异步电机直接转矩控制PPT课件

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1、2 直接转矩控制(DTC Direct Torque Control)。又称为直接自控制(DSR，DSC Direct Self-Control)。是近十年来继矢量控制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。319771977年，美国学者首先在年，美国学者首先在IEEEIEEE杂志上发表提出磁链杂志上发表提出磁链转矩转矩直接调节的思想，但由于需要检测磁链，未获得实际应用。直接调节的思想，但由于需要检测磁链，未获得实际应用。直接转矩控制技术的产生背景直接转矩控制技术的产生背景矢量控制（转子磁场定向控制）矢量控制（转子磁场定向控制）从理论上解决了交流调速从理论上解决了交流调速系统

2、的静、动态性能问题系统的静、动态性能问题，其动态性能好，调速范围宽。，其动态性能好，调速范围宽。但在实际应用中，但在实际应用中，转子磁链难以准确观测，系统特性受电转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大动机参数的影响较大，另外在模拟直流电动机控制过程中所另外在模拟直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换的复杂性使得实际控制效果难以达到理论分用矢量旋转变换的复杂性使得实际控制效果难以达到理论分析的结果。析的结果。4鉴于电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起、制动时鉴于电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起、制动时需要快速瞬态转矩响应，需要快速瞬态转矩响应，19851985年德国鲁尔大学的

3、年德国鲁尔大学的DepenbrockDepenbrock教授研制了直接自控制系统教授研制了直接自控制系统(DSR)(DSR)，并提出了直接转矩控制理，并提出了直接转矩控制理论。论。该理论采用转矩模型和电压型磁链模型，以及电压空间矢该理论采用转矩模型和电压型磁链模型，以及电压空间矢量控制量控制PWMPWM逆变器，实现转速和磁链的砰砰控制逆变器，实现转速和磁链的砰砰控制(Bang-Bang(Bang-Bang Control)Control)。这在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易这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影响的问题。受电动机参数影响的问题。直接转矩

4、控制技术的产生背景直接转矩控制技术的产生背景5 和和VCVC系统一样，系统一样，DTCDTC系统分别控制异步电动机的转矩系统分别控制异步电动机的转矩(转速转速)和磁链，转速调节器和磁链，转速调节器ASRASR的输出作为电磁转矩的给定信号的输出作为电磁转矩的给定信号T T*e e，在在T T*e e后面设置转矩控制环，它可以抑制磁链变化对转速的影后面设置转矩控制环，它可以抑制磁链变化对转速的影响，从而使转速和磁链系统近似解耦。响，从而使转速和磁链系统近似解耦。因此，从总体控制结构上看，直接转矩控制系统因此，从总体控制结构上看，直接转矩控制系统(DTC)(DTC)和和矢量控制系统矢量控制系统(VC

5、)(VC)是一致的，都能获得较高的静、动态性能。是一致的，都能获得较高的静、动态性能。T*e*sTes*rr直接转矩控制的基本原理直接转矩控制的基本原理注：在转速环里，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，注：在转速环里，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名：因而得名：直接转矩控制直接转矩控制。6在具体控制方法上，在具体控制方法上，DTCDTC系统和系统和VCVC系统有所不同，系统有所不同，转矩和磁链的控制采用转矩和磁链的控制采用BangBangBangBang控制器，并在控制器，并在PWMPWM逆变逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWMS

6、VPWM波形，从而波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了矢量旋避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了矢量旋转变换和电流控制，简化了控制器的结构；转变换和电流控制，简化了控制器的结构；选择定子磁链作为被控量，而不像选择定子磁链作为被控量，而不像VCVC系统那样选择转子系统那样选择转子磁链，计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响，提磁链，计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响，提高了控制系统的高了控制系统的鲁棒性鲁棒性。直接转矩控制系统主要特点直接转矩控制系统主要特点7 由于直接采用了转矩反馈的由于直接采用了转矩反馈的BangBangBangBang控制，理论上在控制，理

7、论上在加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转矩响加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转矩响应，但实际应用时必须注意限制过大的冲击电流，以免损应，但实际应用时必须注意限制过大的冲击电流，以免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响应也是有限的。坏功率开关器件，因此实际的转矩响应也是有限的。直接转矩控制采用电压空间矢量的概念分析三相交流电直接转矩控制采用电压空间矢量的概念分析三相交流电动机的数学模型和控制其各物理量，使问题变得简单明了。动机的数学模型和控制其各物理量，使问题变得简单明了。直接转矩控制系统主要特点直接转矩控制系统主要特点8 综前所述，直接转矩控制，采用电压空间矢量的分析方法

