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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。
![毕业设计(论文)-直接转矩控制的异步电机调速系统仿真研究[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/c94ae2c6a32d7375a517805e.png)
引言随着微电子技术、电力电子技术、计算机控制技术的进步，交流电动机调速技术发展到现在，有了长足的进步。
特别是20世纪70年代出现的矢量控制技术和80年代出现的直接转矩控制技术，使交流电动机调速系统的性能可以与直流电动机调速系统的性能相媲美。
而交流电动机尤其是鼠笼异步电动机由于其自身结构和运行特性的优点，使得交流电动机调速系统的优势强于直流电动机调速系统。
在交流电动机控制技术中调压调频控制、矢量控制以及直接转矩控制（Direct Torque Control简称DTC）具有代表性。
其中应用直接转矩控制技术是一种高性能的控制调速技术，直接转矩控制对交流传动来说是一种最优的电动机控制技术，它可以对所有交流电动机的核心变量进行直接控制。
第1章绪论异步电动机调速系统的发展状况在异步电动机调速系统中变频调速技术是目前应用最广泛的调速技术，也是最有希望取代直流调速的调速方式。
就变频调速而言，其形式也有很多。
传统的变频调速方式是采用v/f控制。
这种方式控制结构简单，但由于它是基于电动机的稳态方程实现的，系统的动态响应指标较差，还无法完全取代直流调速系统。
1971年，德国学者EBlaschke提出了交流电动机的磁场定向矢量控制理论，标志着交流调速理论有了重大突破。
所谓矢量控制，就是交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换来实现电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解藕，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩特性和转速响应特性。
矢量控制主要有两种方式:磁场定向矢量控制和转差频率矢量控制。
无论采用哪种方式，转子磁链的准确检测是实现矢量控制的关键，直接关系到矢量控制系统性能的好坏。
一般地，转子磁链检测可以采用直接法或间接法来实现。
直接法就是通过在电动机内部埋设感应线圈以检测电动机的磁链，这种方式会使简单的交流电动机结构复杂化，降低了系统的可靠性，磁链的检测精度也不能得到长期的保证。
因此，间接法是实际应用中实现转子磁链检测的常用方法。
永磁同步电机单闭环直接转矩控制策略研究
永磁同步电机在汽车，空调，风机，激光切割机等工业应用领域被普遍应用。
它具有
较高的效率，可重复精确的位移控制，动态响应能力强，消耗能量少等优点。
为了提高转
矩和提高动态响应能力，直接转矩控制是永磁同步电机的有效控制方法。
直接转矩控制是通过给定的转矩常量和比率来实现48环的控制，转矩常量由电机控
制板计算出来，控制比率由电机的转矩常数决定。
在这种控制策略中，直接计算出的转矩
值代替了电流和速度的控制参数。
直接转矩控制不仅可以减少电机控制器的负荷，还可以
提高控制精度。
在单闭环直接转矩控制策略中，转矩值也由反馈控制器产生，控制器永久检测系统中
转矩值是否与系统设定的转矩值一致。
不一致时，只需要调整电源输出功率即可，这样就
可以满足用户设定的转矩值，有效改善永磁同步电机的动态性能。
针对不同的应用，可以根据用户的要求，采用不同的传感器和算法来实现直接转矩控制。
例如，采用编码器实现速度控制，采用绝对值编码器实现位置控制，采用相对值编码
器实现加速度控制等。
最后，在控制系统中采用PID算法来精确控制转矩值，实现更好的
动态性能和低功耗。
总的来说，单闭环直接转矩控制策略在永磁同步电机应用领域具有很大的潜力。
此外，它也可以作为替代传感器的解决方案，从而降低系统的成本。
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法是一种应用于电动机的控制方法，可以实
现电动机在低速运行时的精确控制。
下文将探讨该方法的原理和应用。
在传统的异步电动机控制中，通常采用矢量控制方法。
该方法通过测量电动机的电流、转速等参数，来实现对电动机的控制。
在低速范围内，由于电动机响应的动态性能较差，
使用矢量控制方法很难实现稳定的转矩控制。
直接转矩控制方法应运而生。
直接转矩控制方法是一种基于电流控制的方法。
它通过测量电动机的电流和转速，来
实时计算电动机的转矩，并根据需要调节电动机的转矩输出。
该方法主要包括两个关键步骤：转矩估计和转矩控制。
转矩估计是直接转矩控制方法的核心步骤。
