對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)發(fā)展趨勢的研究(圖文)

1、對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)發(fā)展趨勢的研究(圖文)論文導(dǎo)讀：直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后的一種新型高效的交流變頻調(diào)速技術(shù)，它以結(jié)構(gòu)簡單明了、轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)、魯棒性好等一系列的優(yōu)點正受廣大學(xué)者的青睞。u-i模型:由定子電壓與定子電流確定定子磁鏈。尤其對于實際應(yīng)用中不允許安裝速度傳感器的領(lǐng)域，無速度傳感器技術(shù)顯得突出重要。在對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究熱點進行了較詳細的分析與討論后，針對尚存在的問題，本文結(jié)合當前的科技發(fā)展情況和實際分析，對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究方向進行了展望。關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，定子磁鏈，無速度傳感器，展望引言交流電動機自1885年出現(xiàn)后，由于一直沒有理想的調(diào)速方案，而只被用于恒速拖

2、動領(lǐng)域。近三四十年來，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，為交流調(diào)速產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了有利條件，使交流調(diào)速系統(tǒng)逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快速動態(tài)響應(yīng)和四象限運行等技術(shù)性能，完全可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。由于直流調(diào)速系統(tǒng)所固有的缺點，目前，無論是調(diào)速領(lǐng)域還是伺服領(lǐng)域，交流驅(qū)動系統(tǒng)已逐步占據(jù)主導(dǎo)地位并有逐漸取代直流驅(qū)動的趨勢。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后的一種新型高效的交流變頻調(diào)速技術(shù)，它以結(jié)構(gòu)簡單明了、轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)、魯棒性好等一系列的優(yōu)點正受廣大學(xué)者的青睞。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)自誕生以來，其理論研究和實驗工作已取得了杰出的成績，然而作為一門新興的理論和技術(shù)，必然存在不成熟和不完

3、善的地方。鑒于此，本文針對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀、存在的問題及未來的發(fā)展趨勢進行了詳細地敘述。1、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)概述直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）是繼矢量控制后交流調(diào)速領(lǐng)域一種新的控制方法，其特點是采用空間電壓矢量分析，直接在定子坐標系下計算并控制電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，采用定子磁場定向，進行bang一bang控制，產(chǎn)生PWM信號。系統(tǒng)通過保持磁鏈恒定， 對轉(zhuǎn)矩直接控制。因此，控制性能不受轉(zhuǎn)子參數(shù)的影響，控制思想獨特，結(jié)構(gòu)簡單。2、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究熱點2.1 對定子磁鏈的研究（1）定子磁鏈的數(shù)學(xué)模型在直接轉(zhuǎn)矩控制中，定子磁鏈的實際值取決于定子電壓、電流和轉(zhuǎn)速的檢測值以及電機參數(shù)。目前，描述定子

4、磁鏈的數(shù)學(xué)模型有3種: u i 模型，i - n模型，u - n模型1-2。u - i模型: 由定子電壓與定子電流確定定子磁鏈。該模型結(jié)構(gòu)簡單，受電機參數(shù)影響小。論文參考網(wǎng)。它采用開環(huán)積分法估計定子磁鏈，在電機高速運行時可以估計出定子磁鏈。所以，當很大時，與之相比可以忽略不計，控制精度較高。但在低速和零速運行時，較小，與之相比不能忽略，如果對的估計誤差大，將嚴重影響系統(tǒng)的控制性能。這時必須考慮的影響，需準確測定出因溫度變化和磁通飽和而產(chǎn)生的變化量。i- n 模型: 以轉(zhuǎn)子磁鏈為中間變量，由定子電流與轉(zhuǎn)速確定定子磁鏈。在該公式中，沒有出現(xiàn)定子電阻，因此不受定子電阻變化的影響。但是，i - n模型

5、要利用轉(zhuǎn)子時間常數(shù)及定、轉(zhuǎn)子電感值，還要精確地測量出轉(zhuǎn)子電角速度。這些參數(shù)的準確性以及速度的測量精度對定子磁鏈估計的精度程度都會產(chǎn)生較大的影響，另外這些電機參數(shù)也隨著溫度和磁路飽和程度的變化而變化。u - n模型: 由定子電壓和轉(zhuǎn)速來獲得定子磁鏈。這里僅給出改進后的u - n模型。改進后的u - n 模型綜合了u - i模型和i - n模型的優(yōu)點，并通過修正項d完成了兩個模型間平滑的切換，可以作為一個全速域的定子磁鏈觀測模型。（2）定子磁鏈的改進方法針對異步電機DTC系統(tǒng)中采用u i模型觀測定子磁鏈時純積分環(huán)節(jié)造成直流分量積分漂移，引起低速時轉(zhuǎn)矩波動嚴重，采用一種具有幅值補償環(huán)節(jié)的改進積分器算

6、法取代純積分環(huán)節(jié)克服積分漂移；針對六區(qū)段電壓矢量開關(guān)表在定子磁鏈處于區(qū)段分界線附近控制性能差，引起低速運行時定子磁鏈內(nèi)陷和電流畸變等問題，采用細分優(yōu)化的十二區(qū)段選擇電壓矢量開關(guān)表來代替?zhèn)鹘y(tǒng)六區(qū)段電壓矢量開關(guān)表。改善了異步電機DTC系統(tǒng)的低速運行性能。近年來，許多學(xué)者為了解決定子電阻對磁鏈的影響，引入了現(xiàn)代控制理論和智能控制理論，通常采用的方法有: 模糊定子電阻估計、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定子電阻估計、最小二乘法定子電阻估計3-5。另外， 一些學(xué)者對定子電阻溫度變化對定子磁鏈估計的影響也進行了研究， 提出了一些控制方案，如定子電阻溫度補償、模型參考自適應(yīng)在線辨識等。2. 2無速度傳感

