第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制精品

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永磁同步电机的转矩直接控制

永磁同步电机的转矩直接控制一、本文概述本文旨在探讨永磁同步电机（PMSM）的转矩直接控制策略。

永磁同步电机作为现代电力传动系统中的核心组件，具有高效率、高功率密度和优良的控制性能。

转矩直接控制作为一种先进的电机控制技术，能够实现对电机转矩的快速、精确控制，从而提高电机系统的动态响应性能和稳定性。

本文首先将对永磁同步电机的基本结构和原理进行简要介绍，为后续转矩直接控制策略的研究奠定基础。

随后，将详细阐述转矩直接控制的基本原理和实现方法，包括转矩计算、控制器设计和优化等方面。

在此基础上，本文将重点分析转矩直接控制在永磁同步电机中的应用，探讨其在实际运行中的优势和局限性。

本文还将对转矩直接控制策略的性能进行仿真和实验研究，评估其在不同工况下的控制效果。

通过对比分析，本文将提出改进和优化转矩直接控制策略的方法，以提高永磁同步电机的控制性能和运行效率。

本文将对转矩直接控制在永磁同步电机中的应用前景进行展望，探讨其在新能源汽车、工业自动化等领域的发展潜力。

本文的研究成果将为永磁同步电机的转矩直接控制提供理论支持和实践指导，推动其在现代电力传动系统中的广泛应用。

二、永磁同步电机的基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种特殊的同步电机，其磁场源由永磁体提供，无需外部电源供电。

PMSM利用磁场相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转运动。

PMSM的定子部分与常规电机相似，由三相绕组构成，用于产生电磁场。

而转子部分则装有永磁体，这些永磁体产生的磁场与定子绕组的电磁场相互作用，产生转矩。

PMSM的转矩大小和方向取决于定子电流的大小、方向以及永磁体与定子绕组磁场之间的相对位置。

PMSM的控制主要依赖于对定子电流的控制。

通过改变定子电流的大小、频率和相位，可以实现对PMSM转矩和转速的精确控制。

与传统的感应电机相比，PMSM具有更高的转矩密度和效率，以及更低的维护成本。

PMSM的工作原理基于法拉第电磁感应定律和安培环路定律。

当定子绕组通电时，会产生一个旋转磁场，这个磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生转矩。

PMSM直接转矩控制

体产生的励磁磁场 ψf ，称为转子磁场，一个是定子电流矢量 is 产生的电枢磁场 Lsis ，另一个是由两者合成而得的定子磁场
ψs 。即有
ψs Lsis ψf (5-1) 电磁转矩的生成可看
成是两个磁场相互作用的
结果，可认为是由转子磁
场与电枢磁场相互作用生成的。
图 5-1 面装式 PMSM 中的定子电流和磁链矢量
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现代电机控制技术第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制
在图 3-14 中，感应电动势矢量 e0 超前 ψf 90°空间电角度，若忽略定子电阻压降矢量 Rsis ，则定子电压矢量 us 超前 ψs 90°空间电角度，于是负载角 sf 也是 us 和 e0 间的空间相位角。将图 3-14 转换为相量图 3-15a 后，sf 就成为时域内相量U s 和 E0 间的时间相位角（需忽略定子电阻压降 Rs Is ）。亦即，在直接转矩控制中，控制 ψs 与 ψf 间的空间相位角，即相当于控制 Us 和 E0 间的时间相位角。
t 1 表示应使 ψs 和 te 增加， 1 和 t 1表示应使 ψs 和 te 减小，这种滞环比较控制方式与三相感应电动机直接转矩控制中采用的基本相同，只是这里没有采用零开关电压矢量 us7 和 us8。
图 5-5 是直接转矩控制系统的原理框图。对比图 5-5 和图 4-8 可以看出，两者构成基本相同。
如图 5-2 所示，定子磁链矢量 ψs 为
ψs ψs e js (5-9)
式中， s ωsdt ，
ωs 为 ψs 的旋转速度。
图 5-2 定子电压矢量作用与定子磁链矢量轨迹变化
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现代电机控制技术第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制

第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制

第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制
te p
1 f s sin sf Ls
(5-5)
式(5-5)中，转子磁链矢量 ψ f 的幅值不变，若能控制定子磁链矢量 ψ s 的幅值为常值，电磁转矩就仅与 sf 有关， sf 称负载角，通过控制 sf 可以控制电磁转矩，这就是 PMSM 直接转矩控制基本原理。在 ABC 轴系中，定子电压矢量方程为
便成为式(5-5)的形式。虽然插入式和内装式 PMSM 产生了磁阻转矩，但是两者直接转矩控制原理相同。电动机电磁功率可表示为
p e t e Ωs
(5-23)
式中， Ωs 为机械角速度， Ωs ωs p 。
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第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制
在正弦稳态下， ωr ωs ， e0 ωs f ；在忽略定子电阻 Rs 情况下，
第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制
5.1 控制原理与控制方式
5.1.1 转矩生成与控制 5.1.2 滞环比较控制与控制系统 5.1.3 磁链和转矩估计 5.1.4 电机参数和转速影响 5.1.5 预期电压直接转矩控制
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第5章三相永磁同步电动机直接转矩控制
5.1.1 转矩生成与控制
δsr 为定子磁链矢量 ψ s 与转子磁链矢量 ψ r 间的相位差。
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现代电机控制技术
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2. 插入式和内装式 PMSM
对于插入式和内装式 PMSM，由式(3-57)已知，电磁转矩方程为
t e p[ f iq ( Ld Lq )id iq ]
(5-15)
(5-16) (5-17)

