導讀：本期主要介紹異步電機傳統(tǒng)的直接轉矩控制算法，包括開關表加入零矢量和未加入零矢量兩種類型。通過理論和仿真分析，將兩種傳統(tǒng)DTC的控制性能做一個對比。

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一、異步電機DTC控制

1.1控制思想

在電動機實際運行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動機鐵心；轉子磁鏈幅值由負載決定。通過控制定子磁鏈與轉子磁鏈之間的夾角即轉矩角可以控制電動機的轉矩。在直接轉矩控制中，其基本控制方法就是通過選擇電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉速度的大小，從而改變轉矩角的大小，以達到控制電動機轉矩的目的。

直接轉矩控制采用兩個滯環(huán)比較控制器，分別比較定子給定磁鏈和實際磁鏈、給定轉矩和實際轉矩的差值，然后，根據這兩個差值查詢逆變器電壓矢量開關表得到需要加在異步電動機上的恰當的電壓開關矢量，最后通過PWM逆變器來實現對異步電動機的控制。整個控制系統(tǒng)框圖如下：

圖1異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)仿真 異步電機直接轉矩控制是采用對電磁轉矩直接控制的思想，它摒棄了矢量控制方式， 需要眾多電機參數，對控制變量進行復雜的解耦的缺點。直接轉矩控制采用的是對電機的轉矩和磁鏈直接控制的方式，通過建立滯環(huán)比較器對轉矩給定與磁鏈幅值給定與各自對應的實際值偏差進行調節(jié)，其控制方式簡單，動態(tài)響應快。

圖2 定子磁場定向

1.2基本原理與控制模塊 異步電機在靜止坐標系下的電壓方程如公式（1）所示。

當電機轉速不是很低時，定子電阻上的壓降對于定子磁鏈產生的感應電動勢來說較小，可以忽略。

在電機學中，當電機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速、等幅值旋轉，它的矢量端的運動軌跡呈圓形，一般稱為矢量圓。

定子磁鏈旋轉矢量可用下式表示：

圖3磁鏈圓

簡單分析可知，當施加的電壓矢量與當前定子磁鏈之間的夾角等于90°時，定子磁鏈幅值不變，而當夾角小于90°時，定子磁鏈幅值增加，當夾角大于90°時，定子磁鏈幅值減小。

在三相靜止坐標系下，將電磁轉矩表示為電動機定子磁鏈和轉子 磁鏈的函數：

圖4定子磁鏈圓軌跡扇區(qū)圖

表1 逆變器電壓矢量開關表（加入零矢量） 表2 逆變器電壓矢量開關表（未加入零矢量） 1.2.1定子磁鏈觀測器

定子磁鏈觀測器一般觀測方法有電壓型磁鏈觀測器、電流型磁鏈觀測器、混合模型磁鏈觀測器和全階磁鏈觀測器等。

1.2.2轉速環(huán)

PI參數的整定方法：（1）試湊法；（2）計算法；

二、仿真分析 仿真設置：給定轉速150/min，給定磁鏈0.85 Wb，0.4 s加載14nm。傳統(tǒng)DTC和加入零矢量的直接轉矩控制的磁鏈、轉速和轉矩的仿真結果分別如圖5和圖6所示。

（a）開關表（加入零矢量）

（b）開關表（未加入零矢量） 圖5 異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)仿真

（a）開關表（未加入零矢量）

（b）開關表（加入零矢量） 圖6 異步電機傳統(tǒng)DTC仿真波形變化情況

對比圖 6（a）和（b），可以得到以下結論：1）零矢量的加入，影響定子磁鏈；2）零矢量的加入使得轉速超調更??；3）加入零矢量的DTC相比于傳統(tǒng)的DTC，轉矩波動明顯減小。

三、總結 直接轉矩控制由于其快速響應特性，廣泛應用于異步電機控制領域，然而，傳統(tǒng)的直接轉矩控制存在轉矩波動等問題，影響了其控制性能。利用零矢量具有保持轉矩的特性，將其加入到異步電機轉矩控制當中，仿真結果表明，零矢量的加入能夠有效減小轉矩波動?！　?/p>