DTC的基本控制原理

1、ABB變頻器中DTC的基本控制原理眾所周知，在 ABB的交流變頻器中，DTC技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，那DTC究竟是什么東西，它是如何工作的呢？下文我們就介紹一下DTC的基本控制原理。DTC是英文Direct Torque Control的縮寫，它是最先進(jìn)的一種交流傳動(dòng)技術(shù)，由ABB公司發(fā)展應(yīng)用成功的。它將逐步取代傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制（PWM ）傳動(dòng)。它之所以叫做直接轉(zhuǎn)矩控制，是因?yàn)樗鼘?duì)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和速度的控制是 基于電動(dòng)機(jī)的電磁狀態(tài)，DTC與直流傳動(dòng)的控制相似，但與傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制控制完全不一樣。傳統(tǒng)的PWM控制是基于電壓和頻率的控制方式。關(guān)鍵詞：DTC，速度控制環(huán)，轉(zhuǎn)矩控制環(huán)，電機(jī)模型F面我們就根據(jù)框圖

2、逐步介紹一下DTC控制的基本原理Figure 1,直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的控制原理框圖Figure 1: DTC 由兩個(gè)關(guān)鍵部分組成：Speed Control and Torque Control框圖表明，DTC有兩個(gè)基本部分： Torque Control Loop （轉(zhuǎn)矩控制環(huán)） 和the Speed Control Loop （速度控制環(huán)）.現(xiàn)在我們根據(jù)框圖分七步來 逐步介紹每個(gè)基本部分以及它們是如何集成到一起的。我們先從轉(zhuǎn)矩控制環(huán)（ Torque Control Loop ）說起。Figure 2轉(zhuǎn)矩控制環(huán)結(jié)構(gòu)框圖Torque control loopRMimerIrterncil

3、t£rqu9 Bpiwc/retWj*/ Cnntrnl p 訓(xùn).J - _ _即曲 _ himiarRie弘*L *.ioftoncjLB沖d耳Mm inotia1 rm<k4elMbtor cufTif grfttsh paitlaiia DC dui 則t»gt1. 電壓電流的測(cè)量正常情況下，電機(jī)的兩相電流、直流電壓是和變頻器功率元件的導(dǎo)通位置是同時(shí)測(cè)量 的。2. 自適應(yīng)電機(jī)模型來自電機(jī)的測(cè)量信息反饋到電機(jī)模型。該電機(jī)模型非常復(fù)雜，但也只有這樣復(fù)雜的電機(jī)模型才能對(duì)電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確 的計(jì)算。在運(yùn)行DTC傳動(dòng)裝置之前，首先需要將電 機(jī)的一些參數(shù)諸女口：定子電阻、公

4、共阻抗、飽和系數(shù)等等輸入 到電機(jī)模型 里。這些參 數(shù)是不需要手動(dòng)輸入 的，而是在我們 把正確的電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)輸入到變頻器 后，再進(jìn) 行電動(dòng)機(jī)識(shí)別運(yùn)行后，它們就 會(huì)自動(dòng)輸入到電機(jī)模型 里。當(dāng)然，電機(jī)模型 參數(shù)的識(shí)別 也可以在不轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的情況下 進(jìn)行。也就是說，電 動(dòng)機(jī)的識(shí)別運(yùn)行可 以在零速下 完成，這就使得DTC傳動(dòng)應(yīng)用更為廣泛。但如 果控制精度要求比較高 的話，電動(dòng)機(jī)的 識(shí)別運(yùn)行還 是要在非零速下完成。在靜態(tài)精度要求低于0.5 %的時(shí)候，DTC傳動(dòng)裝置不需要編碼 器或測(cè)速機(jī)，事實(shí)上0.5 %的靜態(tài)精度能夠滿足大 部分工業(yè)應(yīng)用的要求。不需要速度反饋是DTC傳動(dòng)裝置區(qū) 別于其他交 流傳動(dòng)的一個(gè)

