第六章 直接转矩控制 PPT课件
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转矩控制ppt课件
（3）临床牙冠长轴是用来计算牙冠近远中向和颊 （唇）舌向的倾斜度。
（4）牙齿和正畸托槽倾斜角或转矩矩角都以临床牙 冠的长轴为参照线而不是牙体长轴。
6
上下颌中切牙远中面观
7
上下颌第一磨牙远中面观
8
亚洲人牙转矩角度
9
3、Andrews平面——假想平面 （1）对于单个牙齿来说，是穿过牙冠长轴的中心点
4
（3）Andrews定义为“临床牙冠唇（颊）面通过 面轴点的切线与垂直于平面的垂线间的交角”。
（4）当牙冠向唇（颊）方向倾斜时为正转矩，向舌 （腭）方向倾斜时为负转矩。
5
（1）临床牙冠长轴是指沿着前牙和前磨牙牙冠的唇 （颊）面的中心最明显的垂直向的发育嵴的假想线。
（2）磨牙的临床牙冠长轴是指牙冠颊面的最主要的 发育沟。
③对轻度Ⅲ类错合者，有助于牙性代偿； ④在早期牙齿排齐和Spee曲线水平化时，下前牙倾向性
地向前倾斜，因此有必要增加下前牙牙根向唇侧转矩。
20
（3）上尖牙是相互保护合的关键牙齿，其转矩很重要， MBT建议以从下6个方面来选择尖牙的托槽转矩：
①牙弓形态； ②尖牙牙根部的突出程度； ③是否拔牙； ④覆合程度； ⑤上颌有否扩弓； ⑥如果侧切牙缺乏，是否要关闭间隙。
①转矩力的作用点（托槽）远远小于牙根； ②弓丝与托槽槽沟之间的偏转角； ③组织的反应和作用力时间的长短。
19
（2）切牙转矩有利于很多临床情况，以达到切牙最终最 佳位置。
①对Ⅱ类错合，上下切牙增加的转矩能抵抗Ⅱ类橡皮筋 带来的转矩损伤，对Ⅱ类2分类，原初的托槽转矩肯定 是不够的；
②对Ⅰ类错合者，正确的转矩更能帮助前牙上下协调对 位；
多切牙的正转矩。 ③对Ⅱ类2分类的病例要增加上前牙转矩。 ④增加磨牙舌向转矩，上颌磨牙-14 °牙根颊舌向转
（4）牙齿和正畸托槽倾斜角或转矩矩角都以临床牙 冠的长轴为参照线而不是牙体长轴。
6
上下颌中切牙远中面观
7
上下颌第一磨牙远中面观
8
亚洲人牙转矩角度
9
3、Andrews平面——假想平面 （1）对于单个牙齿来说，是穿过牙冠长轴的中心点
4
（3）Andrews定义为“临床牙冠唇（颊）面通过 面轴点的切线与垂直于平面的垂线间的交角”。
（4）当牙冠向唇（颊）方向倾斜时为正转矩，向舌 （腭）方向倾斜时为负转矩。
5
（1）临床牙冠长轴是指沿着前牙和前磨牙牙冠的唇 （颊）面的中心最明显的垂直向的发育嵴的假想线。
（2）磨牙的临床牙冠长轴是指牙冠颊面的最主要的 发育沟。
③对轻度Ⅲ类错合者，有助于牙性代偿； ④在早期牙齿排齐和Spee曲线水平化时，下前牙倾向性
地向前倾斜，因此有必要增加下前牙牙根向唇侧转矩。
20
（3）上尖牙是相互保护合的关键牙齿，其转矩很重要， MBT建议以从下6个方面来选择尖牙的托槽转矩：
①牙弓形态； ②尖牙牙根部的突出程度； ③是否拔牙； ④覆合程度； ⑤上颌有否扩弓； ⑥如果侧切牙缺乏，是否要关闭间隙。
①转矩力的作用点（托槽）远远小于牙根； ②弓丝与托槽槽沟之间的偏转角； ③组织的反应和作用力时间的长短。
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（2）切牙转矩有利于很多临床情况，以达到切牙最终最 佳位置。
①对Ⅱ类错合，上下切牙增加的转矩能抵抗Ⅱ类橡皮筋 带来的转矩损伤，对Ⅱ类2分类，原初的托槽转矩肯定 是不够的；
