性系统，调速难度大，长期以来在调速系统的应用受到限制。

直到近三十年来，一系列新型的传动调速技术的出现才开始了交流传动的新篇章。

1．交流传动的发展简述首先是变压变频调速系统（VVVF），后来出现了矢量控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）调速系统。

由于VVVF系统只是维持电动机内的磁链恒定，并没有解决磁链和电流强耦合的问题，其调速范围窄，调速性能也不佳。

矢量控制是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法，通过两次旋转坐标变换，实现异步电动机的转速和磁链控制的完全解耦。

但实际上由于转子磁链很难准确观测，系统特性受电机参数的影响较大，且计算也比较复杂。

1985年，德国的M.Depenbrock和日本的I.Takahashi先后提出直接转矩控制理论。

直接转矩控制在定子坐标系下，避开旋转坐标变换，直接控制转子磁链，采用转矩和磁链的bang-bang控制，不受转子参数随转速变化而变化的影响，简化了控制结构，动态响应快，对参数鲁棒性好，因而得到广泛的深入研究和应用。

第四章磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)

第四章磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)

（4-4）
在形式上与直流电动机的特性十分相似，即如 果设法保持异步电动机的转子磁链恒定，则电机的 转矩就和转子电流I2成正比。控制转子电流就能控 制电机的转矩。
矢量控制的提出(1)
基于这种想法，提出了一种所谓以转子磁链定向 (FOC-Field Orientated Control)的矢量变换控制 方法，简称矢量控制。 它是利用在第二章中所介绍的坐标变换的办法， 把电机的三相电流、电压、磁链，经过坐标变换 变到以转子磁链定向的M、T二相坐标系上。 这个二相坐标系的M轴（磁化轴）沿着转子磁链 的方向，而另一个T轴与M轴相差90°，和力矩电 流的方向相重合。
如转子磁链 2M 保持不变，即 p 2M 0 ，则
i 2M 0
i1M 2M / L m 或 2M L mi1M
（4-10）
说明：在转子磁链保持不变的情况下，转子磁链全 部由定子磁化电流所决定，与转子电流无关。
转矩电流分量 转子电流全部是转矩电流分量。 由（4-7）式可以求得定子电流的转矩分量：
异步电机的转矩
从产生电磁转矩的角度来看，异步电动机的转矩
T CT m I 2 cos 2
（4-3）
它是气隙磁场 m 和转子电流的有功分量 I 2 cos 2 相互作用而产生的。 即使气隙磁场保持恒定，电机的转矩不但与转 子电流I2的大小有关，而且还取决于转子电流的 功率因数角 2 。
m Lm (i1 i 2 )
L2 两边同乘 得： Lm
L2 m L2 (i1 i L ) (L 2l Lm )(i1 i 2 ) Lm L 2li1 Lmi1 L 2i 2 L2li1 2
（4-18） （4-19） （4-20） （4-21）

永磁同步电动机直接转矩控制系统

永磁同步电动机直接转矩控制系统

永磁同步电动机直接转矩控制系统的设计摘要直接转矩控制(DTC)，又称为转矩矢量控制(TVC)，是近年来发展起来的一种新型的异步电机控制方案，这种方案系统结构简单，转矩响应好，其控制思想已经推广用于永磁同步电动机的控制，本文介绍了永磁同步电动机的几种直接转矩控制方案，磁链转矩的估计方法等。

对永磁同步电动机直接转矩控制运行机理进行了研究,在此基础上开发了一套基于TMS320LF2407的永磁同步电动机直接转矩控制交流调速系统实验验证了该策略可用于永磁同步电动机控制,实验还表明永磁同步电动机直接转矩控制具有优良的转矩快速动态响应特性和对系统参数摄动、外干扰具有很强的鲁棒性等优点。