8、，综前所述，直接转矩控制，采用电压空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算控制交流电机的转矩，采用定子磁直接在定子坐标系下计算控制交流电机的转矩，采用定子磁场定向，借助了离散滞环调节场定向，借助了离散滞环调节(Bang-Bang(Bang-Bang控制控制)产生产生PWMPWM信号，信号，直接对逆变器开关状态进行最优控制，以获得转矩的高动态直接对逆变器开关状态进行最优控制，以获得转矩的高动态性能。性能。思想：直接控制转矩直接控制转矩定子磁通转矩通过对交流电机的闭环控制间接控制转矩）闭环控制转矩分量励磁分量定子电流矢量变换控制：通过对(Bang-BanPgI（矢量变换控制：分量电流调节器为型连

9、续调节）转矩调节器采用两位控制定子磁通调节器定子磁链控静止坐标制在系内完成效果：响应快速响应快速 控制精确，快速无需静止 旋转的 复杂坐标运算 控制方便采用电压空间矢量对三相PWM 调制做统一处理 对电机参数依赖性小只需定子电阻参 数，好测，好控，好补偿 有有静止静止/动态性能矛盾动态性能矛盾隐患隐患 dtRu)(111高性能控制中永磁同步电机异步电机可见：DTC 控制思想新颖控制思想新颖 动态性能优良动态性能优良 系统结构简洁系统结构简洁 已用于参考书参考书交流调速系统的控制策略，交流调速系统的控制策略，苏彦民 李宏 编著，机械工业出版社 1998年出版异步电动机直接转矩控制，异步电动机直接

10、转矩控制，李夙 编，机械工业出版社 1998年出版交流电动机直接转矩控制，周扬忠，胡育文，机械交流电动机直接转矩控制，周扬忠，胡育文，机械工业出版社，工业出版社，2010年出版分别讲述分别讲述 1 定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制原理直接转矩控制原理(系统系统)3 弱磁控制弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用1.定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系一一、定子电压空间矢量定子电压空间矢量 （定义，约定）1.电压型逆变器电压型逆变器(,)000/2S1V/2S0/

11、2S1V/2S180/2S1V/2S1:0SS0S0:0aaabbbcx x axccxbcEEEEEE（同相上下元件开关状态互补）定义桥臂开关状态输出电压（上桥臂元件通下桥臂元件通对导通型开关）信号地sV300000000020,S)8,S S8abcababbcbccacaabcVVVVVVVVVVVV三相可定义对应逆变器对地：线线值：组合开关量（种组合开关状态种不同输出电压 三相逆变器输出相电压综合表述三相逆变器输出相电压综合表述电压空间矢量电压空间矢量设有三相静止设有三相静止a-b-c坐标系及二相静止坐标系及二相静止-坐标系（图坐标系（图3）关系关系：2433a-b-c3/2)(1)3

12、/2823sjjsabbccaVVjVVVV eV e 电压空间矢量系系坐标变换（按变换关系，可定出逆变器输出 个电压空间矢量的空间位置幅值大小转向重合与重合与线电压aaabVabcabbcca436s11S S S100VE2V0VE22 3VV0332 3V:E3.153021jjEEeEe 以开关状态（）为例据图 有：得说明为直幅值倍距 轴流母线电压 的位于处（图）123456078841.1560V 100V 110V 010V 011V 001V 101V 000V 11216E 种开关状态个电压空间矢量（图）幅值相等互差（），（），（），（），（），（）。幅值为零位于零点（个有效电

13、压空间矢量个零电压矢），（）量位于原点）（图4sssss1sssVUUUIVVdtVVIVIVaas abbs bccsssssssssscdRdddtdR idtdR idtdR ittdR 二定子磁链空间矢量：电流空、交流电机定子电压方程矢量式：标量式运行频率高，忽略：与关系：间矢量：电压关空矢量与间系0/90st 大小：微 积分关系方向：垂直（互差）离散化离散化增量关系ss1v2v5sssT 说明：（）磁链增矢量与电压矢量 同方向，大小正比作用时间（）磁链矢量矢头运动方向同 方向，即方向（图）073sssVVV （）由于故，作用运动速度与 正比零矢量停止运动时，（调速作用）ssVT ）（

