交流傳動控制系統(tǒng)-6

籠型異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)

（VVVF系統(tǒng)）——轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)第3章13.7基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)本節(jié)提要矢量控制系統(tǒng)的基本思路按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用轉(zhuǎn)子磁鏈模型轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)2023/12/92概述

上一節(jié)中表明，異步電機(jī)的動態(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)，通過坐標(biāo)變換，可以使之降階并化簡，但并沒有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。需要高動態(tài)性能的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)必須在其動態(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)過多年的潛心研究和實(shí)踐，有幾種控制方案已經(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)。2023/12/933.7.1矢量控制系統(tǒng)的基本思路

在3.6.3中已經(jīng)闡明，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流

iA、iB

、iC

，通過三相/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

。2023/12/94

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)的勵磁繞組，im

相當(dāng)于勵磁電流，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。

2023/12/95

把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來，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

，是一臺異步電機(jī)。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由im

和it

輸入，由

輸出的直流電機(jī)。2023/12/96圖3-52異步電動機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉(zhuǎn)變換;

——M軸與

軸（A軸）的夾角

3/2VR等效直流電動機(jī)模型ABC

iAiBiCitimi

i

異步電動機(jī)異步電機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖2023/12/97

既然異步電機(jī)經(jīng)過坐標(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（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（VectorControlSystem），控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。2023/12/98矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電動機(jī)模型+i*mi*t

1i*

i*

i*Ai*Bi*CiAiBiCi

iβimit~反饋信號異步電動機(jī)給定信號

圖3-53矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2023/12/99

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VR-1與電機(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3/2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3-53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)。2023/12/910設(shè)計(jì)控制器時(shí)省略后的部分控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機(jī)模型+i*mi*t

1i*

1i*

1i*Ai*Bi*CiAiBiCi

iβimit~反饋信號異步電動機(jī)給定信號

2023/12/911

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、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。

2023/12/9123.7.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其

解耦作用問題的提出

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)磁場的相對位置，對此是有選擇余地的。

2023/12/913按轉(zhuǎn)子磁鏈定向

現(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為M（Magnetization）軸，而q

軸再逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶浚Q之為T（Torque）軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為M，T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向（FieldOrientation）的坐標(biāo)系。2023/12/914當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)，應(yīng)有（3-128）

2023/12/915按轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的系統(tǒng)模型

代入轉(zhuǎn)矩方程式（3-54）和狀態(tài)方程式（3-55）~（3-59）并用m，t替代d，q，即得（3-129）

（3-130）

2023/12/916（3-131）

（3-132）（3-133）（3-134）2023/12/917

由于，狀態(tài)方程中的式（3-132）蛻化為代數(shù)方程，整理后得轉(zhuǎn)差公式（3-135）

這使?fàn)顟B(tài)方程降低了一階。2023/12/918由式（3-131）可得

（3-136）

（3-137）

2023/12/919按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義式（3-136）或式（3-137）表明，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從這個(gè)意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。式（3-136）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)子磁鏈勵磁時(shí)間常數(shù)，當(dāng)勵磁電流分量ism突變時(shí)，

r的變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機(jī)勵磁繞組的慣性作用是一致的。

2023/12/920

式（3-136）或（3-137）、（3-135）和（3-129）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3-54中的形式，圖中前述的等效直流電機(jī)模型（見圖3-52）被分解成

和

r

兩個(gè)子系統(tǒng)?？梢钥闯?，雖然通過矢量變換，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。

2023/12/921電流解耦數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)3/2VR×

圖3-54異步電動機(jī)矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型2023/12/922

按照圖3-53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3-55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

對電磁轉(zhuǎn)矩Te

的影響。2023/12/923矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖電流控制變頻器÷異步電動機(jī)矢量變換模型××2023/12/924

比較直觀的辦法是，把ASR的輸出信號除以

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)的工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)兩個(gè)調(diào)節(jié)器A

R和ASR。2023/12/925

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，只能采用觀測值或模型計(jì)算值，在圖3-55中冠以符號“^”以示區(qū)別。2023/12/926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：①轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算值等于其實(shí)際值

r

；②轉(zhuǎn)子磁場定向角的計(jì)算值等于其實(shí)際值

；③忽略電流控制變頻器的滯后作用。

2023/12/9273.7.3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，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開始提出矢量控制系統(tǒng)時(shí)，曾嘗試直接檢測磁鏈的方法，一種是在電機(jī)槽內(nèi)埋設(shè)探測線圈，另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件。2023/12/928

從理論上說，直接檢測應(yīng)該比較準(zhǔn)確，但實(shí)際上這樣做都會遇到不少工藝和技術(shù)問題，而且由于齒槽影響，使檢測信號中含有較大的脈動分量，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，即利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，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。

2023/12/9291.在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型

由實(shí)測的三相定子電流通過3/2變換很容易得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流is

和is

，再利用式（3-109）第3，4行計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈在

，

軸上的分量為2023/12/930（3-138）

（3-139）

又由式（3-108）的

坐標(biāo)系電壓矩陣方程第3，4行，并令ur

=

ur

=

0

得2023/12/931或

2023/12/932整理后得轉(zhuǎn)子磁鏈模型

（3-140）

（3-141）

按式（3-140）、式（3-141）構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈分量的運(yùn)算框圖如下圖所示。有了

r

和

r

，要計(jì)算

r

的幅值和相位就很容易了。

轉(zhuǎn)子磁鏈模型2023/12/933在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型

LmTrLmTr

p+11+++-is

isβ

r

r

Tr

p+11圖3-56在兩相靜止坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2023/12/934

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。

2023/12/9352.按磁場定向兩相旋轉(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iA

、iB

、iC

經(jīng)3/2變換變成兩相靜止坐標(biāo)系電流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ism、ist，利用矢量控制方程式（3-136）和式（3-135）可以獲得

r和

s信號，由

s

與實(shí)測轉(zhuǎn)速

相加得到定子頻率信號

1，再經(jīng)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。2023/12/936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

