異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制學(xué)習(xí)筆記

導(dǎo)讀：本期文章對(duì)異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行梳理學(xué)習(xí)。DTC包括轉(zhuǎn)速外環(huán)、磁鏈觀測(cè)器、滯環(huán)和電壓矢量離線開關(guān)表。離線電壓矢量開關(guān)表分為兩種：添加零矢量和未添加零矢量。

一、引言

不同于矢量控制技術(shù)，DTC利用Bang-Bang控制（滯環(huán)控制）產(chǎn)生PWM信號(hào)，對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，從而獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。DTC具有自己的特點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量控制中存在的一些問題，如計(jì)算的復(fù)雜特性，易受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響，實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果等。DTC摒棄了傳統(tǒng)矢量控制中的解耦思想，而是將轉(zhuǎn)子磁通定向更換為定子磁通定向，取消了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，減弱了系統(tǒng)對(duì)電機(jī)參數(shù)的依賴性，通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)定子電壓和電流，計(jì)算轉(zhuǎn)矩和磁鏈的幅值，并分別與轉(zhuǎn)矩和磁鏈的給定值比較，利用所得差值來控制定子磁鏈的幅值及該矢量相對(duì)于磁鏈的夾角，由轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)器直接輸出所需的空間電壓矢量，從而達(dá)到磁鏈和轉(zhuǎn)矩直接控制的目的。

二、直接轉(zhuǎn)矩控制（兩電平6扇區(qū)）

圖2-1 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖

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選擇電壓空間矢量來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_關(guān)矢量，最后通過PWM逆變器來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。整個(gè)控制框圖如圖（2-1）所示。

三、開關(guān)表的確定

DTC基于定子磁鏈的位置信號(hào)以及轉(zhuǎn)矩與磁鏈幅值的誤差信號(hào)直接離線查找矢量表，得到最優(yōu)電壓矢量。

圖3-1 電壓矢量開關(guān)表（未加入零矢量）

圖3-2 電壓矢量開關(guān)表（加入零矢量）

四、仿真系統(tǒng)搭建

圖4-1 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真（兩電平6扇區(qū)）

（a）未加入零矢量

（b）加入零矢量

圖4-3 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真波形變化情況（800r/min）

對(duì)比圖 （4-2）和（4-3），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。

五、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)。