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异步电动机直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究

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基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究

基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究

基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的研究异步风力发电机直接转矩控制是风力发电系统中的核心技术之一，其能够确保发电系统的安全运行和高效输出。

在传统控制方法中，由于异步发电机特性的不确定性以及外部环境干扰的影响，控制精度和效率较低。

而基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法能够解决这些问题，并具有出色的控制性能和稳定性。

本文将对此方法进行深度研究和详细阐述。

1. 基于SVPWM的风力发电机直接转矩控制原理SVPWM即空间矢量脉宽调制技术，它是一种高效的PWM控制方法，能够将三相交流电压转换为两个合成对称的方波信号，从而实现对电机速度和转矩的精密控制。

同时，SVPWM也能够有效减小齿槽谐波以及换相过程中的电压尖峰，保证电机运行的平稳性和稳定性。

异步风力发电机的直接转矩控制主要应用了磁场定向控制和电流内环闭环控制原理。

在该控制方法中，电机的速度和位置信息由编码器或者传感器获取，并通过转速控制器反馈至控制器。

根据此信息，控制器能够实现对电机输出磁场定向电流以及转矩电流的控制。

具体来说，SVPWM控制方法主要分为三个步骤：1）采样输入电压和电流信号，并进行四象限运算，确定电机转矩和位置信息。

2）将电机电流信号转化为abc坐标系下的矢量信号，计算出合成矢量以及其所在扇区。

3）根据合成矢量和扇区，进行开关管的开关控制，实现磁场定向和转矩控制。

在SVPWM控制过程中，关键是要确定合成矢量和扇区。

首先，通过坐标变换将三相电流转换为abc坐标系下的矢量；其次，根据矢量的和差性和相邻矢量的夹角，计算出合成矢量以及其所在扇区。

最后，根据合成矢量与各相基波的相对关系，确定开关管的开关方式和时序，实现对电机转矩和速度的控制。

2. 基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现基于SVPWM的异步风力发电机直接转矩控制方法的实现主要包括以下步骤：1）采集电机的速度和位置数据，通过速度控制器实现转速反馈，控制电机的速度。

直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究

直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究

Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｒ ｈ ｒ ｅｔｒ ｕ ｉｐ ｅｏ ｄ ｃａ ｃ ｏｏ ａ ｅ ｎｄｒｃ ｒ ｕ ｏ ｔｏ， ｓ ｅ ｉｌ ｔ ｗ ｓｒ ｃ ｏ ｅｌ ｇ ｏ ｑ ｅｒ ｌ ｆｉ ｕ ｔｎ ｅｍ ｔｒｂ ｓｄ ｏ ｉ ｔ ｏ ｑ ｅｃ ｎｒ ｌｅ ｐ ｃａｌ ａ ｌ ｔ ａ ｐ ｎ ｅ ｔ ｙ ａｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｃ ｎ ｏ ｔ ｔｇ ． ｅｂ ｓｓｏ ｒ ｖ ｇ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｌｓ ｔｈｔｂｅ ｏ ｉｅ ｔ ｐ ｅ ， ｓ ａ ｅ ｒ ｐ ｓ ｓａｎ ｗ ｏ ｔ ｌｓ ａｅ ｙ Ｏｎｔ ａ ｉ ｆｉ ｏ ｉ ｏ ｖ ｎｉ ａ ｗｉ ｌ ｆｄ ｃ ｈ ｒ ｒ ｈ ｍｐ ｎ ｏ ｃ ａ ｒ
传统的直接转矩控制选择合适的电压矢量可将定子磁链和转矩控制在两个滞环之内。目前直接转矩控 ￥（ ｉ ｃＴ ｒｕ ｏｔ ｌ Ｔ ） ￣ ｒ ｔ ｏ ｅ ｎｏ Ｄ ｅ ｑ Ｃ ｒ ，Ｄ Ｃ 系统中电压矢量的选择通常采用开关选择表ｆ ¨ 、转矩 自 控制策略和空间矢量 调制的方法ｆ 】 。然而采用传统 的开关表 以及滞环控制器会带来转矩锯齿波脉动问题。本文利用新型的转矩 。 和磁链的双层滞环控制方案代替了传统滞环控制方法。
（ 安徽工程科技学院电气工程系 安徽 芜湖 ２１ ０ ４０ ） ０
【 摘要】针对基于直接转矩控制中的感应电动机在低速运转时存在较大的转矩脉动问题，提出了一种新的控制方法． 谊方法在对传统直接转矩控制的开关控制袁进行改进的基础上，建立了新型双层滞环控制的开关控制表，使感应电动机的转 矩脉动达到最小．实验结果表明谊方法能有效地解决转矩脉动问 题．
电阻。
传统Ｄ Ｃ Ｔ 是在每一个固定的开关周期内选择最优的空间矢量【】 ‘ ，使系统获得更优 良的动态性能。但当 电机速度很低时，采用此方法会导致 电流的品质下降，使 电机转矩的脉动严重 。因为在相同的开关周期 内， 不同电压矢量作用时所产生的转矩变化量不相 同，而在不同的工作区间内电压空间矢量 的选择表却是固定 的，这必然会使转矩中包含有低频锯齿分量 。若要进一步提高Ｄ Ｃ Ｔ 的低速性能，则需要改进传统的开关选 择模式。