实验系统安全可靠运行表明该调速系统具有优良的故障检测和保护功能,硬件设计思想合理。

关键词:永磁同步电动机直接转矩控制故障检测与保护控制方案Study of Direct Torque Control of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstractDirect Torque Control (DTC) technique, which is also called Torque Vector Control (T VC), is a new control scheme for induction motor drives recent years. The control system is very simple of a good dynamic performance and the control scheme has been extended to Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSM) Several control schemes of direct torque control for PMSM drives and estimation technique of flux linkage and torque.Direct torque control(DTC) of permanent magnet synchronous motor(PMSM) was research, and a PMSM DTC system based on TMS320LF2407 was developed ,Experimental results verified the feasibility of using DTC strategy on PMSM, and the merits of PMSM DTC including the rapid torque esponse, he good speed-adjustable performance, and the robustness to system parameters uncertainty and disturbance. The stem predated well and successfully, which showed the speed-adjustable system had good competence in fault detection and protection.Key words: PSWM DTC default detection and protection目录摘要 (I)Abstract (II)一、绪论 (1)二、系统设计 (2)(一) 磁同步电动机DTC机理 (2)(二) 永磁同步电机直接转矩控制理论 (2)(三) 零矢量在直接转矩控制中的作用 (3)(四) 永磁同步电动机DTC系统设计 (4)1. 3.3v和5v接口电路 (4)2. 故障检测与保护 (5)（1）过流检测与保护 (5)（2） IPM保护 (6)（3）二阶Butterworth滤波电路的设计 (6)(五) 实验结果 (7)三、结论 (10)致谢 (11)参考文献: (12)一、绪论永磁同步电机具有调速性能好、易于控制、无换向火花、无励磁损耗、寿命长等突出优点,现在多用于要求快速转矩响应和高性能运行的场合。

直接转矩控制

直接转矩控制
交流异步电动机直接转矩控制理论是由德国鲁尔大学 Depenbrock 教授首次 提出，后经过 ABB 公司 10 多年的逐步完善以及产品化，直接转矩控制技术已成 为当今交流传动的最先进的控制方法之一。直接转矩控制技术是在变频器内部建 立了一个交流异步电动机的软件数学模型，根据实测的直流母线电压、开关状态 和电流计算出一组精确的电机转矩和定子磁通实际值，并将这些参数值直接应用 于控制输出单元的开关状态，变频器的每一次开关状态都是单独确定的，这意味 着可以产生最佳的开关组合并对负载变化作出快速地转矩响应，并将转矩相应限 制在一拍以内，且无超调，真正实现了对电动机转矩和转速的实时控制。 4.无测速传感器及零速满转矩
8
快速可靠。 在上述的几项关键技术中，尤以无传感器技术和零速满转矩技术最为重要，
它对于保证挖掘机安全可靠的工作起着举足轻重的作用。 2.技术方案
根据目前比较成熟的高性能的交流调速技术，有矢量控制技术和直接转矩控 制技术两种方案可以选择，这两种技术方案都可以较好地解决挖掘机的技术难 题，然而直接转矩控制技术由于所采用的基于定子磁场定向的控制方法，故不需 要在电机轴端安装测速编码器来反馈转子位置信号，而且仍能实现高精度的动静 态速度和力矩控制。另外，直接转矩控制是对转矩的直接控制，故对负载的变化 相应迅速，可实现快速的过程控制，同时又具有过高的过载能力和 200%的起动 转矩。基于直接转矩控制技术的特点能够完全满足挖掘机的关键技术要求，故在 这里采用以直接转矩控制技术为核心的交流调速装置。 3.直接转矩控制的原理
近年来，大型露天矿山中的装运设备的生产力逐年提高，主要体现在大型电 气设备-挖掘机上。将交流调速系统引入到挖掘机行业上，使电控系统具有了速 度更高、功率更大、可靠性更强、效率更高和维护费用更低的优点。 1. 挖掘机的关键技术

第四章磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)

第四章磁场定向控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)