永磁同步电动机直接转矩控制系统研究

（州轻工业学院，南郑州４００）郑河５０２
摘
要：针对永磁同步电动机控制中存在低速时转矩脉动问题，对脉动问题形成的具体原因进行了探讨，细详
介绍了永磁电机直接转矩控制理论，描述了常规永磁同步电动机直接转矩控制系统矢量选择方法和存在的不足，结合实际应用情况，出了增加电压矢量的三电平逆变器控制方案，给出了控制系统的结构图和数学模型。通过仿提并
ｔｔｅｔｃｌｍｏｌｗｅｅｐｏｓｄ．ｉｕａｉｎｒｓｌｓｓｏｔｔｔｅｒｐｓｄｓｈｅｅｉｒｖｓｔｅｐｒｏｍａｃｆｔｈｅｍａｈｍａｉａｄｅｒｒｐｏｅＳｍｌｔｏｅｕｔｈｗｈａｈｐｏｏｅｃｍｍｐｏｅｈｅｆｒｎｅｏｈｅｃｎｒｌｓｓｅａｄｃｎｅｆｃｉｅｙｒｄｃｏｑｕｉｐｌｏｔｏｙｔｍｎａｆｅｔｖｌｅｕｅｔｒｅｒｐｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｍａｎｔｍａｎｅｙｈｒｎｕｏｏ；ｒｃｏｑｕｏｔｏ；ｓｄｏｉｄｅｃａｅｈｅ —ｌｖｌｉｖｒｅｐｒｎｅｇｔｓｎｃｏｏｓｍｔｒｄｉｅｔｔｒｅｃｎｒｌｂａｅｎｄｏｌｍｐｄｔｒｅｅｅｎｅｔｒ
（ｈｎｚｏｎｖｒｉｆｉｔＩｄｓｙＺｅｇｈｕ４００，ｈｎ）ＺｅｇｈｕＵｉｓｙｏＬｇｔｎｕｔ，ｈｎｚｏ５０２Ｃｉａｅｔａｒ
ＡｂｔａｔＴｏｖｈｒｂｅｆｏｑｅｒｐｅｉＭＳｈｎａｏｐｅｒａｏｓｔａａｓｄｔｅｐｏｌｍｅｅｉ — ｓｒｃ：ｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍｏｒｕｉｌｎＰＭｓｗｅｔｗｓｅｄ，ｅｓｎｈｔｕｅｈｒｂｅｗｒｎｔｐｌｃ

永磁同步电机转矩

永磁同步电机转矩永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场，通过控制器对电机电流的精确控制实现高效率、高功率密度的电机。