在这一步骤中，需要根据电机的电流和转
速来估计电机的转矩。
一般来说，通过测量电机的电流和转速，可以得到电机的电磁转矩
和机械转矩。
然后，通过相应的计算方法，可以将电机的电磁转矩和机械转矩合成为电机
的总转矩。
利用这种转矩估计方法，可以实现对电机转矩的实时估计，并根据需要进行调节。
直接转矩控制方法的应用非常广泛。
它可以应用于各种需要精确控制转矩的场合，如
电动车、工业机械等。
在这些场合中，若使用传统的矢量控制方法，往往很难实现对电机
的精确转矩控制。
而直接转矩控制方法则可以通过测量电机的电流和转速，实时估计电机
的转矩，并根据需要调节电机的转矩输出，从而实现对电机的精确转矩控制。
毕业论文：异步电机直接转矩控制研究摘要20世纪60年代以后，由于生产发展需要，交流调速的到发展。
20世纪70年代后，科学技术的发展使得交流调速有了质的发展飞跃，主要有以下四个阶段：（1） 电力电子器件的发展促进了交流调速的发展。
电力电子器件主要用于电动机的变频调速系统。
（3）矢量变换控制的发展奠定了现代交流调速高性能的基础。
此类调速采用参数重构和状态重构的现代控制的理论实现交流电机定子电流励磁分量和转矩分量的耦合，实现了等效于直流调速的控制过程，使得交流调速性能得到改善和提高。
继矢量控制后直接转矩控制技术的运用，可获得更大的瞬时转矩和极快的动态响应。
（4） 微型计算机技术与大规模集成电路的发展为现代调速系统的发展提供了重要技术手段。
由于微机控制技术，尤其是以单片机与dsp为控制核心的微机控制技术，促使交流调速系统走向数字化控制，对信息的处理量的增大，可以实现许多复杂的控制方式。
提高了交流调速系统的可靠性和操作设置的多样性和灵活性，降低交流调速装置的成本和体积。
1.2 直接转矩控制技术的现状与发展趋势1.2.1 直接转矩控制技术的现状1985年，德国人m.depenbrock提出了直接转矩控制理论，在实现磁链的同时也实现了对直接转矩的控制。
直接转矩控制技术一诞生，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静态性能受到了普遍的注意和得到了迅速的发展。
根据m.depenbrock所提出的直接转矩控制理论所实现的系统中，其磁链的轨迹是按正六边形运动，其六边分别有相应的六个非零电压矢量与之对应，可简单的切换六个工作状态直接由六个非零电压矢量完成六边形磁链轨迹，磁环控制简单。
日本东芝公司的takahashi教授于1986 年提出了磁链轨迹的园形方案，即让磁链矢量基本上沿园形轨迹运动。
这是一种磁链的实时控制，通过比较实时计算所得的实际磁链幅值与给定值相比较，并同时考虑此时磁链所处的位置来选择电压矢量及持续时间的长短。
无刷直流电机直接转矩控制技术的研究无刷直流电机直接转矩控制技术的研究摘要：无刷直流电机直接转矩控制技术是电机控制领域的前沿研究方向之一。
本文深入探讨了无刷直流电机直接转矩控制技术的原理和应用，并对其研究进行了总结和展望。
1. 引言无刷直流电机由于其高效、高功率密度和大转矩范围等优点，在工业和汽车行业中得到了广泛应用。
直接转矩控制是一种先进的控制策略，能够在较大转矩和高动态性能的要求下实现对无刷直流电机的高精度控制。
因此，研究无刷直流电机直接转矩控制技术对于提高电机控制系统的性能至关重要。
2. 无刷直流电机直接转矩控制原理无刷直流电机直接转矩控制技术基于磁链定向控制理论，通过控制电流和转子位置来实现对电机的直接转矩控制。
具体而言，直接转矩控制技术通过采集电机的转子位置信号，并结合转子位置和转矩的模型，计算出需要输出的转矩参考值。
然后，通过调整电流控制环节中的电流指令，实现对转矩的精确控制。
3. 无刷直流电机直接转矩控制技术的应用无刷直流电机直接转矩控制技术在伺服系统、电动汽车和风力发电等领域中有着广泛的应用。
在伺服系统中，通过无刷直流电机直接转矩控制技术，可以实现对负载的稳定控制，并具有较高的响应速度和跟踪误差较小等优点。
在电动汽车中，无刷直流电机直接转矩控制技术可以实现对车轮转矩的直接控制，提高了电动汽车的行驶效率和驾驶舒适性。
在风力发电系统中，无刷直流电机直接转矩控制技术可以实现对风力转子叶片的转矩控制，提高了风力发电系统的转能效率。
4. 无刷直流电机直接转矩控制技术的研究进展在无刷直流电机直接转矩控制技术的研究中，目前主要存在以下几个方面的问题：1）电流和转子位置传感器的精确性对控制系统的性能有着重要影响，如何提高传感器的精确性是一个亟需解决的问题；2）电机模型的建立和参数辨识是无刷直流电机直接转矩控制技术研究的关键，目前还需要进一步研究和改进；3）实时控制算法的设计和优化是实现无刷直流电机直接转矩控制的关键，需要探索更加高效和精确的算法。
直接转矩控制论文：基于神经网络的电机磁链观测器的研究【中文摘要】在实际电机直接转矩控制系统中定子磁链值是无法直接采样获得的,必须通过间接方法估算得到,即先采样定子电压、电流、转速等容易测量的量,再通过间接方法计算出定子磁链的幅值和相位。