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探究

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。

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探究

低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究摘要：针对异步电动机传统直接转矩控制方法中存在磁通量控制不对称，转矩脉动大的问题，提出了一种优化的异步电动机直接转矩控制方法。

该方法通过重新划分电压矢量对定子磁通和电磁转矩的影响范围来改进电压矢量选择表，从而在转矩和磁通变化时可以正确地选择所需的电压矢量，从而减小转矩脉动，从而避免传统的直接转矩控制方法在选择电压矢量时忽略了转矩增加的必要条件和磁通量变化的临界条件。

通过求解转矩脉动公式，推导了最优转矩误差值，并计算了转矩控制下的占空比计算方法。

提出了全局最小转矩脉动的条件，进一步优化了转矩性能，给出了定子磁链和电磁转矩的控制推导公式。

仿真和实验结果表明，与传统的直接转矩控制策略相比，该方法将系统动态响应速度提高了约30％。

同时降低了转矩和电流脉动，磁链控制更接近圆形轨迹，具有工程实用价值。

关键词：直接转矩控制；低速范围内减小转矩脉动方法；异步电动机如今，异步电动机已成为最常用的动力设备，广泛用于工农业生产，科学技术，国防和社会生活的各个方面。

异步电动机的物理模型是一个高阶，多变量，强耦合的非线性系统。

它的描述需要一组非线性方程，因此很难控制。

目前，常用的速度控制技术包括恒压频率比控制，直接转矩控制，矢量控制等。

与其他控制技术相比，直接转矩控制的突出优点是计算量小，控制系统结构简单，动态性能更好，鲁棒性更高。

直接转矩控制技术的主要问题是，目前理论上尚不成熟，经典模型存在固有缺陷，低速性能差，稳态时转矩脉动大。

本研究的目的是找到解决异步电动机直接转矩控制系统低速范围内大转矩脉动的方法。

直接转矩控制（DTC）是继1980年代中期矢量控制技术之后开发的一种新型感应电动机变频调速技术。

其基本工作原理是直接将转矩作为控制量。

根据定子磁通和输出转矩，直接选择相对合适的电压矢量。

通过电压空间矢量，控制定子磁通的旋转速度以改变定子和转子磁通矢量之间的角度，然后控制电动机转矩。

毕业论文：异步电机直接转矩控制研究

毕业论文：异步电机直接转矩控制研究

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。

一种异步电机直接转矩控制技术的转矩脉动最小化方案

一种异步电机直接转矩控制技术的转矩脉动最小化方案

一种异步电机直接转矩控制技术的转矩脉动最小化方案
魏欣;陈大跃;赵春宇
【期刊名称】《自动化技术与应用》
【年(卷),期】2005(24)8
【摘要】传统直接转矩控制的缺点之一是输出转矩脉动较大.将占空比控制技术用于直接转矩控制系统中可以有效地减小转矩脉动.本文提出了一种使用PI控制器的占空比控制技术.所设计的PI控制器输入是实际转矩值与参考转矩值,输出是电压矢量的占空比值.仿真结果表明,所提出的方案能够极大地减小转矩脉动,同时整个算法简单,并容易实现.
【总页数】3页(P72-74)
【作者】魏欣;陈大跃;赵春宇
【作者单位】上海交通大学,仪器系,上海,200030;上海交通大学,仪器系,上
海,200030;上海交通大学,仪器系,上海,200030
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.考虑转矩脉动最小化的无刷直流电机直接转矩控制系统 [J], 李珍国;章松发;周生海;张纯江
2.异步电机DTC系统转矩脉动最小化方案 [J], 李政学;李正熙
3.异步电动机直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究 [J], 孙振川
4.基于转矩脉动最小化的直接转矩控制技术 [J], 邓木生;瞿遂春;李华柏
5.一种基于占空比控制技术的异步电机直接转矩控制方案 [J], 魏欣;陈大跃;赵春宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究

