電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究及其發(fā)展

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1、.電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的研究及其發(fā)展摘要：異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是繼矢量控制技術(shù)之后的一種具有良好的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的交流傳動(dòng)控制技術(shù)。本文在研究了傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，介紹一種新型的定子磁鏈觀測(cè)器和調(diào)節(jié)器，采用新型的電壓矢量選擇表代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電壓矢量選擇表，最后敘述了直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)，直接轉(zhuǎn)矩控制，定子磁鏈觀測(cè)器ResearchofDirectTorqueControlofAsynchronousMotorAbstract:FollowingtheVectorControl(VC)technique,DirectTorqu

2、eControl(DTC)ofasynchronousmotorisanACdrivingcontroltechniquewhichhashighstaticanddynamicperformance.OnthebasisofthestudyofthetraditionalDTC,anewstatorfluxobserverandcontrollerisproposedinthispaper,andthetraditionalvoltagevectorselectiontableisreplacedbyanewselectiontable.Thelas

3、t,thispaperdescribesthedirectionofdevelopmentofDirectTorqueControl.KeyWords:asynchronousmotor，DTC，statorfluxobserver...1異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制策略發(fā)展概況異步電機(jī)相對(duì)于直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)容易、對(duì)環(huán)境要求低以及節(jié)能和提高生產(chǎn)力等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，使它已經(jīng)廣泛運(yùn)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防以及日常生活之中。早期交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的主回路基本上都采用SCR開(kāi)關(guān)器件，輸出的電壓或電流波形中含有較多的諧波，造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，功率因數(shù)較差

4、。隨后發(fā)展的滑差頻率速度閉環(huán)控制系統(tǒng)基本上解決了異步電機(jī)平滑調(diào)速的問(wèn)題，同時(shí)也基本上具備了直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)也不算太復(fù)雜，己能滿(mǎn)足許多工業(yè)應(yīng)用的要求，具有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值。然而，當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能提出更高要求時(shí)，上述系統(tǒng)還是比直流調(diào)速系統(tǒng)略差一些。原因在于，其控制規(guī)律是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)推導(dǎo)出的平均值控制，完全不考慮過(guò)渡過(guò)程，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不得不做出較強(qiáng)的假設(shè)，忽略較多的因素，才能得出一個(gè)近似的傳遞函數(shù)，這就使得設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際相差較大，系統(tǒng)在穩(wěn)定性、起動(dòng)及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面的性能尚不能令人滿(mǎn)意。197

5、1年，德國(guó)學(xué)者F.Blaschke提出了交流電機(jī)的磁場(chǎng)定向矢量控制理論[1]，標(biāo)志著交流調(diào)速理論的重大突破。1985年，德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授提出了一種新型交流調(diào)速理論一直接轉(zhuǎn)矩控制。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在很大程度上克服了矢量控制中由于坐標(biāo)變換引起的計(jì)算量大，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)性能受電機(jī)參數(shù)影響較大等缺點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型、控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)做比較、等效、轉(zhuǎn)化；既不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解禍而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)采用空間矢量的分析方

6、法，直接在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用電子磁場(chǎng)定向，借助于離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)產(chǎn)生PWM...信號(hào)，直接對(duì)逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變化與電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化處理，沒(méi)有通常的PWM信號(hào)發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制手段直接，信號(hào)處理的物理概念明確，該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以?xún)?nèi)無(wú)超調(diào)，是一種具有高靜動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速方法。2傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制的結(jié)構(gòu)框圖如圖：2-1所示[6]。其根據(jù)轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器和磁鏈滯環(huán)比較器輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)TQ和，以及定子磁鏈所在

7、的扇區(qū)信號(hào)sector，從已知的定子電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)選擇表中選擇合適開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制逆變器輸出空間電壓矢量，以維持轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的偏差在滯環(huán)比較器的容差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制。定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的反饋值，可由磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元觀測(cè)得到。之前已經(jīng)介紹了電壓型逆變器和異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，下面再對(duì)傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的其他組成部分得工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。...圖2-1傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖...2.1磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算單元直接轉(zhuǎn)矩控制中，定子磁鏈?zhǔn)遣荒苤苯訖z測(cè)的，需要通過(guò)定子磁鏈觀測(cè)器觀測(cè)得到。用定子電壓和定子電流來(lái)確定定子磁鏈的觀測(cè)器模型叫

8、電壓—電流定子磁鏈模型，可得定子磁鏈的模型的矢量表達(dá)式：（2-1）圖2-2定子磁鏈的模型框圖模