直接转矩控制应用实例

永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。

永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。

转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。

本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。

随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。

在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。

本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。

通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。

本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。

本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。

PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。

PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。

而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。

PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。

PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。

通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。

与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。

PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。

直接转矩控制直接转矩控制（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（Direct Torque Control，DTC）变频调速，是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。

20 世纪80 年代中期，德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi教授分别提出了六边形直接转矩控制方案和圆形直接转矩控制方案。

1987 年，直接转矩控制理论又被推广到弱磁调速范围。

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。

直接转矩控制也具有明显的缺点即：转矩和磁链脉动。

针对其不足之处，现在的直接转矩控制技术相对于早期的直接转矩控制技术有了很大的改进，主要体现在以下几个方面：（1）无速度传感器直接转矩控制系统的研究在实际应用中，安装速度传感器会增加系统成本，增加了系统的复杂性，降低系统的稳定性和可靠性，此外，速度传感器不实用于潮湿、粉尘等恶劣的环境下。

直接转矩控制直接转矩控制（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（Direct Torque Control，DTC）变频调速，是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。

20 世纪80 年代中期，德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi教授分别提出了六边形直接转矩控制方案和圆形直接转矩控制方案。

1987 年，直接转矩控制理论又被推广到弱磁调速范围。

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。

直接转矩控制也具有明显的缺点即：转矩和磁链脉动。

针对其不足之处，现在的直接转矩控制技术相对于早期的直接转矩控制技术有了很大的改进，主要体现在以下几个方面：（1）无速度传感器直接转矩控制系统的研究在实际应用中，安装速度传感器会增加系统成本，增加了系统的复杂性，降低系统的稳定性和可靠性，此外，速度传感器不实用于潮湿、粉尘等恶劣的环境下。

DTC-直接转矩控制邵阳学院课程设计（论⽂）任务书年级专业学⽣姓名学号题⽬名称三相异步电动机直接转矩控制(DTC)系统仿真设计时间2011年6⽉20⽇-2011年7⽉1⽇课程名称运动控制系统课程编号121203204 设计地点电⼒电⼦与电⼒拖动实验室/综合仿真实验室⼀、课程设计（论⽂）⽬的课程设计是在校学⽣素质教育的重要环节，是理论与实践相结合的桥梁和纽带。

运动控制系统课程设计，要求学⽣更多实践⽅案，解决⽬前学⽣课程设计过程中普遍存在的缺乏动⼿能⼒的现象. 《运动控制系统课程设计》是继《电机与拖动基础》和《运动控制系统》课程之后开出的实践环节课程，其⽬的和任务是训练学⽣综合运⽤已学课程的基本知识，独⽴进⾏电机调速技术和设计⼯作,掌握系统设计、调试和应⽤电路设计、分析及调试检测。

⼆、已知技术参数和条件异步电动机的参数：380V，60Hz，2对极，Rs=0.435欧，Lls=0.002mH，Rr=0.816欧，Llr=0.02mH,Lm=0.069mH,J=0.19kg.m2，逆变器直流电源510V,Ls=0.71mH,Lr=0.071mH,Tr=0.87三、任务和要求1. 完成主电路的参数设置和仿真2. 完成开关控制模块的仿真3. 控制策略采⽤直接转矩控制，结合主电路完成系统仿真。

4. 频率变化范围1-50Hz注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学⽣签字后⽣效；2．此表1式3份，学⽣、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）1、电⼒电⼦与电⼒拖动实验室，4套DJDK-1电⼒电⼦与电⼒拖动实验装置；2、DJDK-1电⼒电⼦与电⼒拖动实验指导书；3. Matlab/Simulink仿真软件五、进度安排2011年6⽉20⽇-21⽇：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2011年6⽉22⽇-23⽇：总体⽅案设计及主电路的仿真2011年6⽉24⽇-27⽇：各单元模块的仿真2011年6⽉28⽇-30⽇：整理并书写设计说明书2011年7⽉1⽇：答辩并考核六、教研室审批意见指导教师（签字）：学⽣（签字）：⽬录摘要 (3)⼀异步电机DTC基本原理分析 (4)1.1 异步电机数学模型 (4)1.2 DTC控制系统基本思想 (4)1.3 DTC按定⼦磁链控制模型 (5)1.4 定⼦电压⽮量控制 (7)⼆单元电路设计 (10)2.1 DTC模型 (10)2.2 转速控制器 (10)2.4 转矩和定⼦磁链计算 (11)2.5 磁通和转矩滞环控制器 (12)2.7 开关表 (13)2.8 开关控制模块 (15)2.9 矩阵变频器 (15)三实验仿真 (16)3.1 仿真模型及说明 (16)总结与体会 (19)附录 (20)参考⽂献 (21)摘要直接转矩控制是近些年来备受关注的⼀种异步电机控制⽅法，是⾼性能调速系统中最为常见的⽅法之⼀。