2．计算确定法 最简单的是对反电势进行积分，由电压方程可 得：
d m u1 (R 1 pL1l )i1 dt
（4-23）
也就是：
m (u1 (R 1 pL1l )i1 )dt
（4-24） （4-25）
m (u1 (R1 pL1l )i1 )dt
Lm L2 Lm L2
p 2 M 1 2 M
L
L L1 L2 m / L2
(4-17)
电机模型（2）
图4-2 MT坐标系下转子磁场定向控制的异步电机模型
说明：
转子的磁链只决定于定子电流的磁化分量iM1，而 电机的转矩只与转子磁链及定子电流的转矩分量 iT1有关。 （4-10）、（4-12）、（4-14） 在M轴的磁化分量和T轴上的转矩分量之间已解 耦且相互独立，因此，电机转矩的控制就可以通 过分别对定子电流在M、T轴上的分量的独立控 制来实现，其情况和直流电机完全相似。 但是若控制iM1使磁通保持恒定，则通过控制iT1可 以实现对转矩的瞬时控制，从而使异步电动机具 有如同直流电机那样的控制特性。
第四章 磁场定向 控制(FOC)与直接转矩控制(DTC)



4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
矢量控制思想的提出 矢量控制的基本原理 异步电动机矢量控制的实现 转差矢量控制方法 直接转矩控制的原理 直接转矩控制的实现
4.1 矢量控制思想的提出 现代自动控制系统和机电一体化产品普遍要求动 作灵活、行动快速、定位精确，对传动、伺服系 统的动态特性有很高的要求。 任何一个机电传动、伺服系统，在工作中都要服 从运动的基本方程式：
将 i 2 与 i 2 代入上式有： 1 2 (L mi1 r T2 2 ) T2 p 1

直接转矩控制系统

直接转矩控制系统
2 1 3 2 us (t ) = ud [− + j ] = ud e j 2π / 3 3 2 2 3
从上式可看出（0 1 0）对应位于距离 α 轴逆时针相差 2π / 3 的角度上。 ④（Sa，Sb，Sc）=1 0 0 时，
ua = 2ud / 3 ub = uc = −ud / 3
将 ua ， ub ， uc 代入 us (t ) 的表达式得：
2 us (t ) = [ua + ub e j 2π / 3 + uc e j 4π / 3 ] 3
[式中 ua ， ub ， uc 为 a 、 b 、 c 三相定子负载绕组的相电压。] 下面举例说明状态空间矢量的位置； ①（Sa，Sb，Sc）=0 1 1 时，
ua = −2ud / 3 ub = uc = ud / 3
为定子电流空间状态矢量， ir 为转子电流空间状态矢量； ω 为电机角速度；]
ψ s = Ls is + Lmir ψ r = Lmis + Lr ir
（16）
[对应书中公式（5-3） ，ψ s 为定子磁链空间矢量；ψ r 为转子磁链空间矢量； Ls 定子自 感， Lm 定转子互感， Lr 转子自感； is 为定子电流空间状态矢量， ir 为转子电流空间状态矢 量；] 实部和虚部分离可得
从上式可看出（0 0 1）对应位于距离 α 轴逆时针相差 4π / 3 的角度上。 ③（Sa，Sb，Sc）=0 1 0 时，
ua = uc = −ud / 3 ub = 2ud / 3
将 ua ， ub ， uc 代入 us (t ) 的表达式得：
u 2u u 2 1 3 1 3 us (t ) = [(− d ) + d (− + j ) + (− d )(− − j )] 3 3 3 2 2 3 2 2

直接转矩控制系统DTC

直接转矩控制系统DTC

运动控制系统2020大作业摘要：三峡工程是世界瞩目的超大工程，其中升船机的设计有着许多难点。

本文针对三峡工程中升船机运行的一些实际问题进行了解答，并基于直接转矩控制（DTC ）策略，利用simulink 搭建了三相异步电机直接转矩控制系统仿真模型，采用了定子磁链圆形的控制策略，对系统进行仿真。

仿真结果表明，该直接转矩控制系统仿真模型能够很好地模拟实际调速系统的相关性能，体现了更优越的静动态性能。

关键词：DTC ；异步电动机；定子磁链控制；三峡工程 1引言 1.1 交流调速系统的发展与现状 长期以来，在调速传动领域大多采用磁场电流和电枢电流可以独立控制的直流电动机传动系统，它的调速性能和转矩控制特性比较理想，可以获得良好的动态响应，然而出于在结构上存在的问题使其在设计容量上受到限制，不能适应高速大容量化的发展方向，交流电机以其结构简单，制造方便、运行可靠，可以以更高的转速运行、可用于恶劣环境等优点得到了广泛的运用，但交流电动机的调速比较困难。

