直接转矩控制基本原理和仿真研究报告

直接转矩控制的基本原理和仿真研究

摘要：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技

术，该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。与矢量控制技

术不同，直接转矩控制技术采用定子磁场定向，直接将磁通和电磁转矩作为控制量，对电磁转矩的

控制更加简捷快速，提高了系统的动态响应能力。由于直接转矩控制技术本身的固有优势，使直接

转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。本文将直接转矩控制技

术应用于异步电机中，从异步电机的数学模型出发，介绍了直接转矩控制技术的基本理论。在深入

剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化，在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形

磁链控制系统仿真模型。仿真结果表明，直接转矩控制技术动态响应能力快，控制方法直接，但是

低速性能较差，低速状态下存在转矩脉动过大，定子电流畸变严重等缺点。

关键字：直接转矩控制，异步电机，simulink

The Basic Principle and Simulation Study of Direct

Torque Control

Kong Fei,Ye Zhen,Shao Zhuyu

Abstract：Direct Torque Control (DTC> technology is a high-speed technology in the field of AC drive following the technique of vector control and it has rapid development in recent years.This control strategy attracts wide attention and research for its novel idea, simple structure and good performance. Differ from the vector control technologies, DTC technology uses the stator flux orientation and directly makes the flux and electromagnetic torque as the control volume, therefore the control of the electromagnetic torque is simple and fast, the system dynamic response capability is improved. Due to the inherent advantages of DTC technology, its theoretical research and technological development is receiving increasing attention, also the pace of progress faster and faster.In this article, we make direct torque control techniques applied to asynchronous motors. From a mathematical model of induction motor starting, introduced the basic theory of DTC technology. Based on depth analysis of the basis and principles, we module the DTC algorithm. In the Simulink environment, the asynchronous motor direct torque control system of quasi-circular flux simulation model is established. Simulation results show that the DTC technologies has fast dynamic response capability and directly control method, but the low-speed performance is poor, such as torque ripple is too large in low speed state and the stator current distortion is serious.

Key words:direct torque control (DTC>,asynchronous motor,simulink

1前言

直接转矩控制技术作为一种新颖的电机控制策略，基本思想就是直接将电磁转矩作为被控制量，与矢量控制相比，无需进行复杂的坐标变换，对电机的控制更加快捷迅速，控制系统的动态响应能力得到进一步提高。为了将直接转矩控制方法应用于异步电机中，我们在分析三相异步电机的数学模型基础上，详细阐述直接转矩控制的基本原理，并将各个部分模块化，在MATLAB/Smulink环境下建立了直接转矩控制仿真模型进行了仿真研究。

2直接转矩控制的基本原理和仿真模型

2.1 直接转矩控制的基本原理和仿真图

2.1.1直接转矩控制的基本原理

如图所示1。其基本原理是将速度传感器检测出的电机实际转速n与电机给定转速n*

比较的值输入PI调节器后得到给定转矩值；由霍尔传感器得到的异步电机定子电压和

电流经过磁链和转矩转矩估计器得到转矩实际值，两相定子磁链分量、以及定子

磁链幅值。定子磁链幅值与给定的磁链幅值比较后输入磁链滞环调节器得到磁链信

号；给定转矩值与转矩实际值经过比较后输入到转矩滞环调节器得到转矩信号

；定子磁链在两相静止坐标系下的、分量经过区间判断单元得到定子磁链所处扇

区信号；磁链开关信号、转矩开关信号以及定子磁链扇区信号通过查阅开关表得到所要的电压矢量信号、、进而控制异步电机运行状态。

2.1.2 直接转矩控制的仿真模型总图

异步电机直接转矩控制系统主要由以下几个子系统组成：异步电机模型、转速调

节器、磁链信号和转矩信号产生模块、定子磁链扇区判断模块、电压矢量选择模块和

逆变器模块组成，完整系统模型图如图2所示。