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利用一个ARM7处理器对无刷电机实施磁场定向控制电机驱动能效不论提高多少，都会节省大量的电能，这就是市场对先进的电机控制算法的兴趣日浓的部分原因。
三相无刷电机主要指是交流感应异步电机和永磁同步电机。
这些电机以能效高、可靠性高、维护成本低、产品成本低和静音工作而著称。
感应电机已在水泵或风扇等工业应用中得到广泛应用，并正在与永磁同步电机一起充斥家电、空调、汽车或伺服驱动器等市场。
推动三相无刷电机发展的主要原因有：电子元器件的价格降低，实现复杂的控制策略以克服本身较差的动态性能成为可能。
以异步电机为例。
简单的设计需要给定子施加三个120°相移的正弦波电压，这些绕组的排列方式能够产生一种旋转磁通量。
利用变压器效应，这个磁通量在转子笼内感应出一股电流，然后产生转子磁通量。
就是这两种磁通量相互作用产生电磁力矩，使电机旋转。
在转子上感应出电流的条件是，确保转子的转速与定子的磁通量频率不同；如果相同，转子只经历一个恒定的磁通量，不会有感应电流产生（楞次定律）。
通电频率和其产生的机械频率之间的微小差异是异步电机命名的原因。
一个三相交流电机实现转速可调操作的最简单方式是，实现一个所谓的电压/频率控制（或者叫做标量控制），其工作原理是在频率与电机通电电压之间保持恒比。
这种方法产生一个恒定的定子磁通量，然后在转子主轴上得到额定的电机力矩。
对于应用负载特性被大家了解的低成本驱动器，以及控制带宽要求不是很高的驱动器，如数量很少的HP泵和风扇、洗衣机等，这是一个很受欢迎的控制方法。
一个MIPS 不是很高并带有合理的外设接口的8位单片机如ST7MC，即可满足这种应用需求，同时编程也很简单。
这种方法无法在瞬间工作过程中保证最佳的电机特性（力矩、能效）。
而且为防止电机出现临时消磁现象，还必须限制驱动器反作用力的时间。
为了克服这些限制条件，考虑到电机的动态特性，市场上出现了其他的控制策略。
磁场定向控制（也称矢量控制）是应用最广泛的控制算法，目标应用包括带式传输机、大功率水泵、汽车废气排放、工厂自动化。
新能源汽车电机控制策略优化研究在当今全球能源结构转型和环境保护的大背景下，新能源汽车作为可持续交通的代表，正迅速崛起。
其中，电机控制策略的优化成为提升新能源汽车性能和效率的关键环节。
新能源汽车的电机控制策略直接影响着车辆的动力性、经济性、舒适性以及可靠性。
新能源汽车电机控制策略的核心目标是实现对电机的精确控制，以满足车辆在不同工况下的需求。
目前，常见的电机类型包括永磁同步电机、交流异步电机和开关磁阻电机等。
不同类型的电机具有各自的特点和适用场景，因此需要针对性地设计控制策略。
在电机控制策略中，转矩控制是一个至关重要的方面。
精确的转矩控制能够确保车辆在加速、爬坡等工况下提供足够的动力，同时在匀速行驶时保持稳定的输出。
为了实现精确的转矩控制，需要采用先进的控制算法，如磁场定向控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）。
FOC 控制算法通过将电机的电流分解为励磁分量和转矩分量，分别进行控制，从而实现对电机转矩的精确控制。
这种算法具有良好的稳态性能和较高的控制精度，但计算复杂度相对较高。
DTC 控制算法则直接对电机的转矩和磁链进行控制，具有响应速度快的优点，但在稳态时的转矩脉动较大。
除了转矩控制，效率优化也是新能源汽车电机控制策略的重要研究方向。
在车辆行驶过程中，电机的工作效率会受到多种因素的影响，如转速、转矩、温度等。
通过优化电机的工作点和控制参数，可以提高电机在不同工况下的效率，从而延长车辆的续航里程。
为了实现效率优化，需要建立准确的电机模型，并结合实际的运行数据进行分析。
例如，可以通过实验测量电机在不同工作条件下的损耗，建立损耗模型，然后基于该模型进行优化控制。
此外，还可以采用智能控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，来自动调整控制参数，以适应不同的工况。
在新能源汽车的实际运行中，电机往往需要频繁地进行调速和变载。