其转矩是电机最重要的性能参数之一，直接影响到电机的驱动能力和运行效果。

下面将对永磁同步电机的转矩进行详细的分析和讨论。

一、永磁同步电机的转矩概述永磁同步电机的转矩是指电机在运行过程中产生的旋转力矩，其大小取决于电机的磁场强度和电流大小。

在理想情况下，电机的转矩与电流成正比，与磁场的强度也成正比。

然而，在实际应用中，由于电机内部的各种损耗和外部因素的影响，转矩与电流和磁场强度之间的关系并非完全线性。

二、永磁同步电机的转矩控制对于永磁同步电机的转矩控制，主要是通过控制器对电机的电流进行精确控制实现的。

控制器通过对电机电流的采样和计算，实时调整电机的输入电压，从而控制电机的转速和转矩。

在控制器中，一般采用矢量控制或直接转矩控制等方法，这些方法通过对电流的解耦和计算，实现对电机转矩的精确控制。

三、永磁同步电机的转矩性能1.高效率：永磁同步电机由于采用了永磁体，减少了电枢反应的影响，提高了电机效率。

在额定负载下，其效率一般可达90%以上。

2.高功率密度：永磁同步电机具有较小的体积和重量，使得其功率密度远高于传统的异步电机。

这使得其在电动汽车、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

3.低速大转矩：在低速时，永磁同步电机具有较大的转矩输出，这使得其在需要低速大转矩的场合具有优越的性能。

例如，在电梯、传送带等需要连续运转或者间歇性重载启动的场合。

4.调速范围广：通过控制器对电机电流的精确控制，永磁同步电机可以实现宽范围的调速。

这使得其在需要精确控制转速的场合具有优良的性能。

5.维护成本低：由于采用了永磁体，永磁同步电机的维护成本较低。

在正常运行条件下，其寿命可达数十年。

四、永磁同步电机的转矩问题1.电磁噪声：由于电磁场的不稳定性和转子的不平衡，永磁同步电机在运行过程中可能会产生电磁噪声。

为了降低电磁噪声，需要对电机的结构设计、制造工艺和控制器参数进行优化。

(完整版)永磁同步电机直接转矩控制及控制性能研究

第五章永磁同步电机直接转矩控制及控制性能研究矢量控制和直接转矩控制是交流电机的两种高性能控制策略，在永磁同步电机驱动控制中的应用与研究己受到众多学者的广泛关注。

为了能够更好研究永磁同步电机的控制性能，提高永磁同步电机调速系统的动静态性能，本章针对永磁同步电机直接转矩控制系统,从空间电压矢量出发，在第四章建立永磁同步电机不同的坐标系下的数学模型的基础上，研究永磁同步电机直接转矩控制和空间电压矢量调制直接转矩控制的理论和实现方法，并进行仿真实验研究，分析控制策略的正确性[24]［30］。

本文研究的转鼓实验台的恒转矩控制方式和惯量模拟控制方式，均采用空间电压矢量调制直接转矩控制策略对交流测功机（即永磁同步电机）进行模拟加载。

5。

1 永磁同步电机直接转矩控制基本理论5。

1。

1 永磁同步电机在x 、y 坐标系下的数学模型将永磁同步电机在同步旋转坐标系中磁链、电流和电压矢量关系表示在图5—1（即图4-1）中所示，图中定义δ为转矩角，即定子磁链和转子磁链之间的夹角。

d 、q 为与转子磁场速度r ω同步旋转的坐标系,d 轴指向转子永磁磁链f ψ方向；x 、y 为与定子磁场速度e ω同步旋转的坐标系，x 轴指向定子磁链s ψ方向。

假设x 轴超前d 轴时转矩角为正,在忽略定子电阻的情况下，转矩角即为功角。

当电机稳态运行时，定、转子磁链都以同步转速旋转。

因此，在恒定负载的情况下转矩角为恒定值。

当电机瞬态运行时，转矩角则因定、转子旋转速度不同而不断变化［31］[32]。

A图5-1 永磁同步电机坐标系由图5—1可推导出转矩角的表达式为)(tan )/(tan 11fd d q q sd sq i L i L ψψψδ+==--(5—1）式中： sd ψ、sq ψ:定子磁链在d 、q 坐标系下的分量（Wb ）；f ψ:转子永磁磁链（Wb ）;i d 、i q ：定子电流 i s 在d 、q 坐标系下的分量（A ）;L q ：定子电感s L 的d 轴分量，即交轴电感（H ）； L d ：定子电感s L 的q 轴分量，即直轴电感(H ）。

永磁同步电机直接转矩控制(svpwm)

三相永磁同步电动机直接转矩控制技术及仿真研究 1引言随着社会实际生产要求的不断提高，现代电机控制技术也不断得以升级。

继矢量控制之后，1986年日本I.TakhaShi 和德国M.Depenbrock 分别提出了直接转矩控制技术。

直接转矩控制(Direct Torque Control ，DTC)是基于定子磁场定向和电压空间矢量分析的方法，根据转矩偏差、磁链偏差及定子磁链的空间位置，选择合适的电压矢量。

这项技术的问世，以其新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能等优点受到普遍关注并被广泛研究。

常规的DTC 方案其实是一种Bang —Bang 控制方法：针对定子磁链幅值和转矩偏差以及磁链的空间位置，在一个控制周期内，选择和发出单一空间电压矢量，这个电压矢量要同时控制磁链和转矩的误差方向，而忽略了转矩和磁链误差大小，从而经常造成转矩和磁链脉动，不能达到期望的最佳控制效果。

减小滞环容差可以减小脉动，但又会导致逆变器的开关频率增大，开关损耗随之增加；矢量细分法改善了磁链轨迹，但结构相对复杂。

矢量调制 (Space V oltage Vector Modulation)是在一个控制周期内，通过相邻电压矢量和零矢量合成得到所需的任意电压矢量，实现电压矢量的连续可调。

本文在分析了直接转矩控制原理(DTC)和空间电压矢量脉宽调制技术(SVPWM)的基础上，做了基于磁链空间电压矢量脉宽调制技术的永磁同步电机直接转矩控制技术的仿真。