3/2VR

Tr

p+1LmSinCosiCiBiAis

is

istism

s

1++

r

TrLm1p圖3-57在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2023/12/937

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失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低。

2023/12/9383.7.4轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)

——直接矢量控制系統(tǒng)

圖3-55用除法環(huán)節(jié)使

r與

解耦的系統(tǒng)是一種典型的轉(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。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出帶“÷

r”的除法環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)可以在3.7.2中最后指出的三個(gè)假定條件下簡化成完全解耦的

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。2023/12/939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3-58a），帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器（圖3-58b）。帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱直接矢量控制系統(tǒng)。2023/12/940（1）電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器

i*Ai*Bi*CiAiCiBABC圖3-59a電流控制變頻器2023/12/941（2）帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器

i*Ai*Bi*CiAiCiBABC1ACR2ACR3ACRPWMu*Au*Bu*C圖3-59b電流控制變頻器2023/12/942（3）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。2023/12/943VR-12/3LrATRASRA

R電流變換和磁鏈觀測M3~TA+++cos

sin

is

npLm

is

*T*eTe

*r

r

ri*sti*smi*s

i*s

i*sAi*sBi*sCist電流滯環(huán)型PWM變頻器微型計(jì)算機(jī)

系統(tǒng)組成圖3-60帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)

2023/12/944工作原理轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速。磁鏈給定信號由函數(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，弱磁時(shí)它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當(dāng)于一種擾動作用，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。

2023/12/9453.7.5磁鏈開環(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)子磁鏈反饋信號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)，不如采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會簡單一些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式（3-135），構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱間接矢量控制系統(tǒng)。2023/12/946

它繼承了3.5.2中基于穩(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3-60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。

2023/12/947轉(zhuǎn)差型矢量控制的交－直－交電壓源

變頻調(diào)速系統(tǒng)圖3-61磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)原理圖p1K/PACRURCSIMTG+

TA+++++Ld3~

+

s

TrLmLmTr

p+1ASR

矢量控制器

1

*s

*si*sisi*sti*sm

*r

*TG2023/12/948系統(tǒng)的主要特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出正比于轉(zhuǎn)矩給定信號，實(shí)際上是由矢量控制方程式可求出定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號i*st

和轉(zhuǎn)差頻率給定信號

*s，其關(guān)系為2023/12/949二式中都應(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)。

2023/12/950（2）定子電流勵磁分量給定信號i*sm

和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號

*r

之間的關(guān)系是利用式（3-137）建立，其中的比例微分環(huán)節(jié)：

Tr

p+1使ism

在動態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。

2023/12/951

（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i*s

和相角給定信號

*s

。前者經(jīng)電流調(diào)節(jié)器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)的控制對于動態(tài)轉(zhuǎn)矩的發(fā)生極為重要。極端來看，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。2023/12/952

（4）轉(zhuǎn)差頻率給定信號

*s

按矢量控制方程式（3-135）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，磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號確定，靠矢量控制方程保證，并沒有實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制。

返回目錄2023/12/9533.8基于動態(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)簡稱DTC(DirectTorqueControl)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機(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。2023/12/954逆變器異步電動機(jī)3.8.1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)系統(tǒng)組成圖3-62按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2023/12/955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；設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對轉(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)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器。2023/12/956控制特點(diǎn)

與VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動機(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)控制信號產(chǎn)生電壓的SVPWM波形，從而避開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，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。2023/12/957

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，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)雜性對控制器并沒有影響。

2023/12/958

3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的。2023/12/959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、動態(tài)性能。2023/12/9603.8.2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-砰控制外，DTC系統(tǒng)的核心問題就是：轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號的計(jì)算模型；如何根據(jù)兩個(gè)砰-砰控制器的輸出信號來選擇電壓空間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài)。

2023/12/961

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)（

坐標(biāo)），為了簡化數(shù)學(xué)模型，由三相坐標(biāo)變換到兩相坐標(biāo)是必要的，所避開的僅僅是旋轉(zhuǎn)變換。由式（3-108）和式（3-109）可知2023/12/962定子磁鏈計(jì)算公式移項(xiàng)并積分后得（3-146）（3-147）

上式就是圖3-62中所采用的定子磁鏈模型，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-63所示。2023/12/963定子磁鏈電壓模型結(jié)構(gòu)圖3-63定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖2023/12/964

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。2023/12/965

2.轉(zhuǎn)矩反饋計(jì)算模型

由式（3-110）已知，在靜止兩相坐標(biāo)系上的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為又由式（3-109）可知2023/12/966代入式（3-110）并整理后得（3-148）

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3-64。

電磁轉(zhuǎn)矩方程2023/12/967圖3-64轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)框圖

轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)2023/12/9684.電壓空間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài)的選擇

在圖3-62所示的DTC系統(tǒng)中，根據(jù)定子磁鏈給定和反饋信號進(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如果只要求正六邊形的磁鏈軌跡，則逆變器的控制程序簡單，主電路開關(guān)頻率低，但定子磁鏈偏差較大。

2023/12/969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Ψ*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。

2023/12/970

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。2023/12/971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，轉(zhuǎn)矩下降。穩(wěn)態(tài)時(shí)，上述情況不斷重復(fù)，使轉(zhuǎn)矩波動被控制在允許范圍之內(nèi)。2023/12/9725.DTC系統(tǒng)存在的問題1）由于采用砰-砰控制，實(shí)際