直接转矩控制技术中的另一关键量电磁转矩也与定子磁链有关。
因此定子磁链能否准确获得直接关系到直接转矩控制系统高性能的转矩动态响应的实现。
本文应用神经网络理论,对异步电机定子磁链观测方法进行了研究,主要研究工作如下:本文先介绍了传统直接转矩控制中的三种磁链观测方法,并分析了这些方法的优缺点,其中详细分析了u-i模型中使用的纯积分环节还会带来直流偏移和初始值误差的问题。
接着介绍了其它学者针对u-i磁链观测模型提出的一些改进方法,这其中包括一阶低通滤波器法、幅值限定的定子磁链观测法、带幅值和相位补偿的定子磁链观测法、自适应积分器法,并分析了这些方法的优缺点,接着介绍了这些方法中涉及到的截止频率的选择方法。
在学者们研究的这些方法中,带幅值和相位补偿的定子磁链观测器,结构简单,容易实现,只需选择合适的截止频率即可使磁链观测器具有较好的直流偏移抑制能力,但是它的自适应能力差,当定子电信号频率变化和负载变化时,定子磁链观测器由于截止频率固定使之很难观测出准确的磁链值。
针对带幅值和相位补偿的定子磁链观测器的不足,本文提出了一种RBF神经网络定子磁链观测器法,即采用RBF神经网络重构基于电压模型的带幅值和相位补偿的变截止频率定子磁链观测器的方法。
最后对本文提出的方法进行了测试实验,从测试结果来看,训练好的RBF神经网络可以很好地实现带幅值和相位补偿的变截止频率观测器的功能,不仅如此,它的意义更是在于:对应两个离散截止频率点之间的频率区间,RBF神经网络磁链观测器利用神经网络的泛化能力和自适应能力,提高了磁链的观测精度。
测试结果与理论分析一致,证明了本文提出方法的有效性。
【英文摘要】In fact, the amplitude and phase of stator flux can not be obtaining by sampling directly, it usually be calculated indirectly by sampling the factors easily be obtained such as stator voltage, current and speed. Torque is the key quantity of DTC, and it is relate to the stator flux. So, accurate stator flux obtaining is the key factor to achieve good dynamic performance of torque response in DTC system.An observing method of motor stator flux based on neural network theory is studied in this paper. The main work is as follows:Three flux observers of conventional DTC is described in this paper at first, and then analyses the merits and demerits of these methods, especially detailed analyze the reason of the DC offset and initial phase issue bring by the pure integrator of the voltage-based method. Then introduce some modified methods of the pure integrator proposed by the other scholars, including the first-order low-pass filter,amplitude limited method, amplitude and phase compensation method, adaptive integrator method, and analyze the advantages and disadvantages of them, beside, introduce the selection of the cut-off frequency. Among those methods, stator flux with amplitude and phase compensation is easy to implement, it can make a good DC offset suppression if select a appropriate cut-off