②对Ⅰ类错合者，正确的转矩更能帮助前牙上下协调对 位；
多切牙的正转矩。 ③对Ⅱ类2分类的病例要增加上前牙转矩。 ④增加磨牙舌向转矩，上颌磨牙-14 °牙根颊舌向转
第六章直接转矩控制
第二节：定子磁链观测模型的切换
定子磁链的观测是直接转矩控制的核心，无 论是幅值还是相位的不准确，都会使得控制 性能变差
我们前面介绍的是定子电流电压的磁链观测模型， 但是有在低速时误差大的缺点
在额定转速30%以下时，磁链只能根据转速来正 确计算，因此出现定子电流、转速观测模型
定子电流、转速磁链模型表达式及结构图如下
定子电压矢量与定子磁链
对三相系统而言，空间矢量是这样定义的： 把三个变量看成是三个矢量的模，它们的位置分 别处于三相绕组的轴线上，当变量为正时，矢量 方向与各自轴线方向相同，反之，则取反方向， 然后把三个矢量相加并取合成矢量的2/3倍，此 矢量即为空间矢量。
在变压变频调速电路中我们讲述过逆变 器主电路的6个开关器件共有8种开关模 式，各种开关模式在α、β坐标系下有对 应的电压矢量。
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制 砰-砰控制，有转矩脉动 连续控制，比较平滑
坐标变换 静止坐标变换，较简单 旋转坐标变换，较复杂
转子参数变 化影响
无
有
调速范围
不够宽
比较宽
有时为了提高调速范围，在低速时改用电 流模型计算磁链，则转子参数变化对DTC 系统也有影响。
从上表可以看出，如果在现有的DTC系统和VC 系统之间取长补短，构成新的控制系统，应该能够 获得更为优越的控制性能，这是一个很有意义的研 究方向。
a1 u1ia1r1dt
1 u1i1r1dt
由此可以得到定子磁链的观测模型
定子磁链观测模型如下图：
uα1
uA
×
uB uc
3/2 uβ1
iA
iα1 r1
iB
3/2 iβ1
直接转矩控制原理
直接转矩控制原理直接转矩控制原理比较简单，就是根据计算得出的反馈值（转速、电流）（没有实际值，因为在电机内部安装传感器并不实用，一般反馈量都是计算出来的）与给定值相比较，根据偏差（两种：磁链和转矩）大小，选择合适的电压矢量（开关状态）。
电压矢量对定子磁链进行控制（幅值，相位），从而改变转矩。
传统直接转矩控制方法偏差分类：磁链：1，需要增大2，需要减小转矩：1，需要增大2，不变3，需要减小可见共有6中要求控制状态。
在4个控制电压矢量和2个零电压矢量中选择合适的，即为滞环比较器的输出。
仿真系统中这个功能由滞环比较单元与查表单元结合产生。
一、引言电动机调速是各行各业中电动机应用系统的必需环节。
直流电动机因其磁链与转矩电流各自独立，不存在耦合关系，能够获得很好的调速范围和调速精度，静、动态特性均比较好而获得广泛应用。
交流（异步）电动机结构简单却因其磁链与电流强耦合，而且是多变量非线性系统，调速难度大，长期以来在调速系统的应用受到限制。
直到近三十年来，一系列新型的传动调速技术的出现才开始了交流传动的新篇章。
1．交流传动的发展简述首先是变压变频调速系统（VVVF），后来出现了矢量控制（FOC）和直接转矩控制（DTC）调速系统。
由于VVVF系统只是维持电动机内的磁链恒定，并没有解决磁链和电流强耦合的问题，其调速范围窄，调速性能也不佳。
矢量控制是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法，通过两次旋转坐标变换，实现异步电动机的转速和磁链控制的完全解耦。
