直接转矩控制系统与仿真

直接转矩控制的基本原理和仿真研究摘要：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技术，该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。

与矢量控制技术不同，直接转矩控制技术采用定子磁场定向，直接将磁通和电磁转矩作为控制量，对电磁转矩的控制更加简捷快速，提高了系统的动态响应能力。

由于直接转矩控制技术本身的固有优势，使直接转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。

本文将直接转矩控制技术应用于异步电机中，从异步电机的数学模型出发，介绍了直接转矩控制技术的基本理论。

在深入剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化，在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形磁链控制系统仿真模型。

仿真结果表明，直接转矩控制技术动态响应能力快，控制方法直接，但是低速性能较差，低速状态下存在转矩脉动过大，定子电流畸变严重等缺点。

关键字：直接转矩控制，异步电机，simulinkThe Basic Principle and Simulation Study of DirectTorque ControlKong Fei,Ye Zhen,Shao Zhuyu<Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, 214000, P. R. China）Abstract：Direct Torque Control (DTC> technology is a high-speed technology in the field of AC drive following the technique of vector control and it has rapid development in recent years.This control strategy attracts wide attention and research for its novel idea, simple structure and good performance. Differ from the vector control technologies, DTC technology uses the stator flux orientation and directly makes the flux and electromagnetic torque as the control volume, therefore the control of the electromagnetic torque is simple and fast, the system dynamic response capability is improved. Due to the inherent advantages of DTC technology, its theoretical research and technological development is receiving increasing attention, also the pace of progress faster and faster.In this article, we make direct torque control techniques applied to asynchronous motors. From a mathematical model of induction motor starting, introduced the basic theory of DTC technology. Based on depth analysis of the basis and principles, we module the DTC algorithm. In the Simulink environment, the asynchronous motor direct torque control system of quasi-circular flux simulation model is established. Simulation results show that the DTC technologies has fast dynamic response capability and directly control method, but the low-speed performance is poor, such as torque ripple is too large in low speed state and the stator current distortion is serious.Key words:direct torque control (DTC>,asynchronous motor,simulink1前言直接转矩控制技术作为一种新颖的电机控制策略，基本思想就是直接将电磁转矩作为被控制量，与矢量控制相比，无需进行复杂的坐标变换，对电机的控制更加快捷迅速，控制系统的动态响应能力得到进一步提高。

三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告摘要：利用直接转矩控制( DTC )理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。

利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。

结果表明: DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。

仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。

关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真1 引言自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。

所谓矢量控制，就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦，然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。

直接转矩控制(Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的，是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。

其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM 逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比，它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。

1 直接转矩控制简介直接转矩控制（Direct Torque Control——DTC），国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。

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。

直接转矩控制系统的主要特点有：（1）直接转矩控制是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。

（2）直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。

（3）直接转矩控制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，使问题变得简单明了。

（4）直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。

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电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band）产生PWM 波信号，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。

它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM 信号发生器。

它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。

2 直接转矩控制的理论基础2.1直接转矩控制的原理ψ的正负符号和电磁直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差ΔSψ所在位置，直接选取合适的转矩偏差ΔTe的正负符号，再依据当前定子磁链矢量S电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩和定子磁链的控制。

直接转矩控制是为电压源型PWM逆变器传动系统提出的一种先进的转矩控制技术，基于该技术的传动系统性能可与矢量控制的异步电动机传动系统性能相媲美。

运动控制课程设计班级：电气三班学号：姓名：基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计设计目的应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。

应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。

在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。

1直接转矩控制的基本原理及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，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，从而使得在*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。

从以上介绍我们可以了解到DTC系统在具体控制方法上的一些特点：⑴转矩和磁链的控制采用双位式控制器，并在PWM的逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的姐结构。

毕业论文Array二○一四年六月基于SVPWM的异步电机直接转矩控制原理及仿真专业班级：电气工程及其自动化1班姓名：指导教师：轮机工程学院摘要本文首先论述了交流调速系统的发展与现状，简要回顾了电力电子器件、直接转矩控制技术、空间矢量脉宽调制技术的发展历程。