1直接转矩控制原理永磁同步电机在转子坐标系下的数学模型：⎥⎦⎤⎢⎣⎡ψ+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡f q d q d q d q d i i pL R L L pL R u u ωωω0 (1) []sm q d s sm q f q d sn e L L L L L P t δδ2sin )(sin 243-ψ-ψψ= (2)[]t sm q d s sm q f q d s n t t d d L L L L L P d d eδδδ2cos )(2cos 243-ψ-ψψ= （3）式中：q d q d q d L L i i u u ,,,,,——定子电压、电流、电感在q d ,轴上的分量；s f ψψ,——励磁磁链和定子磁链；p P t n e ，,——电磁转矩、转子极对数和微分算子；δsm ——负载角；式(2)表明，电机参数确定后，在实际运行中，永磁同步电机转子上励磁磁场的磁链幅值一般为恒值，为保证充分利用电动机铁心，通常要使定子磁链的幅值为额定值，这样就可以直接通过控制负载角δsm 的大小来控制电磁转矩的大小，这就是DTC 的核心思想。

高性能永磁同步电机直接转矩控制

高性能永磁同步电机直接转矩控制一、概述随着能源危机和环境污染问题的日益严重，节能减排和提高能源利用效率已经成为全球性的研究热点。

在这个大背景下，永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、节能的电机类型，受到了广泛的关注和应用。

直接转矩控制（DTC）作为一种先进的电机控制策略，因其具有控制结构简单、动态响应快、转矩脉动小等优点，在永磁同步电机的控制中得到了广泛的应用。

本文旨在探讨高性能永磁同步电机的直接转矩控制技术。

我们将对永磁同步电机和直接转矩控制的基本原理进行介绍，阐述其在电机控制中的优势和适用场景。

我们将重点分析高性能永磁同步电机直接转矩控制的实现方法，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的应用、转矩和磁链的直接控制策略、以及转速和位置的精确检测等。

我们还将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，如参数变化、外部干扰等，并提出相应的解决方案和优化策略。

通过本文的研究，我们期望能够为高性能永磁同步电机直接转矩控制技术的发展提供有益的参考和借鉴，推动其在工业、交通、能源等领域的广泛应用，为实现节能减排和提高能源利用效率做出积极的贡献。

1. 永磁同步电机（PMSM）概述永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种利用永磁体产生磁场，通过电子换相实现电能与机械能转换的高效电动机。

它结合了传统直流电机和同步电机的优点，具有高功率密度、高效率和良好的调速性能。

PMSM的转子通常由永磁体构成，无需额外供电，从而减少了能量损失和复杂性。

定子则通过三相电流驱动，实现与转子磁场的同步旋转。

PMSM的控制策略对于其性能至关重要，其中直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）是一种广泛应用的先进控制方法。

DTC通过直接对电机转矩和磁链进行调控，能够迅速响应负载变化，实现高精度的速度控制和位置控制。

与传统的矢量控制相比，DTC具有结构简单、计算量小、动态响应快等优点，特别适用于高性能和快速响应的应用场景。

永磁同步电机直接转矩控制技术研究

永磁同步电机直接转矩控制技术研究1. 引言1.1 背景介绍永磁同步电机是一种应用广泛且效率高的电机，在工业生产和家电领域都有着重要的应用。

随着工业化的深入发展，对电机的性能要求越来越高，尤其是对电机的控制精度和效率提出了新的挑战。

直接转矩控制技术可以实现在不需要速度传感器的情况下准确控制电机的转矩和速度，是一种先进的控制技术。

在永磁同步电机中应用直接转矩控制技术，可以有效提高电机的控制精度和效率，满足现代工业生产的要求。

目前关于永磁同步电机直接转矩控制技术的研究还比较有限，尤其是在实际工程应用中的探索和总结也相对缺乏。

对永磁同步电机直接转矩控制技术的深入研究具有重要的意义，可以为该领域的发展提供技术支持和指导。

本文旨在通过对永磁同步电机直接转矩控制技术的原理、方法以及研究进展进行探讨，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。