毕 业 设 计2013 年 5 月 15日设计题目 三相异步电机直接转矩控制研究 学生姓名 学 号 20092252 专业班级 电气工程及其自动化09级—2班 指导教师 院系名称 电气与自动化工程学院目录中文摘要： (1)关键词： (1)Abstract: (2)Keywords: (3)1 绪论 (4)1.1 课题研究的背景、目的及其意义 (4)1.2 直接转矩控制算法的国内外研究现状 (6)2 直接转矩控制的理论基础 (6)2.1 三相异步电机的数学模型 (6)2.1.1三相异步电机的数学模型 (6)2.1.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (8)2.1.3电压空间矢量对电机转矩的影响 (9)2.2 逆变器以及基本空间矢量的概念和原理 (10)3. 直接转矩控制的控制原理 (12)3.1定子磁链矢量空间位置检测 (13)3.2 定子磁链、转矩和扇区的计算 (14)3.2.1定子磁链估计 (14)3.2.2 电磁转矩估计 (18)3.3 定子磁链和电磁转矩的控制 (18)3.4磁链调节和转矩调节 (20)3.5 起动问题 (21)3.6 直接转矩控制与传统的矢量控制比较 (21)3.6.1 直接转矩控制的特点 (22)3.6.2 DTC与矢量控制的比较 (22)3.7 本章小结 (23)4. 直接转矩控制系统的仿真和性能分析 (23)4.1 关于MATLAB软件 (23)4.2 MATLAB软件简介 (24)4.3 直接转矩控制系统的Matlab／Simulink仿真 (24)4.4 直接转矩控制系统的性能优缺点分析 (26)4.5本章小结 (27)结论 (28)谢辞 (30)[参考文献] (31)三相异步电机直接转矩控制研究中文摘要：对于三相异步电机来说，直接转矩控制（DTC）是一种高性能的变频调速控制方案。

三相异步电机的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、高性能变频调速技术。

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。

第10期山西焦煤科技No．102011年10月Shanxi Coking Coal Science ＆Technology Oct．2011·技术经验·收稿日期:2011－09－27作者简介:宫殿武(1973—)，男，山西朔州人，1995年毕业于河北煤炭建筑工程学院，工程师，主要从事选煤机电技术管理工作(E －mail )gdw0110@163．com直接转矩控制的变频器在选煤厂的应用宫殿武(大同煤矿集团精煤分公司生产技术部，山西大同037016)摘要在异步电动机数学模型的基础上，利用Matlab /Simulink软件构建了直接转矩控制调速系统。

介绍了直接转矩控制系统原理，结合选煤厂皮带启动时自身的特点，提出了直接转矩控制的变频器实施方案实践证明，直接转矩控制的变频器实现了选煤厂皮带输送机的软起动，运行平稳可靠，几乎对皮带不造成损害，有广阔的应用前景。

关键词直接转矩控制;调速系统;变频器;皮带输送机中图分类号:TD614文献标识码:A文章编号:1672－0652(2011)10－0015－02直接转矩控制技术是一种通过直接控制电机的给定转矩与反馈转矩来控制电动机转速的变压变频调速技术，这种高性能的调速技术已广泛应用于变频器中，直接转矩控制的变频器实现了选煤厂皮带输送机的软起动，运行平稳可靠，几乎对皮带不造成损害。