接着，系统地论述了直接转矩控制系统的原理，直接转矩控制技术是继矢量控制技术后发展的有一种高性能交流调速技术，它采用空间矢量的分析方式，在两相静止坐标系下计算并控制电机的电磁转矩和磁链。

不过，直接转矩控制技术作为一种较新颖的技术，自然存在着不少的问题，比如电流与转矩的脉动问题等。

本论文针对传统直接转矩控制系统所固有的问题，提出了基于空间矢量调制技术的直接转矩控制策略。

这种新型控制策略将两者的优点结合起来，把电动机和PWM逆变器看成一体，使电动机获得幅值恒定的近似圆形的磁场，以解决其转矩、电流脉动问题。

在论文的撰写阶段，本人做了如下的工作：通过理论分析，建立了两相静止坐标系下的异步电机数学模型，设计转矩和磁链观测模块，设计坐标变换模块，设计SVPWM生成模块。

最后使用Simulink进行仿真，根据原理，搭建出各个模块的仿真图，仿真实验结果表明，此种控制策略可以减少电磁转矩以及电流的脉动，大大提高直接转矩控制系统的控制性能。

关键词：异步电动机；直接转矩；空间矢量脉宽调制；MATLABABSTRACTFirstly, this thesis discusses the current situation and development of the alternating current governor system. And briefly retrospect the development history of power electronic devices, direct torque control system, and space vector pulse width modulation. Then systematically discuss the theory of direct torque control. It’s an alternating current governor technology with high performance developed after vector control technology, which adopts the analysis method of space vector to calculate and control the electromagnetic torque and flux linkage of motor in the two-phase static coordinate. However, naturally, there are some problems, such as the pulsation problem of current and electromagnetic torque in direct torque control technology for it is a rather novel technology. This thesis puts forward a control policy of direct torque control system based on space vector PWM aiming at the inherent problems of traditional direct torque control system.This new control policy combines two technologies together seeing the electromotor and PWM inverter as a whole to make a circular magnetic field with a constant amplitude to solve the pulsation problem of current and electromagnetic torque. In the period of writing this thesis, I have done the work as follows: Through the theory analysis, build the mathematical model of asynchronous motor in the two-phase static coordinate, and design the observation modules of torque and flux linkage, the coordinate transformation modules, and SVPWM generating modules.Lastly, I use Simulink to simulate them, building every simulation diagram according to the theory. And the result indicates that this control policy can promote the control performance of direct torque control system greatly through reducing the pulsation of torque and current.Keywords：Asynchronous motor，Direct torque control，Space vector pulse width modulation，MATLAB目录第1章绪论 (1)1.1 交流调速系统的发展与现状 (1)1.1.1 交流调速系统的硬件发展 (1)1.1.2 交流调速系统控制方法的发展 (1)1.2 直接转矩控制技术的发展与现状 (2)1.3 空间电压矢量调制技术（即SVPWM）的发展以及现状 (3)1.4 本章小结 (4)第2章异步电动机的数学模型 (5)2.1 三相静止坐标系下的异步电机数学模型 (5)2.2坐标变换 (6)2.2.1 三相—两相静止坐标变换 (6)2.2.2 两相—两相旋转坐标变换 (7)2.3 交流异步电动机在静止两相坐标系下的动态数学模型： (8)2.4 本章小结 (9)第3章直接转矩控制系统原理 (10)3.1直接转矩控制系统结构框图 (10)3.2 磁链控制闭环与转矩控制闭环 (10)3.2.1 磁链控制闭环 (10)3.2.2 转矩控制闭环 (13)3.3 逆变器 (14)3.4电压空间矢量选择 (15)3.5扇区判断 (16)3.6本章小结 (17)第4章空间矢量脉宽调制技术 (18)4.1 空间矢量脉宽调制原理 (18)4.2 期望电压空间矢量的获得 (21)4.3 SVPWM调制算法 (22)4.4 本章小结 (22)第5章基于SVPWM异步电机直接转矩控制系统 (23)5.1 基于SVPWM 直接转矩控制系统 (23)5.2磁链定向方式 (23)5.3 DTC-SVM的扇区判断 (24)5.4空间电压矢量调制 (26)5.5 本章小结 (28)第6章DTC-SVM仿真研究 (29)6.1 MATLAB/Simulink的简介 (29)6.2 基本仿真模块 (29)6.3 坐标变换仿真模块 (29)6.3.1三相—两相静止坐标仿真模块 (30)6.3.2 旋转坐标变换仿真模块 (30)6.4 转矩观测仿真模块 (30)6.5 磁链观测仿真模块图 (31)6.6 SVPWM仿真模块 (31)6.6.1 SVPWM模块仿真图 (32)6.6.2扇区判断仿真模块 (32)6.6.3基本电压空间矢量工作时间计算仿真模块 (32)6.6.4逆变器导通时刻计算 (34)6.6.5 SVPWM波生成模块 (34)6.7仿真实验结果 (35)6.7.1 定子磁链轨迹比较 (35)6.7.2定子电流比较 (36)6.7.3 转速响应比较 (38)6.7.4 转矩响应比较 (39)6.8 本章小结 (40)第7章结论 (41)参考文献 (42)致谢 (43)附录1 (44)附录2 (45)第1章绪论1.1 交流调速系统的发展与现状一直以来，直流调速系统以其简单而优越的调速性能，掩盖了其具有结构复杂，换向麻烦等缺点，被广泛地应用。

