电机直接转矩控制的研究与发展方向

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1、电机直接转矩控制的研究与发展方向摘要：异步电机直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的一种具有良好的静态与动态性能的交流传动控制技术。本文在研究了传统的直接转矩控制系统的基础上，介绍一种新型的定子磁链观测器和调节器，采用新型的电压矢量选择表代替传统的电压矢量选择表，最后叙述了直接转矩控制的发展方向。关键词：异步电机，直接转矩控制，定子磁链观测器ResearchofDirectTorqueControlofAsynchronousMotorAbstract:FollowingtheVectorControl(VC)technique,DirectTorqueC

2、ontrol(DTC)ofasynchronousmotorisanACdrivingcontroltechniquewhichhashighstaticanddynamicperformance.OnthebasisofthestudyofthetraditionalDTC,anewstatorfluxobserverandcontrollerisproposedinthispaper,andthetraditionalvoltagevectorselectiontableisreplacedbyanewselectiontable.Thelast,th

3、ispaperdescribesthedirectionofdevelopmentofDirectTorqueControl.KeyWords:asynchronousmotor，DTC，statorfluxobserver1异步电机调速系统控制策略发展概况异步电机相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有明显的优势，使它已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。11交流调速的优越性早在20年代就己被人们所认识，但受到器件的限制，投资大、效率低、体积大而未能推广。50年代中期，晶闸管的研制成功，使交流电机

4、调速技术有了飞跃发展。早期交流调压调速系统的主回路基本上都采用SCR开关器件，输出的电压或电流波形中含有较多的谐波，造成电机转矩脉动大，功率因数较差。虽然实现了交流电机在一定范围内的调速，但还不能与直流调速系统相媲美，只能应用于一些调速要求不高的场合，如风机、泵类等负载的拖动。随后发展的滑差频率速度闭环控制系统基本上解决了异步电机平滑调速的问题，同时也基本上具备了直流电机双闭环控制系统的优点，结构也不算太复杂，己能满足许多工业应用的要求，具有较广泛的应用价值。然而，当生产机械对调速系统的动静态性能提出更高要求时，上述系统还是比直流调速系统略差一些。原因在于

5、，其控制规律是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发推导出的平均值控制，完全不考虑过渡过程，因而在系统设计时，不得不做出较强的假设，忽略较多的因素，才能得出一个近似的传递函数，这就使得设计结果与实际相差较大，系统在稳定性、起动及动态响应等方面的性能尚不能令人满意。后来在国内外学者的努力研究下，不断探索新的交流电机控制方案，交流调速的应用日益广泛。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，为交流电力拖动系统的发展创造了有利条件。1971年，德国学者F.Blaschke提出了交流电机的磁场定向矢量控制理论[1]，标志着

6、交流调速理论的重大突破。所谓矢量控制，就是交流电机模拟成直流电机来控制，通过坐标变换来实现电机定子电流的激磁分量和转矩分量的解祸，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。矢量控制主要有两种方式：磁场定向矢量控制和转差频率矢量控制。但无论采用哪种方式，转子磁链的准确检测是实现矢量控制的关键，直接关系到矢量控制系统性能的好坏。一般地，转子磁链检测可以采用直接法或间接法来实现。直接法就是通过在电动机内部埋设感应线圈以检测电机磁链，这种方式会使简单的交流电机结构复杂化，降低了系统的可靠性，磁链的检测精度也不能得到长期的保证。因此，间接法是实际应用中实

7、现磁链检测的常用方法。这种方法通过检测电机的定子电压、电流、转速等可以直接检测的量采用状态重构的方法来观测电机的磁链。这种方法便于实现，也能在一定程度上确保检测精度，但由于在状态重构过程中使用了电机的参数，如果环境变化引起电机参数变化，就会影响到磁链的准确观测。为补偿参数变化的影响，人们又引入了各种参数在线辨识和补偿算法，但补偿算法的引入也会使系统算法复杂化。1985年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授提出了一种新型交流调速理论一直接转矩控制。这种方法结构简单，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐标变换引起的计算量大，控制结构复杂，系统性能受电机参数影

8、响较大等缺点，系统的动静态性能指标都十分优越，是一种很有发展前途的