2020年15期技术创新科技创新与应用Technology Innovation and Application低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究宋晓君，孙洪伟（哈尔滨电力职业技术学院，黑龙江哈尔滨150030）当今用电系统中，异步电动机作为最常见的动力设备广泛用于工农业生产、科技国防及社会生活的方方面面。

异步电动机的物理模型是一个高阶、多变量、强耦合、非线性的系统，其描述需用一组非线性方程组，控制起来较有难度。

目前常用的调速技术有恒压频比控制方式、直接转矩控制、矢量控制等。

相比其他控制技术，直接转矩控制突出的优点是运算量小，控制系统结构简单，动态性能更好，鲁棒性更强。

直接转矩控制技术存在的主要问题是目前理论上不成熟，经典模型存在固有缺陷，低速性能较差，稳态时转矩的脉动大。

本课题研究的目的是针对异步电动机直接转矩控制系统在低速范围内转矩脉动大的问题寻求解决之道。

直接转矩控制技术是20世纪80年代中期继矢量控制技术后发展起来的一种新型异步电动机变频调速技术。

其基本工作原理是把转矩作为被控量直接进行控制，根据定子磁链和输出转矩直接选择相对合适的电压矢量，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子、转子磁链矢量之间的夹角，进而实现对电动机转矩的控制。

系统工作时不需转矩电流和励磁电流的参与，通过定子磁链即可实现对电磁转矩的控制。

直接转矩控制技术最大的缺点是低速时转矩脉动比较大。

现就如何减小低速范围时转矩脉动大的问题做方法探究。

1使用PI 调节器的直接转矩控制(PI-DTC )该系统中的调节器采用PI 控制规律，如图1所示（包括磁链调节器A ΨR 和转矩调节器ATR ）。

由于PI-DTC 使用PI 调节器，其输出具有连续性，转矩脉动大大减小。

和SFOC （根据定子磁场实现定向的一种矢量控制）相比，PI-DTC 不需要解耦器，而SFOC 必须通过解耦器对转矩、磁链解耦，因而该算法计算量小、鲁棒性强。

异步电机直接转矩控制策略研究


在实际应用中，还需要考虑异步电机及其控制系统的硬件设计、电磁兼容性、热损耗和安全保护等问题，以确保整个系统的性能和可靠性。
本文所提出的控制策略主要针对异步电机，对于其他类型的电机如直流电机、永磁同步电机等尚未进行研究和比较，未来可以进一步拓展研究范围，探索不同类型电机的最优控制策略。
THANKS
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研究现状
随着技术的不断发展，对异步电机控制策略的研究也在不断深入，未来将会有更加先进的控制策略应用于异步电机控制中，进一步提高电机的性能和效率。同时，随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，这些技术也将被应用于异步电机控制领域，为电机控制策略的研究带来新的思路和方法。
发展趋势
异步电机直接转矩控制理论基础
控制系统的性能指标
异步电机直接转矩控制策略研究
03
电压型直接转矩控制策略是通过控制异步电机的定子电压，以实现对其电磁转矩的直接控制。
电压型直接转矩控制策略
控制原理
该策略通过观测异步电机的转速和转子位置，计算所需的电磁转矩，进而调节定子电压以达到控制要求。
控制流程
电压型直接转矩控制策略具有控制简单、易于实现等优点，同时能够适应非线性负载和复杂环境。
实验结果分析
控制策略比较
将提出的控制策略与其他常用的控制策略进行比较，评估其性能和优势。
控制策略优化
针对实验结果进行分析，对控制策略进行优化，提高控制效果和性能。
讨论
对实验结果进行深入讨论，分析不同控制策略下的性能差异和优缺点，为进一步改进提供依据。
控制策略比较与讨论
结论与展望
05
本文提出了一种新的异步电机直接转矩控制策略，该策略基于矢量控制理论，通过直接控制转矩和磁通来实现对异步电机的精确控制。