14、图5 若有效电压矢量有效电压矢量 顺序作用，作用时间顺序作用，作用时间 相等相等 则定子磁链轨迹磁链轨迹为正六边形正六边形。表明：（1）磁链线速度变化（角速度相同时）磁链线速度变化（角速度相同时）（2）磁链大小变化磁链大小变化61 VVT）（图4）（图6三、三相定子磁链（三、三相定子磁链（a,a,b,b,c c ）波形）波形）（图互差方向减小作用：不变作用：方向增大作用：方向减小作用：不变作用：方向增大作用：7120,)2(0)101()001()0)011()0)010()110()0)100()()1(654321cbaaaaaaaaVfVeVdVcVbVat）（图7分别讲述分别讲述 1

15、定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制系统直接转矩控制系统 3 弱磁控制弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用2 2 直接转矩控制系统直接转矩控制系统磁链自控制磁链自控制：（1）定子磁链观测器（）定子磁链观测器（2）2 /3 变换（变换（3）磁链调节器）磁链调节器 （4）换）换 向逻辑向逻辑转矩自控制转矩自控制：（1）转矩观测器（）转矩观测器（2）转矩调节器）转矩调节器开关表一、磁链自控制一、磁链自控制 1、定子磁链观测器、定子磁链观测器 ,(1),32111223302211122

16、3,3022,abbccasassssbcabsbcscaasssbcUUUi i iUUUUUUUiiiiiii 输入量：及输出量：三相线电压输入量：检测出三相线电流：经变换得（2）定子磁链观测器定子磁链观测器电压模型电压模型 矢量式：标量式：（3）磁链调节器）磁链调节器 ssssVR Idt ssssssssUR idtUR idt三相分别调节，逆变换得经输入,32,cbass 调节器调节器 Bang-Bang 控制控制aaaaaaasaabc2433abc6aaas10232 332S32jjsjeeea 不变 由定子磁链给定值来确定容差（滞相为例环宽）三相相等输出 逻辑量逻辑量：,0)

17、,.(1SSSabc图）调节器滞环特性（图）定子三相磁链波形（图依据97输出 逻辑量逻辑量：,0),.(1SSSabc图）调节器滞环特性（图）定子三相磁链波形（图依据97）（图10（4）换向逻辑换向逻辑 作用 将逻辑量 变换成逆变器开关控制信号逆变器开关控制信号 确定有效电压矢量对应得开关状态。;,cbaSSScbaSSS,(11)acbacbSSSSSS输入输出特性图aSbS二、转矩自控制转矩自控制 1、转矩观测器 减小零电压矢量作用，增大有效电压矢量作用，开关量输出转矩观测值转矩给定，输入、转矩调节器转矩系数电磁转矩输出定子电流分量定子磁链分量输入eeeeeeemTTssssTessssL

18、LKKiiKTiiT0T1STTTTT2)(,01 转矩调节器转矩调节器 输入输出关系输入输出关系eeeTTTS010不变eeeeeTTTTT平均值间变化瞬时值在说明实际转矩3、转矩与定、转子磁链的关系，rss inTs in,TesrsrmTsrmesrKTLKL 大 小 恒 定 时，0 ma0 x0r01,0,sseesSSTT 有效电压矢量作用（全电压）增大，增加零电压矢量作用，以（）运动，停止运（零电压）减小平均角速，减少度动，运动 结论结论r(1)()(2)seT t 走走停停，均速运行，夹角 不断变化，电磁转矩脉动小，转矩脉动小零矢量插入多，逆变器开关转矩频率调节器容差，但高，损耗

19、大。4、调压和变频、调压和变频 (零电压矢量控制零电压矢量控制)001s1111(1)0,20,sssUVfTVTfU 保持原位置，运动停滞，故（）幅值为零，零电压矢量插入时间控制旋转不改变（），随 变磁场转速磁链幅值恒磁通控制自动调实调磁链压圆现直径、变频。零矢量零矢量一般插入插入)000()1(0V全部插)111()2(1V全部插007710(000)101000ac41(101)(111)101111b2(111)2(100)(000)VVVVVV 插，由（）（），、相个 开 关 动 作分 析：（）区 间，插，由（）（），仅相个 开 关 动 作插合 理（）插合 理按 开 关 次 数 最应

