相异步电机直接转矩控制系统DTC仿真.docx
- 格式：docx
- 大小：373.25 KB
- 文档页数：11
1 设计总体思路
主电路的设计
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
展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在他的转速环里面，利用
转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差 s 的正负符号和电磁转
矩偏差 Te 的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量 s 所在的位置，直接选取合适的电
压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的
控制。
系统主电路如图所示，由三相不控桥、交流母线、三相逆变器和异步电机组成， 28
12DSP 的脉冲信号控制全控器件的导通。
VD2 VD3 V1 V3 V5
C ~
M ~ VD4 VD5 VD6 V4 V6 V2
隔离驱动电路
PW1 PW2 PW3 PW4 PW5 PW6 FBS
2812 DSP
图 系统主电路图
基本原理
直接转矩控制系统的原理结构如图示， 途中的 A R 和 ATR 分别为定子磁链调节器
和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，他们的输出分别为定子磁链幅值
偏差 s 的符号函数 sgn( s )和电磁转矩偏差 Te 的符号函数 sgn( Te )，如图所示。图中，
定子磁链给定 *s 与实际转速 有关，在额定转速以下， Te 保持恒定，在额定转速以上，
*s 随着 的增加而减小。 P/N 为给定转矩极性鉴别器，当渴望的电磁转矩为正时， P/N
=1，当渴望的电磁转矩为负时， P/N=0，对于不同的电磁转矩期望值，同样符号函数 sg
n( Te )的控制效果是不同的。
* * Sgn( s ) S
s s
A R A
-s 电压 PWM
* )
sgn( Te 矢量 SB M P/N 控制
* * sgn( Te ) ~
Te 选择 S
ASR ATR C
-
Te
-
is 转矩 is
s 计算 s
s
is i A
定子 is i B
磁链 us 3/2 uA
计算 us 变换
uB
FBS
图制系统原理结构图
sgn( Te )
sgn( s )
1
0 Te
s
图 带有滞环的双位式控制器
当渴望的电磁转矩为正，即 P/N=1 时，若电磁转矩偏差 Te =Te* -Te >0，其符号函数
sgn( Te )=1，应使定子磁场正向旋转，使实际转矩 Te 加大；若电磁转矩偏差 Te = Te* - Te <
0，sgn( Te)=0,一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。当期望的电磁转矩为负，即
P/N=0 时，若电磁转矩偏差 Te =Te* - Te <0，其符号函数 sgn( Te )=0，应使定子磁场反
向旋转，使时机电磁转矩 Te 方向增大；若电磁转矩偏差 Te = Te* - Te >0， sgn( Te )=1，一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩反向减小。
2 单元电路设计
直接转矩控制系统模型
DTC Induction Motor Drive
图 直接转矩控制系统图标
三相异步电动机直接转矩控制系统模块图标如图 所示，仿真模型如图所示。该模块
由 7 个主要模块组成：三相不可控整流器（three-phase diode rectifier）、Braking chaopper、三相逆变器（ three-phase inverter）、测量单元（ Measures）、异步电动机模块（ Induction
machine）、直接转矩控制模块 DTC 。直接转矩控制系统采用 6 个开关器件组成的桥式三相逆变器（ Three-phase inverter），该逆变器有 8 种开关状态，可以得到 6 个互差 60
度的电压空间矢量和两个零矢量。交流电动机定子磁链 s 收到电压空间矢量 us 控制，
s usdt ，因此改变逆变器开关状态可以控制定子磁链 s 的运行轨迹（磁链的幅值和旋转速度），从而控制电动机的运行。
直接转矩控制系统模型结构
转速控制器
如图所示，转速给定 N* 经过加减速限制环节，使阶跃输入时实际转速给定有一定的
上升和下降，转速反馈 N经过了低通滤波器，得到转速偏差（ N*-N ）。Proportional gain、
Integral gain 和 discrete 模块组成带限幅的离散 PI 调节器，调节输出经过了选择开关，
根据对话框中设定的转矩或转速控制方式决定转速控制的输出。 加减速斜率、 PI 调节器
比例和积分系数、低通滤波器截止频率等参数都在对话框中设定。
图 转速控制器 Speed Controller 结构
直接转矩控制器
直接转矩控制模块由转矩给定 Torque*、磁通给定 Flux * ，电流 I_abc 和电压 V_abc
输入信号都经过采样开关， DTC 模块包括转矩和磁通计算（ Torque&Flux calculator ）、
滞环控制 (Flux&Torque hystere-sis)、磁通选择 (Flux sector seeker)、开关表 (Switching
table)、开关控制 (Switching control) 等单元。 DTC 模块是输出三相逆变器 Three-phase
inverter 开关器件的驱动信号。
图 直接转矩控制模块结构
转矩和定子磁链的计算
转矩和定子磁链计算（ Torque&Flux calculator ）单元结构如图所示，它首先检测到
异步电机三相电压 V-AB 经模块 dq-transform 和 dq-transform 变换，得到二相坐标系上
的电压和电流， dq-transform 和 dq-transform 变换模块结构如所示。
定子磁链的模拟和离散计算公式为
s (us Rsis )dt （ 2-1）
s(us Rsi KTs (z 1) （2-2）
)
1)
2( z
式中 , us 和 i 为 αβ二相坐标系上定子电压和电流， K 为积分系数， Ts 为采样时
间。磁链计算采用离散梯形积分， 模块 phi-d 和 phi-q 分别输出定子磁链的 α和 β轴分量
Ψsα和 Ψsβ，Ψsα和 Ψsβ经 Real-Imag to Complex 模块得到复数形式表示的定子磁链 Ψs，并
由 Complex to Magnitude-Angle 计算定子磁链 Ψs 的幅值和转角。
电动机转矩计算公式为
Te 3
s is s i s ) （2-3） p(
2
图 转矩和定子磁链计算单元结构图
图 dq-V-transform 和 dq-I-tranform 变换模块图
磁通和转矩滞环控制器
电动机的转矩和磁疗都采用滞环控制，磁通和转矩滞环控制器（ Flux&Torque
hystore-sis）结构如图 2-7 所示。转矩控制是三位滞环控制方式， 在转矩滞环宽度设为 dT e
时，当转矩偏差 (Te* Te) dTe 和 (Te* Te ) dTe 时，滞环模块 dTe 和 dTe 分别输出状
态 1 和 3，滞环模块 dTe 和 2 2 2 2 dTe 分别输出为
0 时，经或非门
NOR输出状态 ，磁链控
2 2 2
dTe 和 制是二位滞环控制方式，在磁链滞环宽度设为 d 时，当磁链偏差 (Te* Te )
dTe 时，模块 dPhi 分别输出状态 “ 1和”“ 2。” 2
(T * T )
e e 2
图 磁通和滞环控制器
磁链选择器
图 磁链选择器
模块输入是磁链计算模块输出的磁链位置角 angle 通过比较和逻辑运算输出磁链所
在偏号。