三相异步电机直接转矩控制研究

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。

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。

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2
异步电动机 DTC 全速度磁链观测的数 学模型
直接转矩控制是以定子磁链定向的，首先要对
定子磁链进行观测。采用异步电动机在静止 α -β 坐 标系下的 Γ型等效电路，如图 1 所示 [7,8]。
is Rs Lσ is
(4)
Us
ψs
L iμ
ψr
Rr
(5)
jωψr
图1 Fig.1
异步电动机的 Γ 型等效电路
在图 3 中，对定子磁链和转矩的观测分别采用 式（ 7）和式（ 10）来完成，测得的定子电流 i a、 i b 和母线电压 Udc 从三相坐标系 a-b-c ，到平面正交二 相 α -β坐标系（ a 轴和 α 轴重合）的变换分别采用式 （ 11）和式（ 12） isα 1 0 ia i = sβ 1 3 2 3 ib （ 11）
us ——定子电压空间矢量 is ——定子电流空间矢量 pn ——电机的极对数 由式 (2)可知电磁转矩受定子磁链的影响，所以 磁链观测的准确性将对转矩观测性能产生很大的 影响。在高速时 u s 比 R si s 大很多，R s 的变化对定子 磁链的影响很小，不考虑其变化，定子磁链的观测 精度也能满足要求，但是在低速时由于 u s 和 R si s 差 值很小，以致在稳态情况下只有误差被积分，所以 在低速时仍然用该式来计算定子磁链很难保证定 子磁链精度。 根据图 1 的 Γ型等效电路，由定子电流和转速 可得到如式（ 3）所示的关系式
1
引言
直接转矩控制（ DTC）是一种新型的高性能交
控制方法的优点是转矩动态响应快，对电机模型参数 的依赖程度小， 已成为交流传动领域的新热点 [1,2]。但 是它的不足之处是转矩的脉动比较大，低速时更加 明显，在数字化实现中更突出。针对该问题，近年 来许多学者提出了改进算法。文献 [3]介绍了一种平 行的双 PWM 逆变结构，它是由两个一般的 PWM 逆变模块并联而成，构成 64 种开关模式，其中 18
在传统的异步电动机直接转矩控制中，低速运行时定子电流的低次谐波成分比较大，
这导致电机在低速时存在较大的转矩脉动问题，针对此问题本文提出一种新的控制方法。在传统 直接转矩控制的基础上，推导出异步电动机全速度磁链观测数学模型。为进一步提高转矩响应速 度和减小转矩脉动，又在全速度磁链模型的基础上引入了模糊逻辑思想，提出了全速度模糊模型 直接转矩控制。该模型把磁链相位角、磁链误差和转矩误差作为模糊变量，并对其进行合理的模 糊分级，来优化电压空间矢量的选择。实验结果表明该方法不仅能够提高转矩响应速度，而且能 够有效地解决转矩脉动问题，在全速度范围内具有较好的动静态性能。 关键词： 转矩脉动 直接转矩控制 异步电动机 模糊逻辑 中图分类号： TP273； TM921.5
流调速传动控制技术，在 20 世纪 80 年代由德国的 M Depenbrock 和日本的 I Takahashi 等人提出的， 该
收稿日期 2003-10-09 改稿日期 2004-04-23
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电 工 技 术 学 报
2004 年 9 月
种开关模式输出非零的电压矢量，其余的模式输出 零电压矢量，这种方法在一定程度上解决了转矩的 脉动问题，但是它增加了硬件系统的复杂程度，使 系统可靠性降低，也增加了系统的成本；彼得瓦兹 在其专著 [4] 中采用较高的逆变器开关频率，其优点 是降低了定子电流谐波含量，减小了转矩脉动，但 增加了功率损失，降低了逆变器工作效率，同时要 求逆变器具有高频开关特性；文献 [5,6] 利用离散空 间矢量的方法，根据定子磁链和转矩的偏差来选择 所需的电压矢量，然后采用空间电压矢量 PWM 的 基本原理，来分配逆变器开关的导通时间，其优点 是在每个开关周期中转矩和磁链可以被调节两次， 使得系统在稳定条件下的转矩脉动减少，但该方法 只适合稳态过程，在暂态时不适用，而且需要高精 度的磁链和转矩观测值，如果观测到的磁链和转矩 不精确，该方法达不到预期的效果。以上文献对定 子磁链的观测采用传统的高速模型，在低速时很难 保证磁链观测的精度。本文在传统直接转矩的基础 上推导出定子磁链观测的全速度模型，并用模糊控 制来优化开关表的选择，实验结果表明，该方案动 态性能好，能在全速度范围内有效地减小转矩脉 动，在低速运行时，效果更明显。 式中