1.2 研究意义研究意义是指本文所要研究的问题对学术界和工程实践具有重要意义和价值。

永磁同步电机直接转矩控制技术是近年来电力电子领域的研究热点之一，具有较高的效率和精度，广泛应用于电动汽车、风力发电、工业生产等领域。

研究永磁同步电机直接转矩控制技术不仅可以提高电机的运行效率和性能，还可以推动电力电子技术的发展，促进新能源的利用和节能减排。

对永磁同步电机直接转矩控制技术进行深入研究具有重要的实用价值和理论意义。

通过本文的研究，可以更好地理解永磁同步电机的工作原理和控制方法，为相关领域的工程应用提供技术支持，推动电动化、智能化和可持续发展的进程。

1.3 研究目的研究目的是为了深入探讨永磁同步电机直接转矩控制技术，在实际工程应用中提高电机的性能和效率。

通过研究，我们希望能够深入理解永磁同步电机和直接转矩控制技术的原理，并探讨如何将这些理论知识应用到实际生产中。

我们也希望通过研究进展和应用案例的分析，了解这项技术在不同领域中的应用情况，以及在面临的挑战和优势。

最终，我们的目标是为将来的研究提供指导和启示，为永磁同步电机直接转矩控制技术的发展做出贡献。

永磁同步电机直接转矩控制

永磁同步电机直接转矩控制摘要直接转矩控制是近年来应用比较广泛的一种控制策略。

它的优点包括控制原理直观明了，操作简单快捷，具有良好的转矩响应性。

而另一方面，永磁同步电机因为其运行的可靠性高，结构简单，所以在交流伺服电机中所处的地位越来越高。

基于这一发展趋势，本文重点研究了把直接转矩控制应用在永磁同步电机上的控制效果。

为了更好地分析永磁同步电机直接转矩控制，本文介绍了直接转矩控制的原理和它的优缺点，还有永磁同步电机的分类、结构及其在不同坐标系下的数学模型。

然后借助MATLAB中的Simulink功能，搭建永磁同步电机直接转矩控制系统的模型，对仿真结果进行分析归纳，最后得出结论。

结论表明，永磁同步电机直接转矩控制具有较好的转矩响应，基本能实现对永磁同步电机的快速可靠的控制，但是低速性能不佳，得不到快速的转矩响应。

这就确定了改善永磁同步电机直接转矩控制在低速时候的转矩响应将成为今后的发展趋势。

关键词: 直接转矩控制;永磁同步电机;仿真1AbstractDirect torque control (DTC) is used widely recently. It is intuitive and clear, simple and swift and has fast torque respond. on the other hand, permanent magnet synchronous machine (PMSM) become more and more important for its high reliability and simple structure. In this paper, we focused on the effect of the application of DTC to PMSM. In order to analyze PMSM DTC better, this paper precented both the advantage and the disavantage of DTC .What’s more,it also shownPMSM’s classification, structure, mathematical models in different coordinate system . Then I built model of PMSM DTC and smulated in the simulink environment. In the end I drew a conclusion by the result of simulation. The conclusion shown that PMSM DTC has quick torque respond to achieve rapid and reliable control. however, it has poor low-speed performance. Therefore, improving PMSM DTC low-speed performance will be the trend of improvement in the future.Keyword: PMSM , DTC , Simulation2目录摘要 ?ABSTRACT ?第一章绪论1.1 研究背景及研究意义 41.2 相关技术的发展情况 51.3 研究的主要内容 6第二章直接转矩控制概述2.1 电机控制策略分类 62.2 直接转矩控制原理 72.3 直接转矩控制的发展方向 82.4 本章小结 9 第三章永磁同步电机概述3.1 永磁同步电机的分类 93.2 永磁同步电机的结构 103.3 永磁同步电机的数学模型 123.4 本章小结 16 第四章永磁同步电机直接转矩控制4.1 永磁同步电机直接转矩控制原理 164.2 逆变器与开关表 174.3 定子磁链与电磁转矩的测定 194.4 本章小结 20 第五章永磁同步电机直接转矩控制仿真5.1 仿真软件 215.2 仿真模型 215.3 仿真结果分析 245.4 本章小结 26 第六章结论 26参考文献 283第一章绪论1.1 研究背景及研究意义自1834年德国的雅克比发明了第一台电机后，电机在人们日常的生产，生活中发挥着越来越大的作用。

三相永磁同步电机直接转矩控制技术研究

Ｔ＝：＝。
ｎ．
（２）
式（２）中，转子磁链矢量幅值不变，控制定子磁链矢量的幅值不变，就可以通过控制负载角来控制电磁转矩，这就是ＰＭＳＭ直接转矩控制的基本原理。２基于电压模型的磁链和转矩估计２．１滞环比较控制
由直接转矩控制原理可知，直接转矩控制以定子磁链和负载角作为控制变量，这两个变量的控制可以通过滞环比较器来实现。滞环比较器的原理是通过选择合理的开关电压矢量来控制逆变器逆变桥的开关，从而通过控制定子电压来控制电磁转矩。滞环比较器和电压源逆变器相当于一个高增量的Ｐ调节器，能够使得实际电流快速跟踪参考电流，消除电流跟踪过程中的延迟和滞后［２］。图２为定子磁链矢量运行轨迹的控制图。
郭强，李强
（中北大学机电工程学院，山西太原０３００５１）
摘要：电动机控制的核心是实现对其电磁转矩的控制，其控制方法有矢量控制和直接转矩控制等，相比矢量
控制而言，直接转矩控制省去了磁场定向、矢量变换和电流控制等复杂环节，具有优良的动静态性能。介绍
图２中，、ｔ／．２、、Ｕ、Ｕ５５、Ｕ６为空间６个平均分布的电压矢量，１、２、３、４、５、６为６个电压矢量对应的扇区，在每个扇区中可以选择合适的开关电压矢量来控制定子磁链的幅值和旋转速度］。例如，当定子磁链矢量处于区间１时，在Ｇ２点Ｉｌ达到了磁链滞环比较器的下限值，可以选择Ｕｚ或 ‰ 来增加１Ｉ；在Ｇ点ｌＩ达到了磁链滞环比较器的上限值，可以选择 ‰ 或Ｕ来减小Ｉｌ。表１为开关电压矢量选择

