第六講矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

1、交流調(diào)速系統(tǒng)第六講矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)主講人 授課班級(jí)：2005級(jí)自動(dòng)化班授課時(shí)間：2007年9月26日主要內(nèi)容：第一部分基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)6.1矢量控制系統(tǒng)的基本思路6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用6.3轉(zhuǎn)子磁鏈模型6.4轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)一一直接矢量控制系統(tǒng)概 述：異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，通過(guò)坐標(biāo)變換，可以使之降階并化簡(jiǎn)，但并沒(méi)有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。需要高動(dòng)態(tài)性能的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)必須在其動(dòng)態(tài) 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，但要完成這一任務(wù)并非易事。經(jīng)過(guò)多年的潛心研究和實(shí)踐，有幾種控

2、制方 案已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用，目前應(yīng)用最廣的就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)的基本思路在第6.6.3節(jié)中已經(jīng)闡明，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流iA、iB、ic ,通過(guò)三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流i、i ，再通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流im和it。如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是一臺(tái)直流電機(jī)，可以控制使交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通 r就是等效直流電機(jī)的磁通，則M繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組，im相當(dāng)于勵(lì)磁電流，T繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組，it相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)

3、圖的形式畫(huà)出來(lái)，便得到下圖。從整體上看，輸入為A，B, C三相電壓，輸出為轉(zhuǎn)速，是一臺(tái)異步電機(jī)。從內(nèi)部看，經(jīng)過(guò)3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺(tái)由 im和it輸入，由輸出的直流電機(jī)。既然異步電機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換可以等效成直流電機(jī)，那么，模仿直流電機(jī)的控制策略，得到直流電機(jī)的控制 量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電機(jī)了。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁動(dòng)勢(shì))的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫 作矢量控制系統(tǒng)(Vector Control System)，控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖在設(shè)計(jì)矢量控制系統(tǒng)時(shí)，可以認(rèn)為，在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR1與電

4、機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消，2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的32變換環(huán)節(jié)抵消，如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后，則圖6-53中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了。設(shè)計(jì)控制器時(shí)省略后的部分可以想象，這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用問(wèn)題的提出上述只是矢量控制的基本思路，其中的矢量變換包括三相/兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換。 在進(jìn)行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時(shí)，只規(guī)定了 d，q兩軸的相互垂直關(guān)系和與定子頻率同步的旋轉(zhuǎn)速度，并未規(guī)定兩軸與電機(jī)旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)的相對(duì)位置，對(duì)此是有選擇余地的。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向現(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子

5、總磁鏈?zhǔn)噶康姆较颍⒎Q(chēng)之為 直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱(chēng)之為T(mén)（Torque）軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為M ,按轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的系統(tǒng)模型 轉(zhuǎn)矩方程式 轉(zhuǎn)差公式由式（6-131）可得M （ Magnetization ）軸，而 q軸再逆時(shí)針轉(zhuǎn) 90即垂坐標(biāo)系,即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向（Field Orientation ）的坐標(biāo)系。Tr p r rLmismTenpLm iist rLrLm IstsTrLmismTrP 1IsmTrP 1Lm6.2.3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義式（6-136）或式（6-137）表明，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵(lì)磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無(wú)關(guān)，從這個(gè)意義上看, 定子電流的勵(lì)磁分

6、量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。式（6-136 ）還表明，r與ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)，當(dāng)勵(lì) 磁電流分量ism突變時(shí)，r的變化要受到勵(lì)磁慣性的阻撓，這和直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的慣性作用是一致的。 式（6-136）或（6-137）、（ 6-135）和（6-129）構(gòu)成矢量控制基本方程式，按照這些關(guān)系可將異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型繪成圖6-54中的形式，圖中前述的等效直流電機(jī)模型（見(jiàn)圖 6-52）被分解成和r兩個(gè)子系統(tǒng)?？梢钥闯觯m然通過(guò)矢量變換，將定子電流解耦成ism和ist兩個(gè)分量，但是，從 和r兩個(gè)子系統(tǒng)來(lái)看，由于Te同時(shí)受到ist和r的影響，兩個(gè)子系統(tǒng)仍舊是耦合著的。6.