20、少 选 零 矢 量。方式方式优化插零（矢量）方法优化插零（矢量）方法180360一般插零方法零矢量集中于，提高载波比，优化插零方法零矢量分布于降低开关频率减少谐波13564627,V V VVV V VV 插规插律分别讲述分别讲述 1 定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制原理直接转矩控制原理(系统系统)3 弱磁控制弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用 3 弱磁控制弱磁控制)(11,11NNUUffTs一、DTC弱磁弱磁运行特点运行特点（1）基频以上基频以上，定子电压额定不变，速度

21、调节不再使用零电压矢量，而用改变（减小）速度调节不再使用零电压矢量，而用改变（减小）有效电压矢量作用时间有效电压矢量作用时间 来实现来实现；（2）减小有效电压矢量作用时间后，定子磁链矢量 角速度为角速度为 ，且额定额定不变；max0)(磁链幅值磁链幅值 随着转速的升高而随着转速的升高而减小减小，使磁链轨迹（六边形）面积减小使磁链轨迹（六边形）面积减小，实现弱磁弱磁；电磁转矩随磁通减小，但是电磁转矩随磁通减小，但是输出功率输出功率 即恒功率运行恒功率运行。TVss恒定eTP二、二、功率控制功率控制（弱磁下）（弱磁下）弱磁下DTC系统将从转矩控制转矩控制进入功率控制功率控制功率控制系统功率控制系统

22、框图如右图所示l功率给定功率给定l功率反馈功率反馈l功率调节器功率调节器 图217 图中 功率给定功率给定 速度调节器 ASR输出；功率反馈功率反馈 功率功率 观测器输出观测器输出；功率调节器功率调节器（PI型）输出为磁链给定值磁链给定值 目的：使磁链调节器获得稳定、连续的容差 PeTPssa866.0 与转矩控制系统比，为变结构变结构系统系统（右图）对应的部分：控制转矩开关量）转矩调节器功率调节器控制功率(0seSTPTPee基速基速以下下/以上上运行时，有有恒磁通恒磁通/弱磁控制弱磁控制 切换切换问题图26 DTC系统组成三、恒磁通三、恒磁通/弱磁控制的切换弱磁控制的切换 1、切换控制原理

23、图（如右图 所示）目的：恒磁通（转矩）恒磁通（转矩）控制控制自动切换 弱磁弱磁（功率）控制（功率）控制 图218R机构机构：状态判别环节状态判别环节：控制恒磁恒磁 弱磁弱磁的切换幅值判别环节幅值判别环节：控制弱磁弱磁 恒磁恒磁的切换原理原理：（1）恒磁恒磁 弱磁弱磁的切换（状态判别器控制状态判别器控制）转矩调节器输出转矩调节器输出 0Ss0S0S.:0:100零电压空间矢量作用有效电压空间矢量作用SS 当 （表明系统该切换至弱磁该切换至弱磁），状态判别器状态判别器输出：，控制 输出 控制关系：控制关系：10 长时间S0S0S转矩调节器输出功率调节器输出（弱磁运行）0S（无零矢量作用）10S连续

24、变化（弱磁）s（恒磁运行）1S（零矢量作用）010S最大值（恒磁）s功率调节器转矩调节器（2）弱磁）弱磁 恒磁恒磁切换（切换（幅值判别器控制）幅值判别器控制）增大至额定值，判别器输出：控制 输出控制关系控制关系：s0RRss转矩调节器输出功率调节器输出（恒磁运行）0R（弱磁运行）1R（无零矢量作用）10S（零矢量作用）010S连续变化（弱磁）s最大值（恒磁）s功率调节器转矩调节器2、系统结构的平滑切换、系统结构的平滑切换（1）平滑切换原则）平滑切换原则 保证：转矩闭环转矩闭环 功率闭环功率闭环：切换瞬间切换瞬间转矩不突变转矩不突变；功率闭环功率闭环 转矩闭环转矩闭环：切换瞬间切换瞬间功率不突变

