導(dǎo)讀：本期主要介紹異步電機(jī)傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制算法，包括開(kāi)關(guān)表加入零矢量和未加入零矢量?jī)煞N類型。通過(guò)理論和仿真分析，將兩種傳統(tǒng)DTC的控制性能做一個(gè)對(duì)比。

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一、異步電機(jī)DTC控制

1.1控制思想

在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。通過(guò)控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角即轉(zhuǎn)矩角可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其基本控制方法就是通過(guò)選擇電壓空間矢量來(lái)控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變轉(zhuǎn)矩角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。

直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩個(gè)滯環(huán)比較控制器，分別比較定子給定磁鏈和實(shí)際磁鏈、給定轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的差值，然后，根據(jù)這兩個(gè)差值查詢逆變器電壓矢量開(kāi)關(guān)表得到需要加在異步電動(dòng)機(jī)上的恰當(dāng)?shù)碾妷洪_(kāi)關(guān)矢量，最后通過(guò)PWM逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。整個(gè)控制系統(tǒng)框圖如下：

圖1異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制是采用對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩直接控制的思想，它摒棄了矢量控制方式， 需要眾多電機(jī)參數(shù)，對(duì)控制變量進(jìn)行復(fù)雜的解耦的缺點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制采用的是對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈直接控制的方式，通過(guò)建立滯環(huán)比較器對(duì)轉(zhuǎn)矩給定與磁鏈幅值給定與各自對(duì)應(yīng)的實(shí)際值偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，其控制方式簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

圖2 定子磁場(chǎng)定向

1.2基本原理與控制模塊 異步電機(jī)在靜止坐標(biāo)系下的電壓方程如公式（1）所示。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻上的壓降對(duì)于定子磁鏈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來(lái)說(shuō)較小，可以忽略。

在電機(jī)學(xué)中，當(dāng)電機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速、等幅值旋轉(zhuǎn)，它的矢量端的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形，一般稱為矢量圓。

定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示：

圖3磁鏈圓

簡(jiǎn)單分析可知，當(dāng)施加的電壓矢量與當(dāng)前定子磁鏈之間的夾角等于90°時(shí)，定子磁鏈幅值不變，而當(dāng)夾角小于90°時(shí)，定子磁鏈幅值增加，當(dāng)夾角大于90°時(shí)，定子磁鏈幅值減小。

在三相靜止坐標(biāo)系下，將電磁轉(zhuǎn)矩表示為電動(dòng)機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子 磁鏈的函數(shù)：

圖4定子磁鏈圓軌跡扇區(qū)圖

表1 逆變器電壓矢量開(kāi)關(guān)表（加入零矢量） 表2 逆變器電壓矢量開(kāi)關(guān)表（未加入零矢量） 1.2.1定子磁鏈觀測(cè)器

定子磁鏈觀測(cè)器一般觀測(cè)方法有電壓型磁鏈觀測(cè)器、電流型磁鏈觀測(cè)器、混合模型磁鏈觀測(cè)器和全階磁鏈觀測(cè)器等。

1.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)

PI參數(shù)的整定方法：（1）試湊法；（2）計(jì)算法；

二、仿真分析 仿真設(shè)置：給定轉(zhuǎn)速150/min，給定磁鏈0.85 Wb，0.4 s加載14nm。傳統(tǒng)DTC和加入零矢量的直接轉(zhuǎn)矩控制的磁鏈、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果分別如圖5和圖6所示。

（a）開(kāi)關(guān)表（加入零矢量）

（b）開(kāi)關(guān)表（未加入零矢量） 圖5 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真

（a）開(kāi)關(guān)表（未加入零矢量）

（b）開(kāi)關(guān)表（加入零矢量） 圖6 異步電機(jī)傳統(tǒng)DTC仿真波形變化情況

對(duì)比圖 6（a）和（b），可以得到以下結(jié)論：1）零矢量的加入，影響定子磁鏈；2）零矢量的加入使得轉(zhuǎn)速超調(diào)更??；3）加入零矢量的DTC相比于傳統(tǒng)的DTC，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)明顯減小。

三、總結(jié) 直接轉(zhuǎn)矩控制由于其快速響應(yīng)特性，廣泛應(yīng)用于異步電機(jī)控制領(lǐng)域，然而，傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等問(wèn)題，影響了其控制性能。利用零矢量具有保持轉(zhuǎn)矩的特性，將其加入到異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制當(dāng)中，仿真結(jié)果表明，零矢量的加入能夠有效減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)?！　?/p>