在上个世纪20年代，人们认识到变频调速是一种理想的调速方法，由于当时的变频设备庞大，可靠性差，变频调速技术发展缓慢。

60年代至今，电力电子技术和控制技术的发展，使交流调速性能可以与直流调速相媲美。

现代电子技术的飞速发展、电动机控制理论的不断完善以及计算机仿真技术的日益成熟，极大的推动了交流电动机变频调速技术的发展。

1.1.1 直接转矩控制直接转矩控制（direct torque control ，简称DTC ）利用逆变器六个开关管的“开关特性”直接对电动机的转矩进行控制，即根据电动机的实际电磁转矩大于还是小于给定转矩，直接选择逆变器开关的状态。

从而输出合适的电压空间矢量，使得转矩减小或增大。

它省掉了复杂的矢量变换，其控制思想新颖，控制结构简单，物理概念明确，转矩响应迅速，电机磁场可以接近圆形，谐波小，开关损耗小，噪声及温升较小；但它也存在转矩脉动大的不足。

整体上是一个非常优秀的控制策略。

异步电机直接转矩控制系统研究(本科毕业设计)

异步电机直接转矩控制系统研究(本科毕业设计)

目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1电机调速技术的发展概况 (1)1.2直接转矩控制技术的发展现状 (2)1.2.1直接转矩控制的现状及发展趋势 (2)1.2.2目前的热点研究问题及解决方法 (2)1.3本文所做的工作 (3)第2章直接转矩控制理论 (4)2.1概述 (4)2.2直接转矩控制的基本原理 (4)2.2.1异步电机动态数学模型 (4)2.3逆变器的输出电压状态及电压空间矢量 (6)2.3.1逆变器输出电压状态 (6)2.3.2电压空间矢量 (7)2.4电压空间矢量对电动机定子磁链和转矩的影响 (8)2.4.1异步电机的磁链观测模型 (8)2.4.2电压空间矢量对定子磁链影响 (9)2.4.3电压空间矢量对转矩的影响 (10)2.5直接转矩控制系统的基本组成 (11)2.5.1磁链滞环调节器 (12)2.5.2转矩滞环调节器 (12)2.5.3开关信号选择单元 (13)2.6低速范围内的解决方案 (13)第3章异步电机直接转矩控制系统的建模与仿真 (16)3.1仿真软件MATLAB简介 (16)3.1.1MATLAB 语言 (16)3.1.2软件构成 (16)3.2仿真模型搭建及参数设置 (18)3.3仿真结果及分析 (20)第4章系统硬件电路的设计 (21)4.1控制电路结构简介 (21)4.2DSP(TMS320LF2407A) (21)4.3 3.3V DSP与5V逻辑器件的混合接口问题 (23)4.3.1 逻辑电平不同，接口时出现的问题 (23)4.3.2 系统接口实现方法 (24)4.4转子速度的测量 (26)4.5A/D采样电路 (26)4.6主电路结构框图 (27)4.7IPM智能模块7MBP50RA120功能简述 (28)4.8主电路的保护功能 (29)4.9主电路的控制电源 (30)第5章系统控制软件的设计开发 (31)5.1系统软件总体设计 (31)5.2软件模块 (34)5.2.1初始化模块 (34)5.2.2串口通讯模块 (35)5.2.3电流采样模块 (35)5.2.4电机转速采样模块 (36)5.2.5 Pl调节模块 (37)参考文献 (38)致谢 (40)异步电机直接转矩控制系统研究摘要：本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，在此基础上，通过Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性。

直接转矩控制简介

直接转矩控制简介

直接转矩控制
以转矩为中心来进行综合控制。

直接转矩控制与矢量控制的区别是：
它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制。

其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。

这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。

直接转矩控制的特征是控制定子磁链，是直接在定子静止坐标系下，以空间矢量概念，通过检测到的定子电压、电流，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的磁链和转矩，获得转矩的高动态性能。