按定子磁链定向控制直接转矩控制系统仿真要实现按定子磁链定向控制的直接转矩控制系统,还必须获得定子磁链和转矩信号,现在实用系统中,多借助定子磁链和转矩的数学模型,实时计算磁链的幅值和转矩.下面给出按定子磁链定向的直接转矩控制系统各部分环节的仿真模型.1.主电路的建模和参数设置在按定子磁链控制的直接转矩控制系统中,主电路是由直流电源,逆变器,交流电动机模块等组成.对于逆变器,可以采用电力电子模块组中选取”universal bridge”模块，取臂数为3，电力电子元件设置为IGBT/Diodes.交流电机取machines库中的Asynchronous Machine Si units 模块，参数设置为交流异步电动机，电压为380v,50hz, Rs=0.435 ,Rr=0.816,Llr’=0.002H,Lls=0.002H,Lms-=0.06931H，极对数为2。

直流电压参数为380v.控制电路模型和参数设置脉冲发生器建模。

由直接转矩控制的工作原理可知，此系统采用电压空间矢量控制的方法，当电机转速较高，钉子电阻造成的压降可以忽略时，其定子三相电压合成空间矢量us和定子磁链幅值Ψm的关系为us≈ddt(Ψme jw1t)=jw1Ψme jw1t=wΨme j(w1t+∏2)1公式表明电机旋转磁场的轨迹问题可以转换为电压空间矢量的运动轨迹问题。

在电压空间矢量控制时有八个工作状态，开关管VT1，VT2，VT3，导通，VT2，VT3，VT4导通VT3，VT4，VY5导通等，为了叙述方便，依次用电压矢u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8表示，其中u7,u8为零矢量。

从直接转矩控制原理可以知道脉冲发生器的作用在ΔTe,ΔΨ,都大于零时按照等顺序依次导通开关管，故采用六个PWM模块，参数设置为峰值为1，周期为0.002，脉冲宽度为50。