frequency. But, its adaptive ability is bad; it’s difficult to observe an accurate flux when the stator frequency and load change because of the fix cut-off frequency.To resolve the shortage of the stator flux observer with amplitude and phase compensation, a RBF neural network flux observer is proposed in this paper. At last, an experiment to test the method proposed in this paper, the results show that, the trained RBF neural network can achieve the function well of variable cut-off flux observer with amplitude and phase compensation. Not only that, the point is RBF neural network with great generalization and adaptive ability improves the accuracy of flux observation in the region of two discrete cut-off frequecy. Consistent with the theoretical analysis, the test results demonstrate the validity of the method proposed in this paper.【关键词】直接转矩控制定子磁链观测器截止频率 RBF神经网络【英文关键词】Direct torque control Stator flux observer Cutoff frequency RBF neural network 【目录】基于神经网络的电机磁链观测器的研究摘要4-5Abstract5第一章绪论8-13 1.1 交流电动机调速技术的发展和现状8-9 1.2 直接转矩控制技术概况9-10 1.2.1 直接转矩控制技术的产生与特点9 1.2.2 直接转矩控制技术的研究现状9-10 1.3 定子磁链观测的意义及研究现状10-12 1.4 论文的主要内容和工作12 1.5 本章小结12-13第二章异步电动机直接转矩控制的基本原理13-22 2.1 异步电动机的空间矢量概念13-14 2.2 坐标变换14 2.3 异步电动机的动态数学模型14-16 2.4 电压型逆变器的开关状态及输出电压空间矢量16-17 2.5 圆形磁链轨迹直接转矩控制基本原理17-21 2.5.1 磁链调节18-19 2.5.2 转矩调节19 2.5.3 扇区判断19-20 2.5.4 最优开关矢量表20-21 2.6 本章小结21-22第三章定子磁链观测方法的研究22-33 3.1 定子磁链观测模型22-26 3.1.1 u-i 模型22-24 3.1.2 i-n 模型24-26 3.1.3 u-n 模型26 3.2 改进的定子磁链观测方法26-32 3.2.1 一阶低通滤波器观测方法27-28 3.2.2 幅值限定的定子磁链观测器28-29 3.2.3 带幅值和相位补偿的定子磁链观测器29-30 3.2.4 自适应积分器30-31 3.2.5 截止频率ω_c 的选择31-32 3.3 本章小结32-33第四章定子磁链观测方法的仿真研究33-44 4.1 MATLAB/SIMULINK 简介33 4.2 圆形磁链轨迹DTC 系统仿真研究33-39 4.3 改进的定子磁链观测方法的仿真研究39-41 4.3.1 基于幅值限定的定子磁链观测器的仿真39-40 4.3.2 带幅值和相位补偿的定子磁链观测器的仿真40-41 4.4 定子磁链观测方法对直流偏移量处理的仿真研究41-43 4.5 本章小结43-44第五章 RBF 神经网络定子磁链观测方法研究44-63 5.1 RBF 神经网络的结构44-46 5.2 RBF 神经网络的学习过程46 5.3 RBF 神经网络定子磁链观测器设计46-59 5.3.1 数据采集实验47-50 5.3.2 数据处理50-55 5.3.3 神经网络的训练55-59 5.4 测试结果及其分析59-62 5.5 本章小结62-63总结与展望63-65一、总结63二、展望63-65参考文献65-68致谢68-69附录A （攻读学位期间发表论文目录）69-70附录B （硬件实物照片）70。