它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量变换中的许多复杂计算，它也不需要模仿直流电动机的控制，从而也不需要为解耦。

，而只需关心电磁转矩的大小，因此控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，
所引入的定子磁链观测器能很容易得到磁链模型，并方便地估算出同步速度信息，同时也很容易得到转矩模型，磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动机模型，因而能方便地实现无速度传感器控制，如果在系统中再设置转速调节器，即可进一步得到高性能动态转矩控制了。

动态转矩响应速度已达到<2ms，在带速度传感器PG时的静态速度精度达土0.001%，在不带速度传感器PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到±0.1％的速度控制精度。

直接转矩控制

直接转矩控制

NANCHANG UNIVERSITY题目：直接转矩系统仿真学院：信息工程学院系自动化专业班级：控制科学与工程学生姓名：刘涛学号：************ 任课教师：***日期：2014年5月18日直接转矩控制技术仿真分析1直接转矩控制的基本原理及特点与规律直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。

1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，在*T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得转速和磁链系统实现解耦。

因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。

图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。

在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。

直接转矩控制作为一种交流调速的控制技术具有以下特点：①直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，直接控制电机的磁链和转矩。

它不需要将交流电动机和直流电动机做比较等效简化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，它省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。

因此，它所需要的信号处理工作特别简单，所用的信号使观察者对于交流电动机的物理过程能够做出直接和明确的判断。

现代交流调速系统第四章

现代交流调速系统第四章

链和转矩。
（2）直接转矩控制所用的是定子磁链， 只要知道定子电压及电阻就可以把它观测 出来。
2018年9月7日6时56分
（3）直接转矩控制采用空间矢量的概 念来分析三相交流电机的数学模型和控 制其各个物理量，使问题变得简单明了。
（4）直接转矩控制对转矩实行直接控
制。
2018年9月7日6时56分
综上，直接转矩控制是用空间矢量的分析方法直
以上分析了逆变器的电压状态及其相 电压波形。如果把逆变器的输出电压用电
压空间矢量来表示，则逆变器的各种电压
状态和次序就有了空间的概念，理解起来 一目了然。下面直接给出了电压空间矢量 的空间顺序，如图8-4所示。
2018年9月7日6时56分
us4
(100) 4
us5
(110)
5
(101) us3
us 7
4
us (100)
C
us (101) (101)
3
us (110) (110)
5

A
us (010) (010)
B
7
(000) (111)
6
us (t )
2
us (001) (001)
C
1
B
(011) us (011)
图8-6 电压空间矢量在坐标系中的离散位置
2018年9月7日6时56分
根据式（8-9）对电压空间矢量在坐标 系中的离散位置举例说明如下： SABC =011，由图8-3可知 对于状态“1”， uB uC ud / 3 2E / 3 uA 2ud / 3 4E / 3 代入式（8-9）得
邻两个矢量之间相差
60
。
4E / 3

直接转矩控制

直接转矩控制

摘要：直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。

在控制思想上与矢量控制不同的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。

本文对直接转矩控制原理进行了简介，以及目前应用直接转矩控制的产品介绍。

关键词：直接转矩控制，异步电机目录1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 (3)1.1直接转矩控制系统原理与特点 (3)1.2直接转矩系统的控制规律和反馈系统 (5)2 直接转矩控制的基本原理和仿真模型 (7)2.1直接转矩控制的基本原理 (7)2.2直接转矩控制的仿真模型总图 (8)3 三相异步电机的数学模型 (8)4 磁链信号和转矩信号产生 (10)4.1定子磁链的观测控制 (10)4.2 电磁转矩的有效控制 (12)总结 (13)参考文献 (14)1直接转矩控制的基本原理及特点与规律直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。

在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。

1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，在*T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得转速和磁链系统实现解耦。

