§5[1].2直接转矩控制技术(DTC).ppt

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1、5.2直接转矩控制技术(DTC)概述直接转矩控制的基本原理定子电压矢量与定子磁链定子电压矢量对磁链和转矩的影响直接转矩控制系统的介绍直接转矩控制技术与矢量控制技术的比较1一、概述继矢量控制之后，1984年德国鲁尔大学的DepenBrock又提出了交流电动机的直接转矩控制方法，其特点是直接采用空间电压矢量，直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩和磁通；采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节产生PWM（空间矢量SPWM）直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。2和矢量控制不同，直接转矩控制摒弃了解耦的思想，取消了旋转坐

2、标变换，简单的通过电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。3直接转矩控制的特点：控制思想简单控制系统简洁明了动、静态性能优良4二、直接转矩控制的基本原理根据异步电机的数学模型，在坐标下空间矢量电压方程及转矩方程为：（2-1）（2-2）其中，均为空间矢量5在转矩公式中，为定子磁链和转子磁链之间的夹角，称为磁通角。在控制过程中，为了充分利用铁心，应保持定子磁链的幅值为额定值，而转子磁链是由负载决定的，不能突变，因此要改变转矩的大小，可以通过改变磁通角来实现。图2-1

3、磁链矢量图6将定子电压的方程变形为：（2-3）忽略定子电阻后为：（2-4）将方程离散化得：（2-5）7定子磁链矢量的轨迹将按式（2-5）规律变化。这样，可以通过控制定子电压空间矢量来控制定子磁链的幅值和旋转速度，从而在保持磁通恒定的情况下改变磁通角的大小达到改变转矩的目的。图2-2定子磁链的轨迹8在实际控制过程中，将测得的电机三相电压和电流送入计算器，计算出电机的定子磁链和电磁转矩，分别与给定值和相比较，然后选择开关模式，确定PWM逆变器的输出。图2-3直接转矩控制原理图9总的来说，直接转矩控制就是通过对定子电压空间矢量的控制达到以下两

4、个目的：（1）维持定子磁链幅值的恒定（2）控制定子磁链旋转速度的大小10三、定子电压矢量与定子磁链对三相系统而言，空间矢量是这样定义的：把三个变量看成是三个矢量的模，它们的位置分别处于三相绕组的轴线上，当变量为正时，矢量方向与各自轴线方向相同，反之，则取反方向，然后把三个矢量相加并取合成矢量的2/3倍，此矢量即为空间矢量。11空间矢量的求法，即从三相静止坐标到两相静止坐标的变换（3φ~2φ变换）其中，为空间矢量在坐标轴上的分量为三相轴线的矢量的模12用电压型逆变器供电的交流调速系统如下图所示，假设逆变器的功率开关器件用开关SA、SB、S

5、C来代替，并且当上臂开关接通时为1，下臂开关接通时为0。每一个桥臂的上下两个开关是互补动作的，则定子各相电压对中心点分别为或者。图2-4电压型逆变器供电的交流调速系统示意图13根据电压空间矢量的定义，用三相开关量表示瞬时空间电压为：（2-6）其中，为绝对变换系数。14逆变器上下臂开关组合共有种状态，逆变器输出瞬时空间电压矢量分别有下列8种电压（2-7）15由式（2-6）可以看出，空间电压矢量只与三相桥臂的开关状态有关。由式（2-7）可以看出电压型逆变器的基本输出矢量共有8个（），其中0状态和7状态称为零矢量，其余6个为非零基本矢量，称为

6、有效矢量。这6个非零矢量均匀分布在平面上，如右图所示：图2-5逆变器输出电压矢量16四、定子电压矢量对磁链的调节作用将（2-7）代入（2-4）中可得：也就是说，定子磁通的运动方向基本是沿进行的，其运动速度快慢由电压幅值来确定。17要保持磁链的幅值不变，可选取电压矢量使跟踪给定的，使其满足下述关系（2-8）图2-6恒定圆轨迹控制18在直接转矩控制下，电动机的磁通建立过程如右图所示。磁通建立几乎在瞬时完成，在开始阶段逆变器输出会持续输出一种状态较长时间，以便快速建立所需要的定子磁场。图2-9磁通建立过程19为了确定各电压矢量作用区间，以轴为

7、起点，沿顺时针方向把整个圆周分为六个扇区，如右图所示。每个扇区内的磁通轨迹由该扇区所对应的两个电压矢量来形成，对逆时针磁通，如扇区Ⅰ由、形成，扇区Ⅱ由、形成等等。图2-7扇区的划分20例如，当定子原有磁链位于θ(Ⅱ)区域内，并有的值，如图2-6所示，如果要求逆时针旋转，则分别选择和就能满足式（2-8）的关系。只要定子磁链不出θ(Ⅱ)区，则反复施加和。但是，当进入θ(Ⅲ)区后，则反复选用和才能满足式（2-8）。这种控制叫电压空间矢量PWM控制，也叫磁链跟踪型PWM控制。显然，如果给定允许误差越小，那么一周内电压矢量改换的次数越多，电压矢量

8、构成的多边形的边数越多，其轨迹越接近于半径为指定值的圆。21如前所述，当忽略定子绕组电阻压降（该值一般很小）时，定子磁链的旋转速度与电压矢量幅值成正比。因此通过改变电压矢量的大小可以改变旋转磁场的速度即控制