但六个PWM模块的延迟时间分别设置为0，0.0033，0.0066，0.0099，0.0165。

永磁同步电机直接转矩控制研究与仿真
永磁同步电机在很多工业领域得到广泛应用，如风力发电、石油钻机、电动汽车等。

因此，对永磁同步电机的研究与控制显得尤为重要。

本文在Matlab/Simulink集成环境下，以永磁同步电机的直接转矩控制为研究对象，对其进行了建模、仿真、分析和评价。

首先，本文对永磁同步电机的数学模型进行了建立。

假设永磁同步电机的转子磁通是
恒定的，忽略电机的电阻、漏电感等因素，将电机建模为一个独立的转矩源和一个无损耗
的电感，以此建立了永磁同步电机的数学模型。

在此基础上，本文利用Simulink中的电
机仿真模块，建立了永磁同步电机的仿真模型。

其次，本文利用直接转矩控制算法对永磁同步电机进行了控制。

直接转矩控制是一种
非线性控制方法，可直接获得电磁转矩作为输出，具有快速响应、精度高等优点。

本文以
电流环和转矩环为核心，建立了直接转矩控制的Simulink模型，并进行了仿真实验。

最终，本文分析了仿真结果，得出了控制效果良好的结论。

最后，本文对直接转矩控制的优缺点以及未来研究方向进行了讨论。

直接转矩控制具
有响应速度快、控制精度高等优点，但同时也存在控制器设计复杂、容易产生共振等缺点。

未来研究方向包括改进控制算法、优化控制器结构等。

综上所述，本文对永磁同步电机的直接转矩控制进行了研究与仿真，并得出了恰当的
控制策略。

通过本文的研究，对永磁同步电机的控制方法及其优缺点有了更深入的理解。

直接转矩控制系统的性能仿真分析
直流矩控制系统性能仿真分析报告
本报告旨在对直流矩控制系统性能进行仿真分析，以了解其功能和使用特性。

首先，我们通过外部电源来模拟控制系统输入信号。

电源通过两个可调电容来模拟直流矩控制系统中的传感器信号。

接着，把一个电子放大器接到控制元件来模拟控制算法，将振荡的控制方程单元生成一系列的参考电位。

这些参考电位作为输入进入控制系统，通过比较和调整供电电流从而控制测量精度和延迟。

模拟实验结果显示，系统能够有效地通过调节输出信号来控制电流和负载的变化，实现较高的测量精度和低的延迟。

在各种不同的测试条件下，系统也表现出了很好的稳定性和可靠性。

此外，实验结果还表明，当信号被扰动时，系统也能够快速恢复原有的控制水平。

因此，经过对直流矩控制系统性能的仿真分析，证明该系统能够在满足性能要求的前提下有效地实现复杂任务的控制。

然而，这种系统也存在一些局限性，如传感器的灵敏度较低、非线性控制算法的非稳定性等。

本报告根据直流矩控制系统的性能仿真实验结果，得出结论，该系统实施控制任务时，能够保持较高的精度和较低的延迟，且具有较好的可靠性和稳定性。

但是，同时也存在一些局限性，需要在今后的设计和研究过程中进一步改进。

总之，仿真结果表明，直流矩控制系统具有较高的精度、较低的延迟、良好的稳定性和可靠性，能够满足控制任务的要求。

重庆大学本科学生毕业设计（论文）高速电主轴直接转矩控制仿真与分析学生：学号：指导教师：专业：机械电子工程重庆大学机械工程学院二O一二年六月Graduation Design(Thesis) of Chongqing UniversitySimulink and Analysis of High Speed Motorized Spindle Under DTC ControlUndergraduate:Supervisor: Prof.Major: Mechanical and Electronic EngineeringCollege of Mechanical Engineering Chongqing UniversityJune 2012摘要随着数控技术及切削刀具的迅速发展，越来越多的用于机械制造的装备在不断向高速、高精度、高效率、高自动化发展，电主轴凭借机械主轴所不能替代的优异特点，成为最能适宜现代高性能数控机床的核心部件之一，并广泛用在多轴联动、多面体加工、并联机床、复合加工机床等诸多先进产品中，其质量、性能和技术水平在很大程度上决定了整机的质量、性能和水平。

目前使用高频交流异步电动机来驱动高速电主轴是主流，其控制方式通常采用变频调速方法。

其中，直接转矩控制是一种发展于矢量控制技术之后的新型的高性能交流调速技术，其新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，更适合于高速电主轴的驱动，更能满足高速电主轴高转速、宽调速范围、高速瞬间准停的动态特性和静态特性的要求，这使其成为交流传动领域的一个热点技术。

本文介绍了高速电主轴直接转矩控制的基本原理和控制系统的基本构成，并利用MATLAB/SIMULINK软件，构建了高速电主轴直接转矩控制的仿真模型。

利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机的的磁链和转矩，借助于双位模拟调节器产生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。

三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。

继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。

直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。

这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。

常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置， 在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。