永磁同步电机直接转矩控制介绍

图2 PMSM直接转矩控制系统框图
Fig.2PMSM Direct Torque Control System Frame
2.3PMSM直接转矩控制的弱磁控制
随着稀士永磁材料的发展，高性能的永磁材料应用到电机中，使得永磁电机的抗去磁能力增强，为电机的高速弱磁运行提供了可能性。永磁同步电机直接转矩控制系统能够直接控制定子磁链，因此其弱磁控制变得很容易，且比矢量控制简单。永磁同步电机的弱磁控制的基本思想是利用电机直轴电枢反应，使电机的气隙磁场减弱，达到等效于直接减弱励磁磁场的控制效果。文献[6]首次将内永磁同步电机直接转矩控制拓展到弱磁范围，具有对电流母线电压的最大利用和控制受电机参数影响小等优点。
永磁同步电机直接转矩控制介绍
梅妮张波
（华南理工大学电力学院，广州，510640）
摘要:永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制已成为目前一个研究热点，它不同于异步电动机直接转矩控制，也不同于一般同步电动机直接转矩控制，有其明显的控制特点。本文在分析永磁同步电机模型和直接转矩控制原理基础上，介绍几种智能算法在直接转矩控制调速系统中的应用，展望了PMSM直接转矩控制今后的研究方向。
2PMSM直接转矩控制理论概述出了PMSM的直接转矩控制理论。建立如图1所示的PMSM矢量图，其中坐标系是固定在转子上的旋转坐标系，坐标系是固定在定子上的旋转坐标系。PMSM具有正弦形的反电势波形，其定子电压、电流也应为正弦波。假设电动机是线性的，参数不随温度的变化而变化，忽略磁滞、涡流损耗，且转子无阻尼绕组，那么可以导出在定子旋转坐标系下永磁同步电机的电磁转矩方程为:
文[16]永磁同步电机滑模变结构直接转矩控制根据指数趋近律来设计滑模控制器，能改善系统正常运动段的动态品质；用连续函数替代滑模控制器中的开关函数，能有效减小高频抖动；采用转矩和磁链两个滑模控制器替代传统直接转矩控制的滞环调节器，并用其输出的两相静止坐标系下的电压实现空间电压矢量调制，保证了功率变换器开关频率恒定。其部分仿真和实验结果如下图5，6。

三相变频永磁同步电机控制原理

三相变频永磁同步电机控制原理三相变频永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种采用三相交流电源供电的新型电机。