这就要求电机控制策略具有良好的动态性能，能够快速响应负载变化，保持电机的稳定运行。
为了提高电机控制策略的动态性能，可以采用一些先进的控制技术，如预测控制和自适应控制。
DTC控制说明DTC控制简介DTC的发展1.直流电机DC Drive U图1直流电机控制环特点：・磁场方向通过机械换向器来转换・控制的变量为电枢电流以及励磁电流，速度反馈直接从电机测量・直接控制转矩在直流电机中，磁场由流经定子上励磁绕组的电流产生。
该磁场与电枢绕组产生的磁场总是成直角。
这种情况称为磁场定向，是产生最大转矩的条件。
无论转子处在什么位置，电刷都会保证这种磁场稳定在这种状态。
一旦磁场定向完成，直流电机的转矩就能很容易通过改变电枢电流和保持磁化电流恒定来实现。
直流传动的优势在于，速度和转矩这两个对用户来说最主要的因素，可以直接通过电枢电流来控制：转矩控制为内环，速度控制为外环（见图1）0 优点・精确快速的转矩控制・高速的速度动态响应・控制简单最初，直流传动用于调速传动，是因为它可以很轻易的实现良好的转矩和高精度的速度响应。
直流电机可以产生转矩并具有如下特性：・直接一电机的转矩与电枢电流成正比，因此可以直接精确的控制转矩。
・快速一转矩控制十分迅速；传动系统可以得到很高的速度动态响应。
如果电机由理想的电流源反馈转矩可以立即改变，电压反馈的传动同样可以实现快速响应，因为它只和转子电气时间常数有关（例如电枢回路中总的电感与电抗）。
•简单一磁场方向通过换向器/电刷这一简单的机械结构来实现，所以不需要使用复杂的电子控制电路，从而节约了控制电机的成本。
2. V/F控制Frequency Control图2使用PWM频率控制的交流传动控制环特点•控制变量为电压和频率・通过调速器来模拟交流正弦波・磁通维持恒压频比・开环控制・负载决定转矩水平与直流传动不同，交流传动频率控制技术使用的是电机的外部参数一即电压和频率一作为控制电机的变量。
电压和频率给定发送至调制器，为定子磁通提供近似的交流正弦波。
这种技术被称为脉宽调制(PWM),是利用二极管整流桥为直流母线提供直流电压使之保持恒定的。
逆变器通过脉宽调制脉冲序列改变电压和频率，由此来控制电机。
-直接转矩控制原理在直接转矩控制中， 电机定子磁链的幅值通过上述电压的矢量控制而保持为 额定值，要改变转矩大小，可以通过控制定、转子磁链之间的夹角来实现。
而夹 角可以通过电压空间矢量的控制来调节。
由于转子磁链的转动速度保持不变，因 此夹角的调节可以通过调节定子磁链的瞬时转动速度来实现。
假定电机转子逆时针方向旋转，如果实际转矩小于给定值，则选择使定子磁 链逆时针方向旋转的电压矢量，这样角度增加，实际转矩增加，一旦实际转矩高 与给定值，则选择电压矢量使定子磁链反方向旋转。
从而导致角度降低。
通过这 种方式选择电压矢量， 定子磁链一直旋转， 且其旋转方向由转矩滞环控制器决定。
直接转矩控制对转矩和磁链的控制要通过滞环比较器来实现。
滞环比较器的 运行原理为： 当前值与给定值的误差在滞环比较器的容差范围内时，比较器的输 出保持不变，一旦超过这个范围，滞环比较器便给出相应的值。
直接转矩控制的原理框图如下所示，给定转速与估计转速相比较，得到给定 转矩； 经转矩调节器将转矩差做滞环处理得到转矩控制信号；将磁链估计值跟给 定磁链相比，经滞环比较器得到磁链控制信号；根据计算的得到的转子位移，划 分区段；根据区段，以及转矩和磁链控制信号，结合查找表得出空间矢量，生成 PWM 波；输出给逆变器，给电机供电。
.---矢量控制技术及直接转矩技术两种控制方案的比较2010-10-13 14:48目前， 直接转矩控制技术和矢量控制技术在工业现场均有成功的应用实例， 它们的应用研究 仍在如火如荼地进行着，但无论何种控制方法，研究中总会或多或少地发现其不足。
但随着 研究的深入、技术水平的提高、硬件条件的改善，许多问题都将会逐步得到解决。
从理论上讲， 矢量控制是建立在被控对象准确的数学模型上， 通过控制电机的电枢电流实现 电机的电磁力矩控制。
电流环的存在，使电机电枢电流动态跟随系统给定，满足实际对象对 电机电磁力矩的要求。
电机实际电流受到电机转子位置的实时控制， 保证电机电流形成的电 枢磁场与转子 d 轴垂直， 实际电机电流中的交轴电流分量和系统控制所需的交轴给定电流相 等，控制系统保证实际负载对象的力矩要求，电机所产生的电磁力矩平稳，电机可以运行的 转速较低，调速范围较宽。