减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。

矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。

本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。

1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。

直接转矩控制系统仿真实验田望同（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市）摘要：随着电力电子及数字信号处理技术的进步，变频调速技术得到了飞速的发展。

直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能技术。

与矢量控制相比较，省去了复杂的矢量变化、克服了矢量控制系统对电机转子参数的依赖性等缺点，具有转矩响应快、控制结构简单、易于实现全数字化的特点。

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.关键词：直接转矩控制;异步电机;Matlab/Simulink仿真Simulationexperiment ofdirect torque controlsystemTianwangtong（Jiangnan University，School of Internet of Things Engineering）As the electric electronic and digital signal processor technologyprogresses，the adjustable—speed technology with variable frequency has a rapidlydevelopment．The Direct Torque (DTC)followingV ector Control is a new typeand high performance technology．Compare with V ector Control Which has complicatedcoordinate transformation and strong dependency of rotor parameters，the DTCtechnique of induction motors is known to have a simple control structure、fast torqueresponses and easy to implement．The basic principle and structure of DTC have been introduced，on this ground，UsingMatlab／Simulink build the simulation models which form the whole DTC simulationsystem．Then，DTC method prove to be of feasibility according to study and analyze thecharacteristic of the simulation system．.Keywords:Direct torque control; Induction motor ;Matlab/Simulink1引言（Introduction）直接转矩控制变频调速技术是用空间矢量分析方法，在二相静止坐标系下计算、控制异步电动机的磁链和转矩，采用两点式调节产生<=.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。

异步电动机直接转矩控制系统仿真Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998现代电力传动及其自动化 —课程作业异步电动机直接转矩控制系统仿真1、直接转矩控制系统的基本思想直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 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，因而得名。

直接转矩控制是标量控制。

它借助于逆变器提供的电压空间矢量，直接对异步电动机的转矩和定子磁链进行二位控制，也称为砰-砰（bang-bang ）控制。

三相异步电动机电磁转矩表达式为:)(sin m t K r s θψψ=r s ψψ、分别为定子、转子磁链的模值，)(t θ为定子、转子磁链之间的夹角，称为磁通角。

对式（）分析，电磁转矩决定于定子磁链和转子磁链的矢量积，即决定于两种幅值和其间的空间电角度。

若r s ψψ、 是常数,改变转矩角可改变转矩。

而且Ψr 的变化总是滞后于Ψs 的变化。

但是在动态过程中，由于控制的响应时间比转子的时间常数小得多，在短暂的过程中，就可以认为Ψr 不变。

可见只要通过控制保持Ψs 的幅值不变，就可以通过调节转矩角来改变和控制电磁转矩，这是直接转矩控制的基本原理。

图直接转矩控制系统原理图在定子两相静止坐标系下，根据磁链给定值与异步电机的实际磁链观测值相比较得到磁链误差，进而确定磁链的调节方向，根据给定的电磁转矩值与异步电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差，进而确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链信号、转矩信号以及定子磁链所在位置确定选择合适的电压空间矢量，从而确定三相电压源逆变器的开关状态，使异步电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩值。

由图得直接转矩控制系统仿真结构框图，如图所示。

图 直接转矩控制系统仿真结构框图2、单元模块说明定子电压与定子电流的三二变换三相/两相变换矩阵如式（），其仿真结构框图如图所示。

直接转矩控制调速系统一.直接转矩控制的基本思路与前面的矢量控制调速不同，矢量控制模仿直流电动机的调速方法，采用磁场定向以及反复的坐标变换使得转矩磁链解耦，实现分别单独控制。