它具有高效率、高功率因数、高功率密度、高转矩密度等优点，在工业控制领域得到了广泛应用。

下面将介绍PMSM的控制原理。

PMSM的控制原理主要包括电流控制和速度控制。

1.电流控制：在PMSM控制中，首先需要控制电机的电流，使其能够稳定工作。

电流控制是通过控制逆变器中的开关器件（如MOSFET）来实现的。

逆变器将直流电源转换为交流电源，然后通过三相桥臂将交流电源施加在电机的三个绕组上。

电流控制采用的是空间矢量调制（Space Vector Modulation，SVM）技术。

SVM是一种基于空间矢量图的PWM技术，通过对逆变器中的开关器件进行适时的开关控制，实现对电机的电流进行精确控制。

在电流控制中，首先需要测量电机的电流，通常采用电流传感器来实现。

然后，通过比较实际电流和期望电流，得到误差信号，进而进行控制器的设计。

最常用的电流控制方法是PI控制器。

2.速度控制：电流控制是PMSM控制的基础，在电流控制的基础上，可以实现对电机转速的控制。

速度控制一般通过闭环控制实现，即通过测量电机的转速并与期望转速进行比较，得到误差信号，进而控制转速。

在速度控制中，常用的方法是PI控制器。

通过对误差进行积分和比例控制，可以实现对电机转速的精确控制。

另外，为了提高系统的动态性能，常常采用速度前馈控制和速度观测器。

速度前馈控制通过将期望速度经过速度前馈器与PI控制器结合，使系统更加快速地响应期望速度。

速度观测器则通过对电机的电流进行观测，预测电机的转速，并进行修正，提高了系统的响应速度和精度。

总的来说，PMSM的控制原理构建了一个闭环的控制系统，通过电流控制和速度控制，将期望的电流和速度指令转化为电机的准确控制。

这种控制方式使得PMSM能够在不同负载条件下稳定运行，并实现精确的速度控制。

永磁同步电机的直接转矩控制系统

永磁同步电机的直接转矩控制系统目录前言摘要 ....................................................................IABSTRACT ................................................................ II 第1章绪论 (1)1.1本课题的背景及研究意义 .............................................. 11.2永磁同步电机控制相关领域发展概况 (2)1.2.1永磁同步电机的特点 (2)1.2.2电力电子器件的发展 (3)1.2.3微处理器的发展 (4)1.2.4永磁同步电机控制策略 (4)1.3直接转矩控制的研究现状及发展趋势 .................................... 6 1.4本课题的研究内容 .................................................... 7 第2章永磁同步电机的数学模型 ........................................... 9 2.1引言 (9)2.2三相永磁同步电机的基本结构 ..........................................9 2.3三相永磁同步电机的数学模型 (10)2.3.1 A-B-C坐标系下的PMSM模型 ......................................112.3.2 α-β坐标系下的PMSM模型 ......................................122.3.3 d-q坐标系下的PMSM模型 ........................................142.3.4 M-T坐标系下的PMSM模型 ........................................15 2.4本章小结 ........................................................... 16 第3章永磁同步电机的直接转矩控制 ...................................... 17 3.1引言 (17)3.2三相永磁同步电机的直接转矩控制 .....................................173.2.1直接转矩控制的基本思想 .........................................173.2.2逆变器和空间电压矢量 ...........................................193.2.3定子磁链的观测与控制 ...........................................213.2.4电磁转矩的观测与控制 ...........................................243.2.5逆变器开关表 ...................................................25 3.3本章小结 ........................................................... 26 第4章永磁同步电机直接转矩控制系统的仿真研究 .. (27) (27)4.1引言4.2 MATLAB7.1/SIMULINK仿真工具箱简介 .................................... 27 4.3三相永磁同步电机传统直接转矩控制系统仿真 (28)4.3.1 PMSM模型及主电路模块 ..........................................28-B-C/α-β坐标变换单元 ................................... 28 4.3.2电流A4.3.3α-β坐标系的定子电压分量获取模块 ..............................294.3.4ψs、Te及γ估算模块 ...........................................304.3.5定子磁链区域号的判断模块 .......................................314.3.6开关表及逆变器驱动信号模块 .....................................32 4.4仿真结果与分析 (33)4.5本章小结 ........................................................... 37第5章系统软硬件设计 . (38)5.1永磁同步电机直接转矩控制系统的硬件构成 .............................385.2软件设计 ........................................................... 38 5.3本章小结 ........................................................... 39 结论 ...................................................................40 参考文献 ............................................................. 41 致谢 ...................................................................42 附录1: 三相永磁同步电机直接转矩控制系统仿真图 (43)附录2:三相永磁同步电机直接转矩控制系统结构框图 (43)2009届电气工程与自动化毕业论文摘要直接转矩控制策略因其具有转矩控制直接、动态响应较快、算法相对简单等优点在交流电机调速领域得到越来越多的关注。

第五章直接转矩控制技术资料

A相
0
4 3
E
2E 3 2E 3 4E 3 2E 3
2E 3
0
B相
0 2E 3 2E 3 4E 3 2E 3 2E 3 4E 3 0
C相
0 2E 3 4E 3 2E 3 2E 3 4E 3 2E 3 0
矢量表达式
0
4 Ee j
3
4
Ee
j
4 3
3
4
Ee
j 5 3
3
4 Ee j0
3
4
Ee
j 1 3
3
4
带入
u（s t)
2 3
X
A (t)
XB
(t)
2XC
(t)
有
u（s 011)
2 3
（
4 3
E)
2 3
Ee
j 2
/3
2 3
Ee
j 4
/3
4 E 4 Ee j
3
3
定子电压开关状态空间矢量 SA,SB,SC
U0
000
U1
011
U2
001
U3
101
U4
100
U5
110
U6
010
U7
111
5.1.2 直接转矩控制系统的特点
实际表明，采用直接转矩控制的异步电动机变频调速，电机磁场接近圆形，谐波小，损耗小，噪声及温升均比一般的逆变器驱动的电动机小得多。直接转矩控制系统的主要特点有：
直接转矩控制是直接在定子坐标下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。不需要与直流电机进行比较、等效、转化；所以不需要为解耦而简化交流电动机模型，省掉了坐标变换。

三相永磁同步电机的控制

• 弱磁 • SVPWM
转子结构及物理模型
转子结构及物理模型
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机矢量方程
面装式三相永磁同步电机电磁转矩矢量方程
坐标变换和矢量变换
• 对功率表达式（略）求极大值，并考虑电压约束，可推导出在电压极限下，满足这一最优控制的定子电流矢量。
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
a) 面装式
图3-28 弱磁控制与定子电流最优控制
b) 内装式
定子电流最优控制 ——最大功率输出控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
弱磁控制
三相永磁同步电机的控制
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
1．静止ABC 轴系到静止DQ 轴系的坐标变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
坐标变换和矢量变换
2．静止DQ 轴系到任意同步旋转MT 轴系的变换
SVPWM基本原理
SVPWM基本原理
定子电流最优控制
定子电流最优控制 ——最大转矩/电流比控制
• 距离原点O越远的等转矩曲线对应的转矩值越大；
• 在每条等转矩曲线上总存在距离原点最近的点，将这些点连成线记为曲线AO。
• 由于工作点到原点的距离表示电机在该点工作时定子电流
的幅值，因此输出相同转矩条件下，电机工作在曲线AO上
需要的定子电流幅值最小。