7、2.4電流解耦數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)按照?qǐng)D6-53的矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖模仿直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，可設(shè)置磁鏈調(diào)節(jié)器 A R和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR分別控制r和 ，如圖6-55所示。為了使兩個(gè)子系統(tǒng)完全解耦，除了坐標(biāo)變換以外，還應(yīng)設(shè)法抵消轉(zhuǎn)子磁鏈r對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩 Te的影響。6.2.5矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖比較直觀的辦法是，把 ASR的輸出信號(hào)除以r，當(dāng)控制器的坐標(biāo)反變換與電機(jī)中的坐標(biāo)變換對(duì)消，且變頻器的滯后作用可以忽略時(shí)，此處的（r ）便可與電機(jī)模型中的（ r ）對(duì)消，兩個(gè)子系統(tǒng)就完全解耦了。這時(shí)，帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個(gè)獨(dú)立的線性子系統(tǒng)，可以采用經(jīng)典控制理論的單變量線 性系統(tǒng)綜合方法或相應(yīng)的

8、工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)兩個(gè)調(diào)節(jié)器A R和ASR應(yīng)該注意，在異步電機(jī)矢量變換模型中的轉(zhuǎn)子磁鏈r和它的定向相位角都是實(shí)際存在的，而用于控制器的這兩個(gè)量都難以直接檢測(cè)，只能采用觀測(cè)值或模型計(jì)算值，在圖6-55中冠以符號(hào)“A以示區(qū)別。解耦條件因此，兩個(gè)子系統(tǒng)完全解耦只有在下述三個(gè)假定條件下才能成立：轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算值？ 等于其實(shí)際值 r ；轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向角的計(jì)算值？等于其實(shí)際值 ；忽略電流控制變頻器的滯后作用。轉(zhuǎn)子磁鏈模型要實(shí)現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié) 的需要。開(kāi)始提出矢量控制系統(tǒng)時(shí)，曾嘗試直接檢測(cè)磁鏈的方法，一種是在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測(cè)線圈，另一 種

9、是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件。從理論上說(shuō)，直接檢測(cè)應(yīng)該比較準(zhǔn)確，但實(shí)際上這樣做都會(huì)遇到不少工藝和技術(shù)問(wèn)題，而且由于齒槽影響, 使檢測(cè)信號(hào)中含有較大的脈動(dòng)分量，越到低速時(shí)影響越嚴(yán)重。因此，現(xiàn)在實(shí)用的系統(tǒng)中，多采用間接計(jì)算 的方法，即利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的幅值與相位。 利用能夠?qū)崪y(cè)的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型，現(xiàn)在給出兩個(gè)典型的實(shí)例。6.3.1在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型 整理后得轉(zhuǎn)子磁鏈模型1 l . t 1 l . tm Sa LmisaTr r BrB Lm spTrTrP 1Tr p 1r和r ，要計(jì)算 r

10、的幅按式（6-140 ）、式（6-141）構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈分量的運(yùn)算框圖如下圖所示。有了 值和相位就很容易了。在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型iA、iB、ic經(jīng)32變換變成兩相靜止坐標(biāo)系電流 ism、ist,利用矢量控制方程 相加得到定子頻率信號(hào)1,再經(jīng)LSinCos上圖的轉(zhuǎn)子磁鏈模型適合于模擬控制，用運(yùn)算放大器和乘法器就可以實(shí)現(xiàn)。采用微機(jī)數(shù)字控制時(shí)，由于 r與r之間有交叉反饋關(guān)系，離散計(jì)算時(shí)可能不收斂，不如采用下面第二種模型。632按磁場(chǎng)定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型 下圖是另一種轉(zhuǎn)子磁鏈模型的運(yùn)算框圖。三相定子電流is 、 is ，再經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)變換并按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到M,T坐標(biāo)系上的電流

11、式（6-136）和式（6-135）可以獲得r和 s信號(hào)，由 s與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速積分即為轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角，它也就是同步旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)相位角。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型和第一種模型相比，這種模型更適合于微機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算，容易收斂，也比較準(zhǔn)確。上述兩種轉(zhuǎn)子磁鏈模型的應(yīng)用都比較普遍，但也都受電機(jī)參數(shù)變化的影響，例如電機(jī)溫升和頻率變化 都會(huì)影響轉(zhuǎn)子電阻 Rr，從而改變時(shí)間常數(shù) Tr，磁飽和程度將影響電感 Lm和Lr，從而Tr也改變。這些影 響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相位信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)圖6-55用除法環(huán)節(jié)使r與解耦的系統(tǒng)是一種