25、功率不突变。（2）转矩当量转矩当量 与与功率当量功率当量 关系关系TPePPPTTPTNeeeePeT功率调节器输入因转矩调节器输入均为同一速度调节器同一速度调节器ASR输出输出，切换前后大小应不变切换前后大小应不变分别讲述分别讲述 1 定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制原理直接转矩控制原理(系统系统)3 弱磁控制弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用4 正正/反转运行控制反转运行控制一、正一、正/反转运行原理反转运行原理 1、机理：改变有效电压空间矢量作用顺序改变有效电压空间矢

26、量作用顺序，控制 定子磁链矢量（磁场）转向 （1）正转）正转：1654321VVVVVVV图20（a）正转（2）反转反转：1234561VVVVVVV图20（b）反转2、控制逻辑控制逻辑参照 图8（正转磁链波形），求出反转开关信号规律 （1）、磁链调节器输入输出特性磁链调节器输入输出特性（a相为例）cbSSSa、aaaaaaaS：不变：01a反转反转：1234561VVVVVVV（2）反转逻辑关系）反转逻辑关系 反转开关信号反转开关信号：ccbbaaSSSSSS图19反转磁链波形二、正二、正/反转控制实现反转控制实现（1）正转换相逻辑）正转换相逻辑bacSSSSSScba图8 正转磁链波形（2

27、）反转换相逻辑）反转换相逻辑 ccbbaaSSSSSS图19反转磁链波形（3）正正/反转控制反转控制换相逻辑换相逻辑 DTC框图 ：“换相逻辑”应能适应正/反转控制，根据转向发出相应开关信号：正/反转时换相逻辑换相逻辑 正反转开关量正反转开关量cbSSSa、反转正转:1:1FZ图-6 DTC系统框图正正/反转时换相逻辑反转时换相逻辑（合成）（合成）FSZSSFSZSSFSZSScbcbbbaca 合成实现数字模拟图图21 正正/反转换相逻辑合成反转换相逻辑合成分别讲述分别讲述 1 定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制原理直接转矩控制原理(系统系统)3 弱磁控制

28、弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用5圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制一、一、磁链轨迹圆化磁链轨迹圆化 DTC讲究转矩响应得快速性，采用六个有效电压矢量控制，定子磁链轨六个有效电压矢量控制，定子磁链轨迹为六边形迹为六边形，致使：转矩存在脉动（静、动态特性固有矛盾）定子电流非正弦 采用六个电压矢量组合（合成），矢量组合（合成），可使磁链轨迹圆化磁链轨迹圆化（圆形旋转磁场圆形旋转磁场）一般：采用圆形磁链轨迹圆形磁链轨迹，改善运行性能；：采用六边形磁链轨迹六边形磁链轨迹，获得快速转矩响应。Nnn%15Nnn%15二、磁

29、链轨迹圆化的方法二、磁链轨迹圆化的方法1、多段折线逼近法多段折线逼近法2、主、副（辅）矢量规律主、副（辅）矢量规律 定义：主矢量主矢量作用时间长者（如 ）副（辅）矢量副（辅）矢量作用时间短者（如 ）作用规律作用规律 不同扇区，主、辅矢量不同；每种有效电压用作主或者辅矢量的区间为 （表4见下页）主矢量作用的 区间内：前 ：主矢量主矢量使磁链幅值减小磁链幅值减小（磁链轨迹磁链轨迹向圆内收缩向圆内收缩）后 ：主矢量主矢量使磁链幅值增大磁链幅值增大（磁链轨迹磁链轨迹向圆外扩张向圆外扩张）3V1V2V60603030前 30:主矢量主矢量使磁链幅值增大磁链幅值增大（磁链轨迹磁链轨迹向圆外扩张向圆外扩张）

30、后 30 ：主矢量主矢量使磁链幅值增大磁链幅值增大（磁链轨迹磁链轨迹向圆外扩张向圆外扩张）表4：三、磁链轨迹圆化控制三、磁链轨迹圆化控制1、磁链闭环控制电路磁链闭环控制电路 目的：实现主、副矢量作用规律 六边形磁链六边形磁链时，无磁链反馈无磁链反馈 （即磁链开环磁链开环的控制）s 磁链闭环控制磁链闭环控制 磁链磁链 轨迹轨迹 图中 磁链幅值的给定值给定值 磁链反馈反馈（来自磁链观测器磁链观测器）磁链幅值调节器磁链幅值调节器 滞环（两位）调节器滞环（两位）调节器，容差 输入输出关系输入输出关系：sss)0(1sSssss（即：未超出上下限）（即不变：）即：图27 轨迹s2、控制过程控制过程 时，