永磁同步电机直接转矩控制技术研究【摘要】永磁同步电机直接转矩控制技术是一种先进的电机控制技术，具有较高的效率和动态性能。
本文首先介绍了研究背景和研究意义，然后详细阐述了永磁同步电机直接转矩控制技术的原理，并与传统转矩控制方法进行了比较。
接着分析了该技术的关键技术和发展现状，以及在电动汽车领域的应用。
同时讨论了该技术面临的挑战和发展方向。
最后总结了永磁同步电机直接转矩控制技术的研究成果，并展望未来的研究方向。
本文旨在推动永磁同步电机直接转矩控制技术的发展，促进电动汽车领域的技术创新和进步。
【关键词】永磁同步电机、直接转矩控制、技术研究、研究背景、研究意义、技术原理、传统控制方法、关键技术、发展现状、电动汽车、应用、挑战、发展方向、研究成果、总结、未来展望1. 引言1.1 研究背景永磁同步电机直接转矩控制技术是近年来在电机控制领域备受关注的研究方向之一。
研究背景涉及到电机控制技术的发展历程和现状，随着电动汽车、风力发电、轨道交通等领域的快速发展，对于高性能、高效率的电机控制技术的需求也越来越迫切。
传统的电机控制方法存在控制精度不高、效率低下等问题，而永磁同步电机直接转矩控制技术由于其响应速度快、转矩控制精度高等优点，逐渐成为研究热点。
永磁同步电机直接转矩控制技术具有较强的鲁棒性和稳定性，能够实现电机转矩的精确控制，同时也能够有效提高电机的效率和功率因数。
研究永磁同步电机直接转矩控制技术对于推动电机控制技术的发展，提高电机系统的整体性能具有重要意义。
本文将对永磁同步电机直接转矩控制技术进行深入分析和研究，探讨其原理、关键技术、发展现状以及在电动汽车领域的应用，为未来电机控制技术的发展提供参考和借鉴。
1.2 研究意义永磁同步电机直接转矩控制技术的研究意义主要体现在以下几个方面。
这项技术的研究可以提高永磁同步电机在电动汽车领域的性能表现，进一步推动电动汽车的发展。
通过对永磁同步电机直接转矩控制技术的深入研究，可以优化电动汽车的能量利用效率，降低能耗，减少对环境的污染，符合可持续发展的方向。
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。
永磁同步电机直接转矩控制技术研究【摘要】永磁同步电机直接转矩控制技术是一种高效的电机控制方法，在工业领域有着广泛的应用前景。
本文通过对永磁同步电机基本原理和直接转矩控制技术原理进行深入探讨，提出了一种有效的控制方法，并对控制策略进行了优化。
通过实验验证，证明了该控制方法的有效性和优越性。
在总结了本文的研究成果并展望了未来的研究方向。
通过本文的研究，可以为永磁同步电机直接转矩控制技术的进一步发展提供参考和借鉴，推动电机控制技术的进步和应用。
【关键词】永磁同步电机、直接转矩控制、控制策略、优化、实验验证、研究成果、未来研究方向、永磁同步电机基本原理、直接转矩控制技术原理、永磁同步电机直接转矩控制方法、总结与展望、背景介绍、研究意义、研究目的。
1. 引言1.1 背景介绍永磁同步电机直接转矩控制技术是一种重要的控制方法，能够有效提高永磁同步电机的运行效率和性能。
随着工业自动化的发展，永磁同步电机在众多领域中得到广泛应用，如电动汽车、风力发电等。
传统的矢量控制方法存在计算量大、响应速度慢等缺点，而直接转矩控制技术能够直接控制电机的电磁转矩，响应速度快、精度高，具有更好的性能表现。
本文旨在研究永磁同步电机直接转矩控制技术，探索其原理和方法，对其进行控制策略优化，并通过实验验证其有效性和可行性。
通过本研究，将进一步推动永磁同步电机直接转矩控制技术的应用和发展，提高永磁同步电机的控制性能，为工业自动化领域的发展做出贡献。
1.2 研究意义永磁同步电机直接转矩控制技术的研究可以促进电机控制技术的进步和创新。
直接转矩控制技术能够使电机在不同负载条件下实现快速、准确的转矩控制，提高系统的动态响应性能和稳定性。
通过对该技术的深入研究和改进，可以为电机控制领域的发展带来更多的可能性，推动电机控制技术的不断创新。
永磁同步电机直接转矩控制技术的研究对于提高电机性能、降低能源消耗、推动工业发展以及促进电机控制技术的创新与进步都具有重要的意义。
交流电机直接转矩控制策略综述本文介绍了目前几种比较常见的直接转矩控制策略并进行分析比较，对于中小容量而言，控制方案重点在于进行转矩、磁链无差拍控制和提高载波频率。
对大容量来说，其区别在于低速时采用了间接转矩控制，从而达到低速时降低转矩脉动的目的摘要:本文介绍了目前几种比较常见的直接转矩控制策略并进行分析比较，对于中小容量而言，控制方案重点在于进行转矩、磁链无差拍控制和提高载波频率。
对大容量来说，其区别在于低速时采用了间接转矩控制，从而达到低速时降低转矩脉动的目的。