12、典型的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)，r模型在圖中略去未畫(huà)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出帶“十r ”的除法環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)可以在第6.7.2節(jié)最后指出的三個(gè)假定條件下簡(jiǎn)化成完全解耦的r與 兩個(gè)子系統(tǒng)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法和直流調(diào)速系統(tǒng)相似。調(diào)節(jié)器和坐標(biāo)變換都包含在微機(jī)數(shù)字控制器中。直接矢量控制系統(tǒng) 電流控制變頻器：電流控制變頻器可以采用如下兩種方式：-電流滯環(huán)跟蹤控制的 CHBPWM變頻器(圖6-58a),-帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器(圖6-58b)。帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱(chēng)直接矢量控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速磁鏈閉環(huán)微機(jī)控制電流滯環(huán)型PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)電流滯環(huán)跟蹤控制的 CHBPWM變頻器帶電流內(nèi)

13、環(huán)控制的電壓源型 PWM變頻器轉(zhuǎn)速磁鏈閉環(huán)微機(jī)控制電流滯環(huán)型PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)另外一種提高轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)解耦性能的辦法是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)增設(shè)轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，如下圖所示。 圖中，作為一個(gè)示例，主電路采用了電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器。工作原理： 轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速， 磁鏈給定信號(hào)由函數(shù)發(fā)生程序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號(hào)的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對(duì)控制對(duì)象的影響相當(dāng)于一種擾動(dòng)作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速 子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響6.5磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng)在磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈反饋

14、信號(hào)是由磁鏈模型獲得的，其幅值和相位都受到電機(jī)參數(shù)Tr和Lm變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。有鑒于此，很多人認(rèn)為，與其采用磁鏈閉環(huán)控制而反饋不準(zhǔn)，不如采用磁鏈開(kāi)環(huán)控制，系統(tǒng)反而會(huì)簡(jiǎn)單一 些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式（6-135），構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱(chēng)間接矢量控制系統(tǒng)。它繼承了第6.5.2節(jié)基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)用基于動(dòng)態(tài)模型的矢量控制規(guī)律克服了它的大部分不足之處。圖 6-60繪出了轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的原理圖，其中主電路采用了交-直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容量裝置，在中、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型PWM變壓變頻器。系統(tǒng)的主

15、要特點(diǎn)b T；（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出正比于轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)，實(shí)際上是npLm由矢量控制方程式可求出定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號(hào)i*st和轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)*s,其關(guān)系為istLrnp L mrTeLm i *-i st二式中都應(yīng)除以轉(zhuǎn)子磁鏈 r，因此兩個(gè)通道中各設(shè)置一個(gè)除法環(huán)節(jié)。（2）定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)i*sm和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)*r之間的關(guān)系是靠式（6-137）建立的，其中的比例微分環(huán)節(jié)Tr p + 1使ism在動(dòng)態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵(lì)磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。（3） i*sm和i*st經(jīng)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換器K/P合成后，產(chǎn)生定子電流幅值給定信號(hào)i*s和相角給定信號(hào) *s。前者經(jīng)電流調(diào)節(jié)器

16、ACR控制定子電流的大小，后者則控制逆變器換相的時(shí)刻，從而決定定子電流的相位。定子電流相位能否得到及時(shí)的控制對(duì)于動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的發(fā)生極為重要。極端來(lái)看，如果電流幅值很大， 但相位落后90所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍只能是零。（4） 轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)*s按矢量控制方程式（6-135）算出，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差頻率控制功能。 由以上特點(diǎn)可以看出，磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)確定，靠矢量控制 方程保證，并沒(méi)有實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制。第二部份基于動(dòng)態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型6.3轉(zhuǎn)子磁鏈模型6.4轉(zhuǎn)速、磁鏈

17、閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)一一直接矢量控制系統(tǒng)6.5磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)一一間接矢量控制系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)概 述:直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)DTC （ Direct Torque Control）系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩，因而得名。6.6直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)? 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)：ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號(hào)；設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對(duì)轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器：用滯環(huán)控制器

18、取代通常的 PI調(diào)節(jié)器?？刂铺攸c(diǎn)與VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，DTC系統(tǒng)與VC系統(tǒng)不同的特點(diǎn)是：1） 轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，并在PWM 逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生電壓的SVPWM波形，從而避開(kāi)了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)。2）選擇定子磁鏈作為被控量，而不象 VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來(lái)，計(jì)算磁鏈的模型可以不受 轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這種復(fù)雜性對(duì)控制器并