因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。

图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。

4 直接转矩控制(DTC)方式 ff

4 直接转矩控制(DTC)方式 ff

4. 直接转矩控制(DTC)方式1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。

该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。

目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。

直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。

5.矩阵式交—交控制方式VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频中的一种。

其共同缺点是输入功率因数低，谐波电流大，直流电路需要大的储能电容，再生能量又不能反馈回电网，即不能进行四象限运行。

为此，矩阵式交—交变频应运而生。

由于矩阵式交—交变频省去了中间直流环节，从而省去了体积大、价格贵的电解电容。

它能实现功率因数为l，输入电流为正弦且能四象限运行，系统的功率密度大。

该技术目前虽尚未成熟，但仍吸引着众多的学者深入研究。

其实质不是间接的控制电流、磁链等量，而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是：? 控制定子磁链引入定子磁链观测器，实现无速度传感器方式；? 自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型，对电机参数自动识别；? 算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制；? 实现Band—Band控制按磁链和转矩的Band—Band控制产生PWM信号，对逆变器开关状态进行控制。

矩阵式交—交变频具有快速的转矩响应(<2ms)，很高的速度精度(±2%，无PG反馈)，高转矩精度(<＋3%)；同时还具有较高的起动转矩及高转矩精度，尤其在低速时(包括0速度时)，可输出150%～200%转矩。

变频器的使用中遇到的问题和故障防范由于使用方法不正确或设置环境不合理，将容易造成变频器误动作及发生故障，或者无法满足预期的运行效果。

【免费下载】直接转矩控制原理

【免费下载】直接转矩控制原理
直接转矩控制则不然，它只保证实际电磁力矩与给定力矩的吻合程度，并根据 力矩误差、磁链误差及磁链所在扇区，选择主电路器件开关状态，使电机磁链 按照所定轨迹运行。实施电磁转矩及磁链滞环控制时，电机转矩不可避免地存 在脉动，直接影响电机在低速运行的平稳性和调速范围。另外，通过电机反电 势积分求得定子磁链，这种磁链电压模型在低速运行时准确性很差，受逆变器 死区时间、电机电阻及电压检测误差的影响，自然会影响电机低速运行性能， 影响电机转速的运行范围。且电机从静止位置开始启动时，因电机定子的初始 磁链位置未知，系统无法发出正确的控制信号，电机启动困难。通常是将电机 转子拉到固定位置再进行启动。 直接转矩控制和矢量控制的比较： 直接转矩控制（DTC）技术与传统的矢量控制相比，具有以下的主要特点： 1. 控制结构非常简单。传统的转子安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。

直接转矩控制系统的实现设计

直接转矩控制系统的实现设计

直接转矩控制系统的实现设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。

本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。

本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。

论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要直接转矩控制是一种控制思想新颖、系统结构简明、动静态特性优良的新型高性能交流调速传动控制技术，但是存在一些不足之处。