关键词:磁场定向控制直接转矩控制DTCAbstract:This article presents a review of several kinds of commonly used direct torqu e control strategiesand the analysis and comparision are made. The emphases of control scheme is put on the dead-beat control of torque and stator flux as well as the increasing of carrier freque ncy for low powerdrives, whereas, indirect torque control is adopted to achieve torque ripple minimizatio n in low speed,for high power drives.Keywords:Field-oriented control Direct Torque Control1 引言交流电机相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。
随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术也得到了长足的发展。
目前在高性能的交流调速领域主要有矢量控制和直接转矩控制两种。
1968年Darmstader工科大学的Hasse博士初步提出了磁场定向控制(Field Orientation)理论，之后在1971年由西门子公司的F.Blaschke对此理论进行了总结和实现，并以专利的形式发表，逐步完善并形成了现在的各种矢量控制方法。
对于直接转矩控制来说，一般文献认为它由德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi于1985年首先分别提出的。
对于磁链圆形的直接转矩控制来说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。
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。
图1为典型的圆形磁链直接转矩控制系统结构图。
图1 圆形磁链直接转矩控制系统控制框图事实上，1977年A·B·Plunkett曾经在IEEE的工业应用期刊上提出了类似于目前直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法，在这种方法中，转矩给定与反馈之差通过PI调节得到滑差频率，此滑差频率加上电机转子机械速度得到逆变器应该输出的电压定子频率;定子磁链给定与反馈之差通过积分运算得到一个电压与频率之比的量，并使之与定子频率相乘得到逆变器应该输出的电压，最后通过SPWM方法对电机进行控制。
图2是直接磁链和转矩调节的控制框图，比较图1和图2可以看出两者都是对转矩和磁链进行直接控制，本质上都是对瞬时滑差进行了控制，所不同的是前者通过Bang-Bang控制的方法获得电压矢量，后者通过PI调节的方式获得电机输入控制电压。
图2 直接磁链和转矩调节系统控制框图直接转矩控制提出来将近有20年了，目前在此基础上已经发展出来了多种控制策略及其数字化实现方案、磁链观测以及速度辨识的方法，本文将对它们进行分类，并作分析和比较。
2 电机模型和直接转矩控制策略直接转矩控制是基于静止坐标系下来进行控制的，如图1所示，在传统的直接转矩控制中，通过检测定子两相电流、直流母线电压和电机转速(在无速度传感器DTC中不需要测速)进行定子磁链观测和转矩计算，使二者分别与定子磁链给定和转矩给定相减，其差值又分别通过各自的滞环相比较，输出转矩和磁链的增、减信号，把这两个信号输入优化矢量开关表，再加上定子磁链所在的扇区就得到了满足磁链为圆形、转矩输出跟随转矩给定的电压矢量。
磁链和转矩的滞环可以设置多级，并且其宽度可变，滞环宽度越小，开关频率越高，控制越精确。
直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，但它却是建立在单一矢量、转矩和磁链滞环的Bang-Bang控制基础之上的控制方法，不可避免地造成了低速开关频率低、开关频率不固定以及转矩脉动大，限制了直接转矩控制在低速区的应用。
针对于此，国内外有很多学者提出了各种提高开关频率、固定开关频率以及减小转矩脉动的方法，本节将逐一列出分析比较。
3 无差拍(Deadbeat)空间矢量调制方法3.1 T.G.Habetler的空间矢量调制方法把无差拍方法应用于直接转矩控制首先是由美国人T.G.Habetler提出来的。
这种方法的主要思想是在本次采样周期得到转矩的给定值与反馈值之差，这个差值可以用下式表示出来:其中包含有空间电压矢量在d轴和q轴上的两个分量。