31、向理想圆外圆外运动 平均值平均值为 时，向理想圆内圆内运动 容差容差越小，磁链轨迹越圆，但是逆变器开关越小，磁链轨迹越圆，但是逆变器开关频率越高频率越高1S0Ssss3、圆化后的换相逻辑、圆化后的换相逻辑（开关信号规律开关信号规律）正转正转（图8）反转反转（图19）复杂性复杂性 必须根据输入信号必须根据输入信号 决定开关信号决定开关信号，控制控制 走向走向；必须根据必须根据 在定子坐标系内实际位置在定子坐标系内实际位置 ，决定该扇区所用的主、，决定该扇区所用的主、副电压空间矢量副电压空间矢量。xSssccbbaaSSSSSSbacSSSSSScba 圆化换相逻辑圆化换相逻辑 为表格形式（表5）

32、，采用微机查表控制表5表5（续）磁链圆轨迹磁链圆轨迹图25 磁链圆轨迹分别讲述分别讲述 1 定子电压矢量与定子磁链关系定子电压矢量与定子磁链关系 2 直接转矩控制原理直接转矩控制原理(系统系统)3 弱磁控制弱磁控制 4 正反转运行控制正反转运行控制 5 圆形磁链轨迹控制圆形磁链轨迹控制 6 反电压矢量的应用反电压矢量的应用6反电压矢量的应用反电压矢量的应用一、正反向有效电压矢量及其作用一、正反向有效电压矢量及其作用1、概念、概念正向有效电压矢量：正向有效电压矢量：使磁链矢量按使磁链矢量按顺给定方向前进顺给定方向前进的有效矢量的有效矢量反向有效电压矢量：反向有效电压矢量：使磁链矢量按使磁链矢量按

33、逆给定方向前进逆给定方向前进的有效矢量的有效矢量不同扇区有不同的正、反向有效电压矢量不同扇区有不同的正、反向有效电压矢量 【例】扇区3030正向有效电压矢量、321VVV反向有效电压矢量、654VVV12030302V 有效电压矢量有效电压矢量扇区内：主矢量主矢量：反矢量反矢量：其中 滞后滞后 称称 电压矢量电压矢量654VVV、6V1202V120图图29 正、反向电压矢量正、反向电压矢量二、二、电压矢量的特殊作用电压矢量的特殊作用 使磁链矢量倒转倒转迅速减小减小 加速 转矩减小转矩减小 一旦 ,产生制动转矩制动转矩 加快加快制动制动过程 快速快速动态动态响应120r，ssinrsmTeLK

34、T0 对比零电压矢量对比零电压矢量 零电压矢量零电压矢量可停止磁链转动，降低电机转速（调速）；但是不产生磁链增矢量不产生磁链增矢量：,无法增大磁链幅值，故：零矢量作用时间长作用时间长会使电磁电磁转矩转矩（电机出力）减小减小。电压矢量在降低磁链矢量转速降低磁链矢量转速的同时，可使 磁链幅值增大磁链幅值增大，防止电机低速时的出力减小防止电机低速时的出力减小00TV120 电压矢量能实现低速下大转矩低速下大转矩、直至堵转堵转运行 堵转运行的实质：当当 有效电压矢量有效电压矢量（如 ）和与之反反 的正的正向有效电压矢量向有效电压矢量（如 ）作用时间相等作用时间相等时，定子磁链停止运行，但磁链幅值不变，

35、实现了停转停转，但有转有转矩矩的运行堵转堵转1206V3V180120三、全速度范围的反向电压矢量控制三、全速度范围的反向电压矢量控制1、低速时电压矢量的运用、低速时电压矢量的运用 （1）原则：）原则：六边形六边形磁链轨迹正向有效电压矢量正向有效电压矢量 及零电压矢量零电压矢量 ：圆形圆形磁链轨迹 极低速及堵转运行极低速及堵转运行：插入反向电压矢量插入反向电压矢量Nnn%15Nnn%15（2）控制部件三位式滞环三位式滞环 磁链调节器磁链调节器 输入输入 输出输出 关系关系:三位滞环特性三位滞环特性不变不变01222Sss式中：S（3）控制规律）控制规律定子磁链幅值 与给定 之差 小于容差 ，磁