直接转矩控制不需要复杂的坐标变换，它强调的是转矩的直接控制效果。

要想控制电磁转矩，就需要知道电磁转矩与哪些因素有关，以及这些因素的变化对电磁转矩有什么样的影响。

由统一电机理论可知，异步电动机的电磁转矩等于定子磁链矢量、转子磁链矢量或合成磁链矢量中任意两者的矢量积，即电磁转矩可以表示为定子磁链矢量与转子磁链矢量的矢量积。

转子磁链矢量的幅值由负载决定，现在我们只需要保持定子磁链幅值不变，改变两矢量间的角度大小就可以达到调节转矩的目的了。

在直接转矩控制中引入了空间电压矢量的概念。

按照一定的顺序、时间依次给电动机加上空间电压，在忽略定子电阻的影响下，那么定子磁链的轨迹就是六边形，每个边称为磁链的的一个扇区。

在某个扇区内，加上特定的电压矢量就会使定子磁链沿边旋转，此时定转子磁链矢量间角度加大，转矩加大，当加上另外一些电压矢量时，就会使得它们之间的角度变小，转矩变小。

通过这样在每个扇区内不断施加相应的电压矢量就能达到控制转矩的目的。

当然这是最简单的一种情况，没有考虑到磁链的调节，但却大致上描述了直接转矩控制的基本思路。

二．直接转矩控制的MATLAB仿真下面是系统仿真模型图：图1 直接转矩控制仿真模型图以下是仿真模型中的各个模块以及功能介绍图2 转矩磁链模型单元如图2所示，转矩磁链模型的功能是在定子坐标系下计算出电动机的定子磁链幅值、空间中所处的位置，同时计算出电磁转矩的表达式，以便对转矩进行反馈控制。

图3 扇区选择单元扇区选择单元根据前面转矩磁链模型单元输出的定子磁场的角度信息，确定定子磁场当前所处的扇区，扇区决定了该选用哪些空间电压矢量。

图4 转速调节器环节转速调节器将转速实际值与给定值进行比较，经过PI调节器之后输出转矩给定值。

PI调节器的参数为比例系数为15，积分比例系数为1，输出限幅为120.图5 转矩磁链比较输出单元这个单元的作用是将转矩、磁链的实际值与给定值进行比较，根据它们的差值输出不同的控制信号，再结合扇区选择的信号选择适合的空间电压矢量，以控制转矩、磁链在一定得范围之内。

直接转矩控制的基本原理和仿真研究摘要：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技术，该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。

与矢量控制技术不同，直接转矩控制技术采用定子磁场定向，直接将磁通和电磁转矩作为控制量，对电磁转矩的控制更加简捷快速，提高了系统的动态响应能力。

由于直接转矩控制技术本身的固有优势，使直接转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。

本文将直接转矩控制技术应用于异步电机中，从异步电机的数学模型岀发，介绍了直接转矩控制技术的基本理论。

在深入剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化，在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形磁链控制系统仿真模型。

仿真结果表明，直接转矩控制技术动态响应能力快，控制方法直接，但是低速性能较差，低速状态下存在转矩脉动过大，定子电流畸变严重等缺点。

关键字：直接转矩控制，异步电机，simulinkThe Basic Principle and Simulation Study of DirectTorque ControlKong Fei,Ye Zhe n, Shao Zhuyu<Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, 214000, P. R. China )Abstract: Direct Torque Control (DTC> technology is a high-speed technology in the field of AC drive following the technique ofvector control and it has rapid development in recent years.This control strategy attracts wide attention and research for its novel idea, simple structure and good performance. Differ from the vector control technologies, DTC technology uses the stator flux orientation and directly makes the flux and electromagnetic torque as the control volume, therefore the control of the electromagnetic torque is simple and fast, the system dynamic response capability is improved. Due to the inherent advantages of DTC technology, its theoretical research and technological development is receiving increasing attention, also the pace of progress faster and faster.In this article, we make direct torque control techniques applied to asynchronous motors. From a mathematical model of induction motor starting, introduced the basic theory of DTC technology. Based on depth analysis of the basis and principles, we module the DTC algorithm. In the Simulink environment, the asynchronous motor direct torque control system of quasi-circular flux simulation model is established. Simulation results show that the DTC technologies has fast dynamic response capability and directly control method, but the low-speed performance is poor, such as torque ripple is too large in low speed state and the stator current distortion is serious. Key words:direct torque control (DTC>,asynchronous motor,simulink1前言直接转矩控制技术作为一种新颖的电机控制策略，基本思想就是直接将电磁转矩作为被控制量，与矢量控制相比，无需进行复杂的坐标变换，对电机的控制更加快捷迅速，控制系统的动态响应能力得到进一步提高。