7、器技術(shù)傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制中，低速運行時，如果選用與轉(zhuǎn)速有關(guān)的定子磁鏈模型來確定磁鏈，那么就需要知道精確的轉(zhuǎn)速信息；如果對速度的精確控制，需要轉(zhuǎn)速反饋進行閉環(huán)控制，同樣需要知道轉(zhuǎn)速信息。傳統(tǒng)的方法采用速度傳感器，這樣不僅增加成本，而且使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性變差。尤其對于實際應(yīng)用中不允許安裝速度傳感器的領(lǐng)域，無速度傳感器技術(shù)顯得突出重要。論文參考網(wǎng)。無速度傳感器技術(shù)常用的速度辨識方法包括:轉(zhuǎn)差頻率法、參考模型自適應(yīng)法、卡爾曼濾波法、高頻信號注入法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識方法等。目前應(yīng)用較好的方法是參考模型自適應(yīng)方法及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辨識方法6-7。這種自適應(yīng)閉環(huán)速度辨識方案，在一定的速度范圍內(nèi)，估計精度

8、達到了相當高的水平，然而這些方法沒有脫離電機的基本模型，在低速運行時受電機參數(shù)的影響嚴重，尤其在零定子頻率運行時，由于電動機轉(zhuǎn)速的不可觀測性8，基于模型的辨識方案往往會失效。鑒于此，不依賴于電動機模型而僅依賴于電動機本身特性的辨識方法應(yīng)運而生。Zinger等人利用轉(zhuǎn)子槽諧波可以調(diào)制出頻率與轉(zhuǎn)速成比例的定子磁鏈原理，應(yīng)用鎖相環(huán)技術(shù)來提取轉(zhuǎn)速信息9。高頻信號注入法彌補了零定子頻率情況下的速度不可觀測性，然而由于感應(yīng)電動機常見的磁路飽和現(xiàn)象等不完善因素，導(dǎo)致了檢測的速度信號中含有低頻干擾信號。一旦檢測的速度信號直接用于控制，必然導(dǎo)致控制系統(tǒng)動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能惡化。如何結(jié)合高頻信號注入法與模型參考自適應(yīng)方

9、法來獲得整個工作范圍內(nèi)都能適用的速度辨識方案將是無速度傳感器技術(shù)研究的核心內(nèi)容。3、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)發(fā)展展望在對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究熱點進行了較詳細的分析與討論后，針對尚存在的問題，本文結(jié)合當前的科技發(fā)展情況和實際分析，對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究方向進行了展望。（1）針對傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法存在轉(zhuǎn)矩脈動大的問題，我們可以嘗試通過設(shè)計基于模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器的多級模糊控制DTC調(diào)速系統(tǒng)來解決。在外環(huán)控制方面，為了實現(xiàn)在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩突變時系統(tǒng)的快速響應(yīng)，可以采用模糊自適應(yīng)PI調(diào)節(jié)器控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器；在內(nèi)環(huán)控制方面，也可以采用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁鏈兩點式、轉(zhuǎn)矩三點式的bang一bang控制

10、，該算法能夠克服傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制方法中根據(jù)轉(zhuǎn)矩、磁鏈的大小程度簡單的選擇電壓矢量這一缺點，全面綜合考慮了轉(zhuǎn)矩誤差的大小程度，可以實現(xiàn)大誤差大調(diào)節(jié)、小誤差小調(diào)節(jié)的智能控制。（2）針對無速度傳感器技術(shù)尚存在的不足，我們可以嘗試用基于改進型蟻群BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度辨識器來替代傳統(tǒng)速度傳感器的方法來對其控制。論文參考網(wǎng)。由于蟻群算法是一種較新型的尋優(yōu)策略，與其它的智能算法相比較，具有良好的收斂速度，且能得到的最優(yōu)解更接近理論最優(yōu)解，同時易于與其它方法結(jié)合，具有較強的魯棒性。相信這樣能夠更準確地辨識出電機轉(zhuǎn)速，達到DTC系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能要求，實現(xiàn)無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。（3）近年來，直接轉(zhuǎn)矩控制的研究

11、取得了很大進展，特別是現(xiàn)代控制理論和智能控制理論的引入，在MATALB和DSP的基礎(chǔ)上，為直接轉(zhuǎn)矩的建模和實現(xiàn)控制提供了強有力的工具?，F(xiàn)代控制理論和智能控制理論(以模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主)等控制方案為提高直接轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能和魯棒性奠定了理論基礎(chǔ)，并為提高直接轉(zhuǎn)矩控制的性能提供了一種非常好的新思路，如最近研究十分活躍的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、非線性控制、變結(jié)構(gòu)控制等?？梢娭苯愚D(zhuǎn)矩控制技術(shù)智能化是未來研究方向之一。參考文獻：1巫慶輝,邵誠,徐占國.直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 J .信息與控制,20052王成元,夏加寬,楊俊友等.電機現(xiàn)代控制技術(shù)M .北京:機械工

12、業(yè)出版社,2006.3張春梅,爾桂花.直接轉(zhuǎn)矩控制研究現(xiàn)狀與前景 J .微特電機,20004趙偉峰,朱承高.直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 J .電氣時代,19995劉國海,戴先中.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 J .電工技術(shù)學(xué)報,20016 Schauder C. Adap tive speed identification for vector control of induction motors without rotational transducers J . IEEE Transactions onIndustry Applications, 19927Cruz P P, Riv

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