36、链按二位式控制二位式控制（主、副有效矢量交替作用，插入零矢量）（零矢量长时作用使偏差继续增大继续增大），切换至三切换至三位式磁链控制，插入反向电压矢量位式磁链控制，插入反向电压矢量如选用 电压矢量，磁链幅值 增大、偏差 减小达 ，切回至二位磁链控制切回至二位磁链控制ss*ss120s2、高速时反向电压矢量的运用、高速时反向电压矢量的运用（1）圆形磁链轨迹运行时，）圆形磁链轨迹运行时，采用采用三位式滞环磁链控制器三位式滞环磁链控制器稳态稳态时：零矢量作用时间极短，不会切换至三位式控制（不用不用反电压矢量反电压矢量）减速减速时：速度给定/转矩给定大幅减小零矢量长期作用磁链幅值大减增大切换至三位式控

37、制切换至三位式控制加快转矩/转矩响应重新达稳态重新达稳态：回到二位式控制二位式控制（2）六边形磁链轨迹运行时六边形磁链轨迹运行时，直接采用插入反向电压矢量直接采用插入反向电压矢量的 “反向运行控制方式反向运行控制方式”，使磁链反转，转矩获得快速响应120按上述控制的原始DTC系统存在如下问题：由于采用Bang-Bang控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定；由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分误差、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。这两个问题的影响在低速时比较严重，因而使DTC系统的调速范围收到限制。因此抑制转矩脉动、提高低速性能便成为改进原始的DTC系统的主

38、要方向。直接转矩控制系统的改进82改进方案有：磁链和转矩的BangBang控制以及由其输出信号选择逆变器的电压矢量这一基本方法不变，着重改进具体的控制方法：对磁链偏差进行细化，使磁链轨迹接近圆；对转矩偏差进行细化，直接减小转矩脉动；对电压空间矢量实行无差拍调制或预测控制；对电压空间矢量实行智能控制。83 改BangBang控制为连续控制：间接自控制(ISR）系统；按定子磁链定向的控制系统。这些改进或多或少牺牲了系统的鲁棒性。84 DTC系统和VC系统都是已获实际应用的高性能交流调速系统。两者都采用转矩(转速)和磁链分别控制，都是基于交流电动机动态数学模型设计的，数学模型的基本结构都是多变量非线

39、性系统，两种系统的控制基础是相同的，都能获得较高的静、动态性能，这是两种系统的基本性质。由于两种系统在具体控制方案上的区别，两者在控制性能上各有特色。一般情况下，DTC可以获得更快的动态转矩响应，而VC则具有更好的低速稳态性能，从而获得更宽的调速范围。因此，VC更适用于宽范围调速系统和伺服系统，而DTC更适用于需要快速转矩响应的大惯量运动控制系统(如电力机车)。直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较851、两者的区别 数学模型的变量选择 VC按转子磁链定向与控制 DTC按定子磁链控制 控制方案和控制性能 VC按转子磁链定向分解定子电流，采用线性调节器控制，有利

40、于提高低速性能。DTC未分解定子电流，采用非线性的砰-砰控制，使转矩得到快速的动态响应，但引起转矩脉动。862、两者的共同点数学模型同样基于异步电动机的动态数学模型。控制结构同样是转速、磁链分别控制。因而都能获得较高的动态性能。87DTCDTC控制和控制和VCVC控制的特点和性能比较控制的特点和性能比较特点和性能特点和性能DTC(DSR)DTC(DSR)VCVC磁链控制磁链控制定子磁链定子磁链转子磁链转子磁链转矩控制转矩控制Bang-BangBang-Bang控制，控制，有转矩脉动有转矩脉动连续控制，转矩比连续控制，转矩比较平滑较平滑坐标变换坐标变换静止坐标变换静止坐标变换旋转坐标变换旋转坐标变换转子参数变化影响转子参数变化影响 无无有有调速范围调速范围原始系统不够宽，原始系统不够宽，现已有改进现已有改进较宽较宽