摘要：本文对目前交流电机变频调速控制系统流行的矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及无速度传感器控制进行了比较与探讨。
关键词：矢量控制，直接转矩控制，转矩响应，稳态特性，无速度传感器控制1．前言转载于自1971年德国西门子公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机矢量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机矢量控制得到了广泛地应用。
经过30年的产品开发和工程实践，矢量控制原理日趋完善，大大小小的交流电机变频调速控制系统大多采用矢量控制，使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。
1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换矢量控制的另外一种交流电机调速控制原理——直接转矩控制（以下简称DTC），鲁尔大学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术，引起了学术界极大的兴趣和关注。
DTC原理具有不同于VC 的鲜明特点：·不需要旋转坐标变换，有静止坐标系上控制转矩和磁链·采用砰-砰控制·DTC与脉宽调制PWM技术并用·转矩响应快·应用于GTO电压型变频器的机车牵引传动DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮，国内不少高校对DTC技术及系统进行深入研究，不少文章提出一些有益的改进方法，对DTC理论与实践作出贡献。
但应该指出，DTC 引入中国的初期，人们的视角多集中在DTC的不用旋转变换和砰-砰控制上。
随着计算机技术的飞速发展，VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题，而由于DTC技术应用实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动，使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实用的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进行深入研究。
1995年瑞士ABB公司第一次将DTC技术应用到通用变频器上，推出采用DTC技术的IGBT 脉宽调制变频器ACS600，随后又将DTC技术应用于IGCT三电平高压变频器ACS1000，近期推出的用于大型轧钢，船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采用了DTC直接转矩控制技术。
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。
FOC（Field Oriented Control）基本流程================1. 磁场定向控制---------FOC的核心目标是将三相交流电机的三个电源输入转化为具有所需旋转磁场方向的输出。
为了实现这一目标，磁场定向控制（FOC）首先需要对电机的磁场进行定向控制。
这通常通过使用永磁体或电磁铁来产生一个固定的磁场，并使用电力电子转换器来控制该磁场的强度和方向。
磁场定向控制通常需要对电机的定子电流进行精确测量，并根据测量结果调整电力电子转换器的控制策略，以确保磁场的定向准确性。
2. 磁场矢量控制---------在磁场定向控制的基础上，FOC进一步通过对定子电流的矢量控制来实现对电机转矩的精确控制。
磁场矢量控制通过对定子电流的实时监测，并根据电机控制策略计算出的指令值进行调整，实现对定子电流矢量的精确控制。
这样，电机的转矩就可以通过调节定子电流的矢量来实现，而不需要直接调节磁场的方向。
3. 矢量变换与控制-----------矢量变换与控制是FOC的重要组成部分。