1直接转矩控制系统原理直接转矩控制系统结构见图1，其原理如下:1)通过速度传感器得到异步电机实际转速N ，将其与给定转速N *进行比较。

2)通过转矩调节器得到转矩给定值T *e 。

3)由检测单元检测出电机定子电流值I a ，I b ，I c和电压值U a ，U b ，U c ，输入异步电机的磁链和转矩计算单元得到定子磁链的幅值|ψs |和所在区间信号S (k )及转矩实际值T e 。

4)实际转矩T e 与给定转矩T *e 经转矩调节器处理后得到转矩开关信号S T 。

浅析异步电动机直接转矩控制系统1 引言随着生产技术的发展，对电气传动的调速精度、调速范围、静态特性、动态响应和转矩脉动等方面提出了更高要求。

异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，基于稳态模型的控制策略，如转速开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制等控制策略，已经不能满足高精度的工艺要求。

为了获得高动态性能，控制策略必须依据电动机的动态数学模型。

最理想的控制方式就是像直流电动机那样同时控制电机的励磁和转矩分量。

于是出现了磁场定向控制(即矢量控制)。

矢量控制方法，利用坐标变换将三相系统转换成两相系统，再按照转子磁场定向实现电机定子电流的励磁分量与转矩分量的解耦，将感应电动机等效成直流机，然后模仿直流电动机控制策略设计控制系统。

由于解耦控制思想过分依赖于电机的数学模型，易受电机参数影响，需要复杂的数学运算，通常会导致电动机实际的运行性能达不到理想的理论性能。

在总结前人研究成果的基础上，德国鲁尔大学的Depenbrock教授提出了直接转矩控制。

直接转矩控制是在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，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，从而实施电磁转矩和定子磁链的控制，着眼于快速的转矩响应，以获得良好的静、动态控制性能。

这种控制技术与矢量控制技术相比，省去了电流环控制器和坐标变换，控制结构大大简化，并且不受转子参数变化影响，鲁棒性好，在很大程度上克服了矢量控制技术的缺点。

当然这种技术也存在一定问题：在稳态运行时，转矩、电流及定子磁链脉动较大；低速运行，尤其接近零速时，磁链与转矩的估计受电机参数影响严重。

这些问题大大削弱了电动机的控制性能，也为进一步的研究指明方向。

2 直接转矩控制原理直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）变频调速，是继矢量控制技术之后又一新型的高效变频调速技术。

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。

2011 年第 6 期 1摘 要：开关磁阻电机有角度位置控制、电流斩波控制和PW M 控制等传统控制方式，但上述控制方式下系统转矩脉动较大，导致振动和噪声比其他调速系统严重，制约了它在某些场合中的应用。

文章将直接转矩控制技术应用到开关磁阻电机中，建立了直接转矩控制的仿真模型。

仿真研究表明直接转矩控制技术能够将磁链矢量幅值很好的控制在滞环带内，从而有效地控制转矩脉动，降低电机的振动和噪声。

关键词：开关磁阻电机 仿真研究 转矩脉动 直接转矩控制中图分类号：TM352 文献标识码：ADOI编码：10.3969/j.issn1006-2807.2011.06.001 Abstract: Such traditional control methods as angle position, current chopping and pulse width modulation con-trol were applied to the switched reluctance drive system. However, the systems with these control modes had the greater torque ripple and noise problems which were more serious than those of other drive systems, restricting its application in some fi elds. The application of direct torque control technology into the switched reluctance drive sys-tem was introduced and the simulation model to control the torque was built. The results showed that the amplitude of the fl ux was well controlled in hysteresis band, the motor’s torque ripple and noise problems was effectively inhibited. Keywor d s: Switched reluctance motor(SRD) Simula-tion research Torque ripple Direct torque control直接转矩控制在开关磁阻电机中的应用邓木生1 李华柏1 谭 平21 湖南铁道职业技术学院（412001）2 湖南工业大学（412007）Application of Direct Torque Control Technology into Switched Reluctance MotorDeng Musheng Li Huabo Tan Ping Hunan Railway Professional Technology CollegeHunan University of Technology具有结构简单坚固、低成本、高容错运行能力、较高的能量密度以及高速运行能力的特点，在调速领域有广泛的应用。