空间矢量调制技术可以使逆变器的开关频率固定，减小转矩脉动；无差拍控制可以在一个采样周期内消除磁链和转矩的误差。

因此，空间矢量调制技术和无差拍控制的结合是一种很有希望提高直接转矩控制性能的方法。

基于这两方面的内容，本文针对直接转矩控制系统进行了分析和研究。

介绍了空间矢量调制技术的原理，对采用空间矢量调制的直接转矩控制系统与传统直接转矩控制系统进行了比较。

研究了一种新的无差拍直接转矩控制算法，该算法计算简单、物理意义明确、不用求解二次方程。

仿真结果表明控制效果比较好，对定子电流干扰和电机参数变化有一定的鲁棒性。

分析了几种磁链观测方法，研究了电机参数变化和电流测量误差对其影响。

无速度传感器技术可以提高交流传动控制系统的可靠性。

本文分析了扩展卡尔曼滤波器转速估计算法，建立了转速估计模型，研究了系统对干扰的适应能力。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
us 011 us 001 us 101 us 100） us 110） us 010） us 000） us 111 （ ） （ ） （ ） （ （ （ （ （ ）
它们依次压逆时针方向旋转。 （4）零电压矢量状态“7”位于六边形中心。
4.2.5 电压空间矢量与磁链空间矢量的关系
电流模型：
s r L is s r L is
电流模型用定子电流计算磁链，但精度与转速有关，也受电机参数， 特别是转子时间常数的影响，在高速时不如电压模型。
两个模型必须配合使用，高速时用电压模型，低 速时用电流模型。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
异步电动机的定子磁链可以根据下式来确定：
s es dt s is Rs）dt （u
s s is Rs）dt （u s s is Rs）dt （u
优点:在计算过程唯一用到的参数是定子电阻。而定子电流和端电压都是 容易确定的物理量，能以满足的精度被检测出来。计算出定子磁链后，再带 入转矩模型，就可以计算出电动机的转矩。
4.1.2 直接转矩控制系统的特点
实际表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速， 电机磁场接近圆形，谐波小，损耗小，噪声及温升均比一 般的逆变器驱动的电动机小得多。直接转矩控制系统的主 要特点有： 直接转矩控制是直接在定子坐标下分析交流电动机的 数学模型，控制电动机的磁链和转矩。不需要与直流电机 进行比较、等效、转化；所以不需要为解耦而简化交流电 动机模型，省掉了坐标变换。 采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模 型和控制各物理量，使问题变的简单明了。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
由磁链模型可知，用两个积分器便可计算电机磁链， 但实现起来存在下列问题： （1）积分器存在漂移，为抑制漂移需引入反馈通道，反 馈通道使输出信号幅值和相移减小，随电机转速和频率的 降低，积分器误差增大。 （2）随电机转速和频率的降低，端电压模值减小，由定 子压降项补偿不准确带来的误差就越大。 （3）电机不转时，端电压为0，无法通过上式进行磁链， 也无法建立初始磁链。 借助于电机的电流模型可以解决上述问题。
2 us t ) X A (t ) X B (t ) 2 X C (t ) （ 3
旋转因子
2 3
e
j 2 /3
三相绕组空间分布
这样就可以用电压空间矢量表示逆变器三相输出电压 的各种状态。
4.2.4 电压空间矢量的概念
下面根据上式对电压空间矢量在坐标系中的离散位置 举例说明： 对于状态‘1“,SABC=011,由图可 知
4E 3
2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3
U2 U3
U4 U5 U6 U7
001 101
100 110 010 111
0
0
0
0
4.2.4 电压空间矢量的概念
4.2.4 电压空间矢量的概念
依次计算各开关状态的电压空间矢量，可以得到如下 结论： （1）逆变器的六个工作电压状态给出了六个不同方向电 压空间矢量。他们周期性地顺序出现，相邻两个矢量之间 相差60度。 （2）电压空间矢量的幅值不变，都等于4E/3。因此六个 电压空间矢量的顶点构成了正六边形的顶点。 （3）六个电压空间矢量顺序是
1、异步电动机的电磁转矩模型
Tei Km ( s is s is）
由此构成的转矩观测模型。以定子磁链矢量为基准的 优越性是，在定子坐标系中计算定子磁链，受电机参数影 响最小（只受定子电阻的影响），而且定子电流可以直接 测取。
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
2、异步电动机的磁链模型
4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展
不同于矢量控制技术，直接转矩控制有着自己的 特点，它在很大程度上解决了矢量控制中计算复杂、 特性容易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达 到理论分析结果的一些重要技术问题。它以自己新颖 的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态 性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。
电压模型和电流模型进行快速平滑切换的困难仍未得 到解决，取而代之的是在全速范围内都实用的高精度磁链 模型，称为u-n模型，也叫电动机模型。
u-n模型由定子电压和转速来获取定子磁链。它综合 了电压模型和电流模型的特点。
d r r Lmis Trr r dt d r Tr r Lmis Trr r dt Tr
A
S6 4 S5
C
3
S4
5
A
S1 6
us
B
S2
1
S3
2
C
B
4.2.7 电压空间矢量的正确选择
施密特触发器的容差为 sg ， 作为磁链给定值，通过 三个施密发器用磁链给定值分别与三个磁链分量进行比较。 当 A上升到正的磁链给定时，施密特触发器输出低电平， S A 为低电平。反之， 输出高电平。 得到磁链开关信号 S A 的时序图，同理可以得 到 S B S C 时序图。 磁链开关信号可以很方便地构成电压开关信号，其关 系为：
第四章
异步电动机 直接转矩控制变频调速系统
第4章
异步电动机直接转矩控制变 频调速系统
概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组 成及工作原理
4.1.1 直接转矩控制技术的诞生与房展
直接转矩控制技术是在本世纪80年代中期继矢量 变换控制技术之后发展起来的一种异步电动机变频调 速技术。 自从70年代矢量控制技术发展以来，交流传动技 术从理论上解决了交流调速系统在静、动态性能上与 直流传动相媲美的问题。
几种表示方式：
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
uA
1 Ud 3 1 Ud 3 2 Ud 3
0
2 Ud 3

