直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)解析

　　直接轉(zhuǎn)矩控制概述

　　直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control——DTC），國外的原文有的也稱為Direct self-control——DSC，直譯為直接自控制，這種“直接自控制”的思想以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的區(qū)別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制，其實(shí)質(zhì)是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制的。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是直接在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實(shí)現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control，DTC）變頻調(diào)速，是繼矢量控制技術(shù)之后又一新型的高效變頻調(diào)速技術(shù)。20 世紀(jì)80 年代中期，德國魯爾大學(xué)的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi教授分別提出了六邊形直接轉(zhuǎn)矩控制方案和圓形直接轉(zhuǎn)矩控制方案。1987 年，直接轉(zhuǎn)矩控制理論又被推廣到弱磁調(diào)速范圍。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)（Band-Band）產(chǎn)生PWM 波信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省去了復(fù)雜的矢量變換與電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡化處理，沒有通常的PWM 信號(hào)發(fā)生器。它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確。直接轉(zhuǎn)矩控制也具有明顯的缺點(diǎn)即：轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng)。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)解析

　　直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC（Direct Torque Control）是在20世紀(jì)80年代中期繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的一種高性能異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。1977年美國學(xué)者A.B.Plunkett在IEEE雜志上首先提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，1985年由德國魯爾大學(xué)Depenbrock教授和日本Tankahashi分別取得了直接轉(zhuǎn)矩控制在應(yīng)用上的成功，接著在1987年又把直接轉(zhuǎn)矩控制推廣到弱磁調(diào)速范圍。不同于矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制具有魯棒性強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量控制中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算量大、對(duì)參數(shù)變化敏感等問題

　　傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的主要問題是低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。為了降低或消除低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制精度，擴(kuò)大直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍，近些年來提出了許多新型的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。雖然這些新型直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在不同程度上改善了調(diào)速系統(tǒng)的低速性能，但是其低速性能還是不能達(dá)到矢量控制的水平。

　　最近出現(xiàn)了一種間接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，受到了很多學(xué)者的關(guān)注。間接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)具有優(yōu)良的低速性能，另外由于其獨(dú)特的控制思想可以降低逆變器的開關(guān)頻率，從而特別適用于大容量調(diào)速場合。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制的目標(biāo)是：通過選擇適當(dāng)?shù)亩ㄗ与妷嚎臻g矢量，使定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的跟蹤控制。定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩分別采用閉環(huán)控制，Ψs*、Tei*分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)，、分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的估計(jì)值，作為反饋信號(hào)使用。

　　根據(jù)誤差信號(hào)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩增、減控制信號(hào)CT; 磁鏈調(diào)節(jié)器輸出磁鏈增、減控制信號(hào)CΨ。開關(guān)表根據(jù)CΨ、CT以及估計(jì)器輸出的磁鏈扇區(qū)信號(hào)，選擇正確的定子電壓空間矢量，輸出控制字SA，B，C給逆變器。

　　直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制相比直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)變化魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制的主要缺點(diǎn)是在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，其主要原因是：

　?。?） 由于轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)器采用滯環(huán)比較器，不可避免地造成了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；

　　（2） 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間之后，電機(jī)的溫度升高，定子電阻的阻值發(fā)生變化，使定子磁鏈的估計(jì)精度降低，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)較大的脈動(dòng)；

　?。?） 逆變器開關(guān)頻率的高低也會(huì)影響轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的大小，開關(guān)頻率越高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越小，反之開關(guān)頻率越低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。