永磁同步电动机直接转矩控制系统

永磁同步电动机直接转矩控制系统的设计摘要直接转矩控制(DTC)，又称为转矩矢量控制(TVC)，是近年来发展起来的一种新型的异步电机控制方案，这种方案系统结构简单，转矩响应好，其控制思想已经推广用于永磁同步电动机的控制，本文介绍了永磁同步电动机的几种直接转矩控制方案，磁链转矩的估计方法等。

对永磁同步电动机直接转矩控制运行机理进行了研究,在此基础上开发了一套基于TMS320LF2407的永磁同步电动机直接转矩控制交流调速系统实验验证了该策略可用于永磁同步电动机控制,实验还表明永磁同步电动机直接转矩控制具有优良的转矩快速动态响应特性和对系统参数摄动、外干扰具有很强的鲁棒性等优点。

实验系统安全可靠运行表明该调速系统具有优良的故障检测和保护功能,硬件设计思想合理。

关键词:永磁同步电动机直接转矩控制故障检测与保护控制方案Study of Direct Torque Control of Permanent MagnetSynchronous MotorAbstractDirect Torque Control (DTC) technique, which is also called Torque Vector Control (T VC), is a new control scheme for induction motor drives recent years. The control system is very simple of a good dynamic performance and the control scheme has been extended to Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSM) Several control schemes of direct torque control for PMSM drives and estimation technique of flux linkage and torque.Direct torque control(DTC) of permanent magnet synchronous motor(PMSM) was research, and a PMSM DTC system based on TMS320LF2407 was developed ,Experimental results verified the feasibility of using DTC strategy on PMSM, and the merits of PMSM DTC including the rapid torque esponse, he good speed-adjustable performance, and the robustness to system parameters uncertainty and disturbance. The stem predated well and successfully, which showed the speed-adjustable system had good competence in fault detection and protection.Key words: PSWM DTC default detection and protection目录摘要 (I)Abstract (II)一、绪论 (1)二、系统设计 (2)(一) 磁同步电动机DTC机理 (2)(二) 永磁同步电机直接转矩控制理论 (2)(三) 零矢量在直接转矩控制中的作用 (3)(四) 永磁同步电动机DTC系统设计 (4)1. 3.3v和5v接口电路 (4)2. 故障检测与保护 (5)（1）过流检测与保护 (5)（2） IPM保护 (6)（3）二阶Butterworth滤波电路的设计 (6)(五) 实验结果 (7)三、结论 (10)致谢 (11)参考文献: (12)一、绪论永磁同步电机具有调速性能好、易于控制、无换向火花、无励磁损耗、寿命长等突出优点,现在多用于要求快速转矩响应和高性能运行的场合。

直接转矩控制

直接转矩控制直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）是一种电机控制技术，用于直接控制交流电机的转矩和转速。

它是由法国斯特拉斯堡理工大学的Andrzej M. Trzynadlowski 教授于1985年提出的。

相比传统的电机向量控制（Field Oriented Control，简称FOC），DTC具有更快的响应速度、更宽的可调速范围和更精确的转矩控制能力，因此在工业应用中得到了广泛的应用。

直接转矩控制的基本原理是根据电机的状态变量，即电机电流和转速，直接计算所需的转矩控制量，并通过适当的电压矢量选择器生成相应的电压矢量，从而实现对电机的转矩和转速控制。

与FOC相比，DTC不需要进行逆变器电流矢量的坐标变换和空间矢量调制，因此减少了计算开销，提高了控制系统的响应速度。

在直接转矩控制中，最重要的是转矩和磁通的估算。

转矩估算一般通过测量电机绕组的电流和电压来实现，可以利用数学模型、数据曲线和反演算法等方式进行估算。

而磁通估算则是通过测量电机反电动势来实现，反电动势的测量可以利用传感器或者观测器等方法进行。

直接转矩控制的优点主要体现在以下几个方面：1. 响应速度快：由于DTC不需要坐标变换和空间矢量调制，可以更快地响应转矩和转速的变化，提高了系统的动态性能。

2. 转矩和转速控制精度高：DTC可以直接计算所需的转矩控制量，精确地控制电机的转矩和转速，使系统响应更加准确和稳定。

3. 拓扑简单：DTC的控制电路结构相对简单，不需要传统的坐标变换和PWM技术，减少了电路复杂性和硬件实现难度。

4. 高可靠性：由于DTC的拓扑简单，减少了电路元器件的数量和故障点，提高了系统的可靠性和稳定性。

5. 宽工作范围：DTC适用于大范围的转矩和转速控制需求，可以满足不同工况下的运行要求。

然而，直接转矩控制也存在一些缺点和挑战。

首先，由于DTC直接计算所需的控制量，对参考值的变化非常敏感，因此对速度和磁通参数的准确测量和估算至关重要。