SA
SB
A B
SC
C
uB
0
Ud
SA
0
uC
SB
SC
0
SABC 011 001 101 100 110 010
4.2.4 电压空间矢量的概念
若其ABC三相负载的定子绕组接成星型，其输出电压空 间矢量的PARK矢量变换表达式应为：
4.1.2 直接转矩控制系统的特点
强调的是转矩的直接控制效果。其控制方式是，通过 转矩两点式调节器把转矩检测值与转矩给定值做滞环比较， 把转矩波动限制在一定的容差范围内，容差大小由频率调 节器来控制。因此，他的控制效果不取决于电动机的数学 模型是否能简化，而是取决于转矩的实际状况。 总之，直接转矩控制技术，用空间矢量的分析方法， 直接在定子坐标系下计算与控制交流电动机的转矩，采用 定子磁场定向，借助离散的两点式调节产生PWM信号， 直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高 动态性能。
u A 2ud / 3 uB uC ud / 3
有 带入
us t ) （
2 X A (t ) X B (t ) 2 X C (t ) 3
2 4 2 2 us 011) （ E ) Ee j 2 / 3 Ee j 4 / 3 （ 3 3 3 3 4 4 j E Ee 3 3
s r L is s r L is
s s is R
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
一台电压性逆变器如图，由三组六个开关组成， 一组桥臂上下开关反向，即一个接通一个断开，所以 三组开关有8种开关组合。 若规定ABC三相负载的某一相与“+”接通时，该 相开关状态为“1”，反之，与“-”接通时，为“0” 态。则八种可能的开关状态如表。
4.2.6 电压空间矢量对电动机转矩的影响
通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度， 从而改变定、转子磁链矢量之间的夹角，达到控制电 动机转矩的目的。
转矩=定子磁势气隙磁势 如果在某一时刻，加入零电压空间矢量，则定子 磁链空间矢量保持静止不动，而转子磁链空间矢量继 续以同步速度旋转，则磁通角减小，从而转矩减小。
定子电压 开关状态 空间矢量 SA,SB,SC U0 U1 000 011
A相 0
B相 0
2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3 4 E 3
C相 0
2 E 3 4 E 3 2 E 3 2 E 3 4 E 3 2 E 3
矢量表达 式 0
4 j Ee 3 4 j 4 Ee 3 3 4 j 5 Ee 3 3 4 j0 Ee 3 4 j 1 Ee 3 3 4 j 2 Ee 3 3
PWM
us，is
电机模型
sf
Teif
增加这个调节 器的意义？？
磁链大小与电机的运行性能有密切关系，与电机 的电压、电流、效率、温升、转矩、功率因数有关
4.2.2 异步电动机定子轴系的数学模型
在DSC中，采用空间矢量的数学分析方法，在电机的 定子坐标系上描述异步电动机，这使问题变得特别简单、 清晰。
第4章
异步电动机直接转矩控制变 频调速系统
概述 异步电动机直接转矩控制系统的理论基础 异步电动机直接转矩控制（DSC）的基本组 成及工作原理
4.2.1 异步电动机直接转矩控制系统 的理论基础
最终目的 （调节转速）
d TJ dt
间接手段 （控制转矩）
问题关键
解决思路： 转矩=定子磁势气隙磁势
SA
SB
A B
SC
C
0
Ud
SA
SB
SC
4.2.3 逆变器的八种开关状态和逆变器 的电压方程
这八种开关状态可分为两大类：一类是工作状态 （三相负载并不都接相同的电位）一类是零开关状态 （三相负载接相同的电位，负载电压为0） 按照本书分析方便，并使之与逆变器实际开关状 态顺序相符，编号如表。