另外可以得到使定子磁链幅值达到给定值的所加空间电压矢量的数学式子:利用式(1)和式(2)可以联立求解出下一周期使转矩误差和磁链误差为零的空间电压矢量的两个分量Vd和Vq，显然，此空间电压矢量的幅值和相位是任意的，可以通过相邻的两个基本的电压矢量合成而得。
利用计算出来的空间电压矢量可以达到转矩和磁链无差拍的目的。
利用Habetler的无差拍方法，从理论上可以完全使磁链和转矩误差为零，从而消除转矩脉动，可以弥补传统DTC的Bang-Bang控制的不足，使电机可以运行于极低速下。
另外，通过无差拍控制得到的空间电压矢量可以使开关频率相对于单一矢量大幅提高并且使之固定，这对于减少电压谐波和电机噪声是很有帮助的。
但是由式(1)和式(2)可以联立求解出的空间电压矢量作用时间可能会大于采样周期，这说明不能同时满足磁链和转矩无差拍控制。
因此作者提出了三个步骤，首先是否转矩满足无差拍，如果不满足再看是否磁链满足无差拍，如果还不满足就按照原有直接转矩控制矢量表来选取下一周期的单一电压矢量。
因此按照Habetler的无差拍方法最大的计算量有四个步骤，这将耗费很大的计算资源，不易实现，另外在整个计算过程中对电机参数的依赖性比较大，这将降低控制的鲁棒性。
3.2 转矩或磁链的预测控制方法在T·G·Habetler的无差拍的直接转矩控制方法中，由于计算量很大而不易实现，因此出现了一系列的简化的无差拍直接转矩控制，比较典型的是转矩跟踪预测方法。
在这种方法中，分析了低速转矩脉动的情况，得出转矩脉动锯齿不对称的结论，之后又进一步由基本电机方程得出转矩变化式子:其中:，。
通过分析(3)式可知，非零电压矢量和零电压矢量对转矩变化的作用是不同的，前者可以使转矩上升或下降，而后者总是使转矩下降。
另外，在不同的速度范围内二者对转矩作用产生的变化率也在变化。
在转矩预测控制方法中，电压矢量在空间的位置是固定不变的，合成在两个单一电压矢量的中间，但是电压矢量不是作用整个采样周期，而是有一定的占空比，在一个采样周期中可以分为非零电压矢量和零电压矢量。
如果使下一采样周期非零电压矢量和零电压矢量共同作用产生的转矩变化等于本周期计算出来的转矩误差，如下式所示:将消除转矩误差，达到转矩无差拍控制的目的。
即使出现计算出来的电压矢量作用时间超出采样周期，也可以用满电压矢量来代替，因此是非常易于实现的，从实验结果来看，转矩脉动的锯齿基本上对称，说明转矩的脉动已经大为减少。
上法认为磁链被准确控制或变化缓慢，而没有考虑磁链的无差拍控制，在文献中对磁链也进行了预测控制，在这中方法中，通过磁链的空间矢量和电压矢量关系可近视得到:其中ΔΨS是在电压矢量作用下的磁链幅值改变量，θVΨ是二者的空间角度。
设第k采样周期的磁链误差为ΔΨSO，那么根据公式(5),可以得到使第k+1周期磁链误差为零的矢量作用时间为:。
以转矩控制优先为原则，根据转矩预测控制计算出来的矢量作用时间和磁链预测控制计算出来的作用时间可以得到综合的矢量作用时间。
考虑磁链的无差拍控制之后相对于单纯的转矩无差拍控制效果好，既消除了转矩脉动，又不会产生磁链畸变，并且计算量不会太大。
除了上述的转矩无差拍控制方法，在文献中也采用了类似的方法，最后的电压矢量计算作用时间也基本相同，此处不详述。
同Habetler的无差拍方法一样，预测方法也要用到比较多的电机参数，如果能在线实时辨识定子电阻和转子时间常数，将大大提高控制精度。
3.3 基于检测反电势的离散时间直接转矩控制(DTDTC)使用离散时间的方法进行异步电机的控制在文献中已经有了比较详细的介绍，在文献中，首次把这种方法使用于直接转矩控制，其基本方法如下:对由电机的基本电路模型得到的电压方程和磁链方程进行离散化如下:a,b的定义对转矩方程也进行离散化，并把方程(7)代入其中，同时也把方程(7)代入到磁链的幅值平方表达式中去，利用离散的转矩方程和离散的磁链幅值平方式可以求解出下一周期的的空间电压矢量的增量ΔVSx和ΔV Sy，代入以下方程可以得到转矩和磁链无差拍控制的电压矢量，并对其进行了限幅:离散时间直接转矩控制可以通过差分方程，把k+1周期的所应达到的转矩和磁链递推出来，因此可以同时达到转矩和磁链的无差拍控制，从实现方式上是很适合于数字化控制的，另外这种方法主要基于定子侧进行控制，所需的电机参数只有定子电阻和电感，对电机参数变化的鲁棒性比较好，从实验结果来看，系统的动态响应性能是比较好的。
但是在这种方法中，需要检测电机的相电压，这增加的系统硬件的复杂性，另外，计算量也比较大。
3.4 基于几何图形的无差拍控制在文献中，对定子磁链方程、转子磁链方程以及由定、转子磁链表达的转矩方程进行离散化，之后把前两个方程带入到转矩方程中去。
通过离散的转矩方程分析可以知道施加电压矢量可以使转矩误差为零，转矩变化到平面上的一条直线上，这条直线与转子磁链矢量方向平行。
采取同样的方法可以分析知道施加电压矢量可以使磁链误差为零，磁链变化到平面上的一个园上，这个园与与磁链园同心。
