交流电机直接转矩控制策略综述

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1、交流电机直接转矩控制策略综述

2、第1图1圆形磁链直接转矩控制系统控制框图事实上，1977年A·B·Plunkett曾经在IEEE的工业应用期刊上提出了类似于目前直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法，在这种方法中，转矩给定与反馈之差通过PI调节得到滑差频率，此滑差频率加上电机转子机械速度得到逆变器应该输出的电压定子频率;定子磁链给定与反馈之差通过积分运算得到一个电压与频率之比的量，并使之与定子频率相乘得到逆变器应该输出的电压，最后通过SP方法对电机进行控制。图2是直接磁链和转矩调节的控制框图，比较图1和图2可以看

3、出两者都是对转矩和磁链进行直接控制，本质上都是对瞬时滑差进行了控制，所不同的是前者通过Bang-Bang控制的方法获得电压矢量，后者通过PI调节的方式获得电机输入控制电压。图2直接磁链和转矩调节系统控制框图直接转矩控制提出来将近有20年了，目前在此基础上已经发展出来了多种控制策略及其数字化实现方案、磁链观测以及速度辨识的方法，本文将对它们进行分类，并作分析和比较。2、电机模型和直接转矩控制策略直接转矩控制是基于静止坐标系下来进行控制的，如图1所示，在传统的直接转矩控制中，通过检测定子两相电流、直流母线电压和电机转速(在无

4、速度传感器DTC中不需要测速)进行定子磁链观测和转矩计算，使二者分别与定子磁链给定和转矩给定相减，其差值又分别通过各自的滞环相比较，输出转矩和磁链的增、减信号，把这两个信号输入优化矢量开关表，再加上定子磁链所在的扇区就得到了满足磁链为圆形、转矩输出跟随转矩给定的电压矢量。磁链和转矩的滞环可以设置多级，并且其宽度可变，滞环宽度越小，开关频率越高，控制越精确。直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点，但它却是建立在单一矢量、转矩和磁链滞环的Bang-Bang控制基础之上的控制方法，不可避免地造成了低速开关

5、频率低、开关频率不固定以及转矩脉动大，限制了直接转矩控制在低速区的应用。针对于此，国内外有很多学者提出了各种提高开关频率、固定开关频率以及减小转矩脉动的方法，本节将逐一列出分析比较。3、无差拍(Deadbeat)空间矢量调制方法3.1T.G.Habetler的空间矢量调制方法把无差拍方法应用于直接转矩控制首先是由美国人T.G.Habetler提出来的。这种方法的主要思想是在本次采样周期得到转矩的给定值与反馈值之差，这个差值可以用下式表示出来：其中包含有空间电压矢量在d轴和q轴上的两个分量。另外可以得到使定子磁链幅值达到给

6、定值的所加空间电压矢量的数学式子：利用式(1)和式(2)可以联立求解出下一周期使转矩误差和磁链误差为零的空间电压矢量的两个分量Vd和Vq，显然，此空间电压矢量的幅值和相位是任意的，可以通过相邻的两个基本的电压矢量合成而得。利用计算出来的空间电压矢量可以达到转矩和磁链无差拍的目的。利用Habetler的无差拍方法，从理论上可以完全使磁链和转矩误差为零，从而消除转矩脉动，可以弥补传统DTC的Bang-Bang控制的不足，使电机可以运行于极低速下。另外，通过无差拍控制得到的空间电压矢量可以使开关频率相对于单一矢量大幅提高并且使

7、之固定，这对于减少电压谐波和电机噪声是很有帮助的。但是由式(1)和式(2)可以联立求解出的空间电压矢量作用时间可能会大于采样周期，这说明不能同时满足磁链和转矩无差拍控制。因此提出了三个步骤，首先是否转矩满足无差拍，如果不满足再看是否磁链满足无差拍，如果还不满足就按照原有直接转矩控制矢量表来选取下一周期的单一电压矢量。因此按照Habetler的无差拍方法最大的计算量有四个步骤，这将耗费很大的计算资源，不易实现，另外在整个计算过程中对电机参数的依赖性比较大，这将降低控制的鲁棒性。3.2转矩或磁链的预测控制方法在T·G·Hab

8、etler的无差拍的直接转矩控制方法中，由于计算量很大而不易实现，因此出现了一系列的简化的无差拍直接转矩控制，比较典型的是转矩跟踪预测方法。在这种方法中，分析了低速转矩脉动的情况，得出转矩脉动锯齿不对称的结论，之后又进一步由基本电机方程得出转矩变化式子：