5、重要特性。事實(shí)上，電機(jī)模型是 DTC傳動(dòng)在低速下能夠有良 好特性的關(guān)鍵。電機(jī)模型的 輸岀控制信號(hào)就直接體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩和實(shí)際磁通，同時(shí)電 動(dòng)機(jī)的 軸速度也是在電機(jī)模型中完成的。3. 轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器轉(zhuǎn)矩比較器和磁通比較器共同輸出功率元件導(dǎo)通的 脈沖控制信息在比較器里，轉(zhuǎn)矩和 磁通的實(shí)際值與給 定值每25微秒比較一次，同時(shí)轉(zhuǎn)矩和 磁通的實(shí) 際狀態(tài)是通過雙滯環(huán)的控制模式計(jì)算出來的，這就保證了運(yùn)算的精度和控制器的 穩(wěn)定。 信號(hào)從這兩個(gè)比較器輸出后到了下一個(gè)環(huán) 節(jié)一一優(yōu)化脈沖選擇 器。4. 優(yōu)化脈沖選擇器在脈沖優(yōu)化選擇 器中，采用了最先進(jìn)的40MHZDSP （數(shù)字信號(hào)處理器）和ASIC硬件

6、作 為變頻器功率元件 開關(guān)邏輯 的運(yùn)算單元，所有的信號(hào)傳輸都是通過光纖來完成，保證 了信息的高速傳輸和極高的抗干擾能力。這樣的硬件配置使得脈沖優(yōu)化 器的運(yùn)算速度達(dá)到每25微秒一次，而用脈沖優(yōu)化 器作為 變頻器半導(dǎo)體元件觸發(fā)脈沖的控制裝置，就保證了變頻器能夠有精確的轉(zhuǎn)矩輸出。正確的開關(guān)脈沖組合決 定每一個(gè)控制 周期。對(duì)于開關(guān)脈沖的控制，沒有一個(gè)固定的格 式。DTC的理念是jUst-in-time ”開關(guān),也就是說，根據(jù) 實(shí)際的控制狀態(tài)，及時(shí)調(diào)節(jié)半導(dǎo) 體元件的開關(guān)，使得半導(dǎo)體元件的每一次開關(guān)動(dòng)作都是必要和有用的，而不象傳統(tǒng)的脈 寬調(diào)制，多達(dá)30 %的半導(dǎo)體元件開關(guān)動(dòng)作是沒必要的。極高的開關(guān)頻率是D

7、TC控制成功的基 礎(chǔ)。電動(dòng)機(jī)的主控制參數(shù)每秒更新40，000次， 這樣就允許軸端 的輸岀可以有相當(dāng)快的響應(yīng)，也保證了電機(jī)模型能夠及時(shí)的更新其所需 信息。較快的處理速度帶來了很高的控制特性，包括：沒有編碼器時(shí)的靜態(tài)精度達(dá)到±0.5%， 轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)時(shí)間低于2ms.Figure 3速度控制環(huán) 結(jié)構(gòu)框圖Speed control loop匚ILKCJP曲T憐叩+ ancrtwatirrTorque remrwwGGontrollsr遂 rrfarincei廠Flux rofercncQOn»OffFlux brakirir0Ackiel科叔5. 轉(zhuǎn)矩給定控制器在轉(zhuǎn)矩控制器 里，速度控制的 輸出由轉(zhuǎn)矩和直流 母線的電壓限制 這種情況也適用于有外部轉(zhuǎn)矩信 號(hào)使用的速度控制。該功 能快的內(nèi)部轉(zhuǎn)矩 給定送到了 轉(zhuǎn)矩 比較 器。6. 速度控制器速度控制器 由一 個(gè) PID 調(diào)節(jié) 器和一個(gè) 加速補(bǔ)償器組成。 外部的速度 給定信號(hào)與 來自電 機(jī)模型的 實(shí)際速度進(jìn)行比較計(jì)算 ，計(jì)算出來的差值（速差）送到 PID 調(diào)節(jié)器和加速補(bǔ) 償器，速度控制器的 輸出是 PID 控制器和 加速補(bǔ)償器的 輸出之和。7. 磁通 給定 控制器磁通給定控制器 將