该模型可在整个速度范围内观测定子磁链，而 且自动实现了平滑切换。为了便于数字化计算，把 式（ 6）离散化，得到式（ 7）所示定子磁链数字化 的观测模型 ψ sα (n) = ψ sα (n − 1) + {[usα (n − 1) − isα (n − 1) Rs ] + 1 ′α (n − 1) − ψ s ′α (n − 1)]}Ts [ψ s γ （ 7） ψ sβ (n) = ψ sβ (n − 1) + {[usβ (n − 1) − isβ (n − 1) Rs ] + 1 ′β (n − 1) − ψ s ′β (n − 1)]}Ts [ψ s γ 式中 Ts—— 采样周期 所以磁链的幅值为 ψ s (n) = ψ s2α (n) + ψ s2β (n) 磁链当前所在的相位角为 θ (n) = arctg[ψ sβ (n) / ψ sα (n)] 电磁转矩的计算式为 3 Te (n) = Pn ψ sα (n)isβ (n) − ψ sβ (n)isα (n) （ 10） 2 （ 9） （ 8）
Γ model equivalent circuit of induction motor
在传统的直接转矩控制系统中，定子磁链采用 u-i 模型，根据Г型等效电路，定子磁链空间矢量 ψs 的表达式，如式（ 1）所示
ψs =
∫ (us − Rsis ) dt
（ 1） （ 2）
电磁转矩由式 (2)计算 Te = 1.5 pn (ψ s ⊗ is ) 式中 Rs ——定子电阻
+
ψ s′α
－
动机直接转矩控制系统，其结构框图如图 3 所示。
ω * + ∆ω ＰＩ速度 T * eT e 调节 − ω Te + eψ ψ* s −ψ 模 糊 控 制 器 θψ ＩＰＭ 逆变 器 开关 U 状态 dc
ψ ′s = ψr =
•
1 1 + Lσ Rr Lσ L
M 3～
ω
( ψs − ψr ) + jωψr 1 γ 1 p ∆ψsβ
2004 年 9 月 第 19 卷第 9 期
电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY
Vol.19 Sep.
No.9 2004
异步电动机直接转矩控制转矩脉动 最小化方法研究
杨家强 黄 进
杭州 310027） （浙江大学电气工程学院 摘要
转矩响应迟钝，造成转矩脉动增大。为进一步改善 异步电动机直接转矩控制系统的动态和稳态性能， 提高系统转矩响应速度和减少转矩脉动，特别是减 少转矩在低速时的脉动。在直接转矩控制策略中引 入模糊逻辑，将定子磁链误差、转矩误差和磁链角 度进行合理的模糊分级，优化开关选择表以准确选 择电压空间矢量，构建出全速度模糊模型的异步电
Research on Torque Ripple Minimization Strategy for Direct Torque Control of Induction Motors
Yang Jiaqiang （ Zhejiang University Abstract Huang Jin 310027 China） Hangzhou
该磁链模型不受定子电阻变化的影响，但是受 转子电阻 R r、漏电感 Lσ 和主电感 L 的影响。所以在 求定子磁链时，为了准确，电机在高速时用传统模 型，在低速用该模型，它们之间的平滑切换采用图 2 所示的混合定子磁链全速度模型。 根据图 2 中的传递函数关系，可得该全速度模 型的定子磁链 ψ sα 和ψ sβ 分量为 1 1 ′α ) ψ sα = 1 + γ p (esα + γ ψ s ψ = 1 (e + 1 ψ ′ ) sβ 1 + γ p sβ γ sβ
（ 6）
第 19 卷第 9 期
杨家强 等
异步电动机直接转矩控制转矩脉动最小化方法研究
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式中
d dt γ —— 转换系数，当 γ = 10 时，就在 10% 的额 p—— 微分算子， p = 定转速时切换
usα + − isα i sα RR ss is esα + ∆ψsα γ + 1 γ ( is Lσ + ψr ) ∆ψsα 1 p ψsα
1 ψ s = 1 + L L (is Lσ + ψ r ) σ R r ψ = (ψ s − ψ r ) + jωψ r r Lσ Rr —— 转子电阻
（ 3）
L —— 主电感 Lσ —— 漏电感 ω —— 转子电角速度 ψ r —— 转子磁链空间矢量 把 ψ r 、ψ s 以及 is 的 α 、 β 分量方程代入式（ 3） ，得 ′α 和ψ s ′β 分量，分别如式（ 4） 定子磁链的 ψ s 、式（ 5 ） 所示 1 ′ ψ sα = 1 + L L (isα Lσ + ψ rα ) σ ψ = Rr (ψ ′ − ψ ) − ωψ rα sα rα rβ Lσ 1 ′ ψ sβ = 1 + L L (isβ Lσ + ψ rβ ) σ R ψ = r (ψ ′ − ψ ) + ωψ rβ sβ rβ rα Lσ
′β ψs
+
s
isβ Rs usβ − + esβ
∆ψsβ γ + +
－
定子磁链和 转矩的估计
ia
光电 ib 编码 ω 器
ψsβ