浅谈直接转矩变频调速的控制理论.doc

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1、浅谈直接转矩变频调速的控制理论问题探讨do:il0.3969/.jissn.1005-2798.2011.06.018••总第141期(1•中国矿业大学，江苏徐州？?22100&2.潞安矿业集团公司，山西长治??046204)摘??要:直接转矩控制也叫做DTCoDTC包含两个基本控制部分:速度控制环。直接转矩控制(DTC)是交流传动方面独特的电机控制方式，它通过电机的核心变量??????磁通和转矩直接控:直接转矩;转矩控制环;速度控制环中图分类号:TM301.2??????文献标识码:B??????文章编号:1005??2798(2

2、011)06??0048??02王振环1,21??变频器的工作原理交流电动机的转速表达式为：n=60f(l-s)/p(1)2.3??矢量控制(VC)方式矢量控制(VC)是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流la、lb>lc通过三相??二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流lai、Ibl,再通过按转子磁场定向旋转变相等效成同步旋转坐标系下的直流电流Iml、ItKlml相当于直流电动机的励磁电流;Itl相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制，

3、其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交和解耦控制。矢量控制方式由于转子磁链难以准确观测,系统性能受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所使用矢量旋转变换较复杂/吏得实际的控制效果难以式中:n为异步电动机的转速;f为异步电动机的频率;s为电动机转差率;p为电动机极对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0-50HZ的范围内变化吋,电动机转速调节范围非常宽。

4、变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高频率、高性能的调速手段。2??变频调速控制方式的发展历程变频调速控制方式经丿刃了以下四代：2.1??U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式正弦脉宽调制(SPWM)特点是控制电路结构简离散的两点式调节器(Band-Band控制)'把转矩/吏转矩波动限制在一定的容差范围内，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，这样就获得了高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况,它不需要将交流电动机与直流电

5、动机作比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制。由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、，和实际磁通每25ms反馈到比较器中与转矩和磁通的基准值进行比较,然后转矩和磁通的状态信号通过两级滞后控制方法进行计算产生控制电源开关的信息，最后转矩状态、磁通状态和控制信号反馈到优化脉冲选择器。第4步:优化脉冲选择器。在优化脉冲选择器内，最近的40MHz数字信号处理器(DSP)和ASIC硬件一起确定逆变器的开关逻辑，通过逆变器的

6、开关逻辑来实现对电动机速度的控制。此外，所有控制信号都是通过高速数据传输的光纤连接进行传输的。为了达到和保持一个精确的电动机转矩，逆变器的半导体开关装置每25ms提供一个优化脉冲，这种配置为DTC带来了非常好的处理速度。DTC没有预设定的开关模式，每一次正确的开关组合确定每个控制循环。因为不同于传统的PWM传动那样冇30%的开关变化是不必耍的,DTC的每个和每次开关都是需耍的并被使用，所以DTC又叫做??即时??开关。主电动机控制参数每秒钟更新40000次,这就要求在轴上必须冇极快的速度响应以使电动机模型能够及时更新信息。然后是速度

7、控制环。第5步:转矩基准控制器。在转矩基准控制器内，转矩和直流母线电压限制了速度控制的输出,然后来0这个方框的内部转矩基准反馈到转矩比较器。第6步:速度控制器。速度控制器方框由一个PID控制器和一个加速补偿器组成。外部速度基准3??DTC基础控制理论DTC:转矩控制环和速度控制环（如图l）o图1??转矩控制环和速度控制环现在我们围绕整体方框来说明每一个阶段它们是如何集成在一起的。首先是转矩控制环。第1步:电压和电流测量。在正常操作中，首先简单地测量电动机的两相电流和直流母线电压，同时监测逆变器的开关位置。第2步:自适应的电动机模型。

8、电动机测量的信息反馈到自适应的电动机模型，这个电动机模型对有关电动机的精确数据进行计算。在运行DTC传动之前，电动机模型根据电动机转动惯量确定的定子电阻,交互电抗和饱和系数等确认反馈电动机将要运行。电动机模型参数的识别是在电动机未运转