通过对电机定子电流的实时监测，FOC可以计算出该电流矢量的实际值和指令值之间的误差，并根据误差计算出所需的电流矢量。
然后，FOC使用电力电子转换器来调节该电流矢量，以实现电机转矩和速度的精确控制。
在这个过程中，矢量变换与控制起着至关重要的作用。
4. 电流与电压控制-----------FOC通过对电流和电压的控制来实现对电机转矩和速度的精确控制。
在实际应用中，FOC通常采用PID（比例-积分-微分）控制器来调节定子电流和电压。
PID控制器通过对定子电流和电压的实际值和指令值之间的误差进行比较，并根据比较结果来调整控制器的输出，以实现对电流和电压的精确控制。
5. 驱动与传感器信号处理---------------FOC需要使用驱动器和传感器来监测和控制电机的运行。
驱动器的作用是将电力电子转换器的输出转化为电机所需的电流和电压，而传感器则用于监测电机的位置、速度和电流等参数。
直接转矩控制(DTC)技术概述作者：同济大学电气工程系袁登科陶生桂王志鹏刘洪1 引言交流电机传动系统中的直接转矩控制技术是基于定子两相静止参考坐标系，一方面维持转矩在给定值附近，另一方面维持定子磁链沿着给定轨迹(预先设定的轨迹，如六边形或圆形等)运动，对交流电机的电磁转矩与定子磁链直接进行闭环控制。
最早提出的经典控制结构是采用bang-bang控制器对定子磁链与电磁转矩实施砰砰控制，分别将它们的脉动限制在预先设定的范围内。
bang-bang调节器是进行比较与量化的环节，当实际值超过调节范围的上、下限时，它就产生动作，输出的数字控制量就会发生变化。
然后由该控制量直接决定出电压型逆变器输出的电压空间向量。
这种经典的直接转矩控制技术具有:(1) 非常简单的控制结构;(2) 非常快速的动态性能;(3) 无需专门的pwm技术;(4) 把交流电机与逆变器结合在一起, 对电机的控制最为直接，且能最大限度发挥逆变器的能力;(5) 前面叙述的实际被控量必须发生脉动才能产生合适的数字控制量，所以它不可避免地存在着一种与其特有的pwm技术密切相关的定子磁链与电磁转矩的脉动。
2 传统的直接转矩控制(dtc)方案直接转矩控制技术于上世纪80年代中期提出, 当时的控制系统有两种典型的控制结构:德国学者的直接转矩自控制方案与日本学者的直接转矩与磁链控制方案。
两者都属于直接转矩控制的范围，但仍有着较大的不同。
下面对各种方案进行介绍与分析。
2.1 德国depenbrock教授的直接自控制(dsc)方案[1]直接自控制方案是针对大功率交流传动系统电压型逆变器驱动感应电机提出来的控制方案。
由于当时采用大功率gto半导体开关器件，考虑到器件本身的开通、关断比较慢，还有开关损耗和散热等实际问题，gto器件的开关频率不能太高。
当时的开关频率要小于1khz，通常只有500~600hz。
而即便到现在，大功率交流传动应用场合中开关频率也只能有几khz。
foc最大转矩控制
在电动汽车中，FOC（Field Oriented Control，磁场定向控制）是一种先进的电机控制技术。
通过FOC控制，可以更有效地控制电机的转矩和速度，从而提高电动汽车的性能和效率。
其中，最大转矩控制是FOC控制的一种重要应用。
最大转矩控制是指在一定的电机输入电压和电流的限制下，通过FOC控制算法，使得电机能够输出最大的转矩。
这样可以提高电动汽车的加速性能和爬坡能力，使得车辆在需要大扭矩的场景下表现更加出色。
实现最大转矩控制需要考虑多个因素，包括电机的电气参数、机械参数和控制算法等。
在FOC控制中，通过矢量控制技术，将电机的电流分解为转矩电流和励磁电流，从而实现对电机转矩的独立控制。
通过调整转矩电流和励磁电流的大小和比例，可以使得电机在最佳的工作状态下运行，输出最大的转矩。
为了实现最大转矩控制，需要采用优化的控制算法。
常用的算法包括基于规则的控制、基于状态的控制和基于优化的控制等。
这些算法可以根据电机的实时状态和车辆的运行情况，动态地调整电机的输入电压和电流，使得电机始终保持最佳的工作状态，输出最大的转矩。
总之，最大转矩控制是FOC控制的重要应用之一，可以提高电动汽车的性能和效率。
通过优化的控制算法和精确的电机参数匹配，可以实现最大转矩控制，从而为电动汽车的行驶提供更强大的动力支持。