19、沒(méi)有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意 限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的。性能比較從總體控制結(jié)構(gòu)上看，直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）系統(tǒng)和矢量控制（VC）系統(tǒng)是一致的，都能獲得較高的靜、動(dòng)態(tài)性能。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型除轉(zhuǎn)矩和磁鏈砰稱(chēng)控制外，DTC系統(tǒng)的核心問(wèn)題就是：-轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號(hào)的計(jì)算模型；-如何根據(jù)兩個(gè)砰-砰控制器的輸出信號(hào)來(lái)選擇電壓空間矢量和逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)6.7.1定子磁鏈反饋計(jì)算模型DTC系統(tǒng)采用的是兩相靜止坐標(biāo)（ 所避開(kāi)的僅僅是旋轉(zhuǎn)變換。由式（USaRSi

20、SaLS pi S a Lm pi ra+定子磁鏈計(jì)算公式移項(xiàng)并積分后得坐標(biāo)），為了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型,6-108）和式（6-109）RSi Sa P由三相坐標(biāo)變換到兩相坐標(biāo)是必要的,(Usa RJsaMtSB上式就是圖6-62中所采用的定子磁鏈模型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 +定子磁鏈電壓模型結(jié)構(gòu)上圖所示，顯然這是一個(gè)電壓模型。 它 適合于以中、高速運(yùn)行的系統(tǒng)，在低速 時(shí)誤差較大，甚至無(wú)法應(yīng)用，必要時(shí)， 只好在低速時(shí)切換到電流模型，這時(shí)上述能提高魯棒性的優(yōu)點(diǎn)就不得不丟棄 了。6.7.2轉(zhuǎn)矩反饋計(jì)算模型由式（6-110）已知，在靜止兩相坐標(biāo) 系上的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為T(mén)enp Lm (isjr aisoJr B)

21、又由式（6-109）可知ir可知RSiS B(Us3Ls pi s BL m pi rBRSiS Bp s BRsisjdt6-63所示。1 .ir B( sBLsisB)LmLSiSa)+電磁轉(zhuǎn)矩方程代入式（6-110）并整理后得這就是DTC系統(tǒng)所用的轉(zhuǎn)矩模型，其結(jié)構(gòu)框圖示于圖 6-64。+轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)6.7.3電壓空間矢量和逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的選擇在圖6-62所示的DTC系統(tǒng)中，根據(jù)定子磁 鏈給定和反饋信號(hào)進(jìn)行砰-砰控制，按控制程序選取 電壓空間矢量的作用順序和持續(xù)時(shí)間。正六邊形的磁鏈軌跡控制：Tenp (isB Sa iS asB)J如果只要求正六邊形的磁鏈軌跡，則逆變器的控制程序簡(jiǎn)單，主

22、電路開(kāi)關(guān)頻率低，但定子磁鏈偏差較大; 圓形磁鏈軌跡控制：如果要逼近圓形磁鏈軌跡，則控制程序較復(fù)雜，主電路開(kāi)關(guān)頻率高，定子磁鏈接近恒定。該系統(tǒng)也可用 于弱磁升速，這時(shí)要設(shè)計(jì)好Y*s = f （ *）函數(shù)發(fā)生程序，以確定不同轉(zhuǎn)速時(shí)的磁鏈給定值。在電壓空間矢量按磁鏈控制的同時(shí)，也接受轉(zhuǎn)矩的砰-砰控制。例如：以正轉(zhuǎn)（T*e 0）的情況為例當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩低于 T*e的允許偏差下限時(shí)，按磁鏈控制得到相應(yīng)的電壓空間矢量，使定子磁鏈向前旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩上升；當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)矩達(dá)到 T*e允許偏差上限時(shí)，不論磁鏈如何，立即切換到零電壓矢量，使定子磁鏈 靜止不動(dòng)，轉(zhuǎn)矩下降。穩(wěn)態(tài)時(shí)，上述情況不斷重復(fù)，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)被控制在允許范圍之內(nèi)。6.7.4 DTC系統(tǒng)存在的問(wèn)題1）由于采用砰-砰控制，實(shí)際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動(dòng)，而不是完全恒定的。2 ）由于磁鏈計(jì)算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值、累積誤差和定子電阻的變化都會(huì)影響磁鏈計(jì)算 的準(zhǔn)確度。這兩個(gè)問(wèn)題的影響在低速時(shí)都比較顯著，