文档介绍：异步电动机直接转矩控制及其数字仿真
张丽娟刘晓平
(北京邮电大学自动化学院北京 100876)
摘要异步电动机直接转矩控制是近年来兴起的一种交流调速方法,其控制思想新颖,控制结
构简单,控制手段直接,信号处理的物理概念明确,并且具有优良的控制性能。本论文即是对
这一新型的控制方法进行研究,根据直接转矩控制的原理对其构成的系统进行了数字仿真,仿
真结果表明,该控制方法是行之有效的,是一种比较好的交流电机调速方法。
关键字直接转矩控制定子磁场定向数字仿真
1 直接转矩控制的产生
直接转矩控制变频调速技术DTC(Direct Torque Control)是继矢量控制变频调速技术
之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术。矢量控制技术的发展,使得
交流传动技术从理论上解决了交流调速系统在静态性能上与直流传动相媲美的问题,矢量
控制技术模仿了直流电动机的控制,以转子磁场定向,采用矢量变换的方法,实现了交流
电动机的转矩和磁链控制完全解耦,它的提出促成了交流电动机在工业上的广泛应用,具
有划时代的意义,然而,在这种控制系统中,由于要模仿直流电动机,因而有两次矢量的
旋转变化,这就增加了系统的复杂性。而且,由于客观上转子磁链是难以准确观测的,并
且,在控制方程中,用到了极易受温度影响的转子参数,参数的变化直接影响了电动机的
调速性能,使得实际上的控制效果远不如理论分析的完美,虽然,后来提出许多的改进方
法,并且也取得了良好的控制效果,例如:增加实时的转子参数辨识环节,但是,同时也
增加了系统的复杂性,使得交流电机固有的简单、廉价、维护方便等优势被削弱。
异步电动机的直接转矩控制技术的提出,摒弃了传统的矢量控制中的解耦思想,直接
从定子边入手,运用受温度影响较小的定子电阻,计算出定子磁链和电磁转矩,用“Bang
-Bang”控制的方法直接对其进行控制,该方法思路清晰、简单、控制直接,在很大程度
上解决了矢量控制中计算控制复杂,特性易受电动机参数变化的影响,实际性能难以达到
理论分析的结果等一系列重大问题。因此,它一经提出就受到了各国交流传动界的广泛重
视,并在最近几年中得以迅速发展。
2 直接转矩控制工作原理
空间矢量的概念
逆变器的开关状态
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由自关断器件构成的电压型逆变器有三组六个开关,其中两两互补,即一个接通,另
一个断开,故三相开关有8种可能的开关组合,这8种开关状态构成了8个离散的电压矢量,
直接转矩控制正是利用了这8个离散的电压矢量来进行控制的,其中,除全闭合和全断开状
态,共6种工作状态,通过分析三相电压波形可知,它相当于180度异电型方波输出逆变器
的波形,各相只是相位上相差120度电角度。
电压空间矢量
电压空间矢量选择是异步电动机直接转矩控制中一个重要环节,这里引入Park变换,
将三个标量(三维)变换为一个矢量(二维),会带来很多的方便,假定选定定子坐标系中
的α轴与Park矢量复平面的实轴α复合,三相负载接成星形,则其输出的电压矢量的Park
矢量变换表达式为:
2 4
πj πj
2 3 3
U s (t) = (U a +U b ⋅ e +U c ⋅ e )
3 (