但实际上由于转子磁链很难准确观测，系统特性受电机参数的影响较大，且计算也比较复杂。
1985年，德国的M.Depenbrock和日本的I.Takahashi先后提出直接转矩控制理论。
直接转矩控制在定子坐标系下，避开旋转坐标变换，直接控制转子磁链，采用转矩和磁链的bang-bang控制，不受转子参数随转速变化而变化的影响，简化了控制结构，动态响应快，对参数鲁棒性好，因而得到广泛的深入研究和应用。
直接转矩控制
交流异步电动机直接转矩控制理论是由德国鲁尔大学 Depenbrock 教授首次 提出，后经过 ABB 公司 10 多年的逐步完善以及产品化，直接转矩控制技术已成 为当今交流传动的最先进的控制方法之一。直接转矩控制技术是在变频器内部建 立了一个交流异步电动机的软件数学模型，根据实测的直流母线电压、开关状态 和电流计算出一组精确的电机转矩和定子磁通实际值，并将这些参数值直接应用 于控制输出单元的开关状态，变频器的每一次开关状态都是单独确定的，这意味 着可以产生最佳的开关组合并对负载变化作出快速地转矩响应，并将转矩相应限 制在一拍以内，且无超调，真正实现了对电动机转矩和转速的实时控制。 4.无测速传感器及零速满转矩
8
快速可靠。 在上述的几项关键技术中，尤以无传感器技术和零速满转矩技术最为重要，
它对于保证挖掘机安全可靠的工作起着举足轻重的作用。 2.技术方案
根据目前比较成熟的高性能的交流调速技术，有矢量控制技术和直接转矩控 制技术两种方案可以选择，这两种技术方案都可以较好地解决挖掘机的技术难 题，然而直接转矩控制技术由于所采用的基于定子磁场定向的控制方法，故不需 要在电机轴端安装测速编码器来反馈转子位置信号，而且仍能实现高精度的动静 态速度和力矩控制。另外，直接转矩控制是对转矩的直接控制，故对负载的变化 相应迅速，可实现快速的过程控制，同时又具有过高的过载能力和 200%的起动 转矩。基于直接转矩控制技术的特点能够完全满足挖掘机的关键技术要求，故在 这里采用以直接转矩控制技术为核心的交流调速装置。 3.直接转矩控制的原理
近年来，大型露天矿山中的装运设备的生产力逐年提高，主要体现在大型电 气设备-挖掘机上。将交流调速系统引入到挖掘机行业上，使电控系统具有了速 度更高、功率更大、可靠性更强、效率更高和维护费用更低的优点。 1. 挖掘机的关键技术
8
快速可靠。 在上述的几项关键技术中，尤以无传感器技术和零速满转矩技术最为重要，
它对于保证挖掘机安全可靠的工作起着举足轻重的作用。 2.技术方案
根据目前比较成熟的高性能的交流调速技术，有矢量控制技术和直接转矩控 制技术两种方案可以选择，这两种技术方案都可以较好地解决挖掘机的技术难 题，然而直接转矩控制技术由于所采用的基于定子磁场定向的控制方法，故不需 要在电机轴端安装测速编码器来反馈转子位置信号，而且仍能实现高精度的动静 态速度和力矩控制。另外，直接转矩控制是对转矩的直接控制，故对负载的变化 相应迅速，可实现快速的过程控制，同时又具有过高的过载能力和 200%的起动 转矩。基于直接转矩控制技术的特点能够完全满足挖掘机的关键技术要求，故在 这里采用以直接转矩控制技术为核心的交流调速装置。 3.直接转矩控制的原理
近年来，大型露天矿山中的装运设备的生产力逐年提高，主要体现在大型电 气设备-挖掘机上。将交流调速系统引入到挖掘机行业上，使电控系统具有了速 度更高、功率更大、可靠性更强、效率更高和维护费用更低的优点。 1. 挖掘机的关键技术
第六章 异步电动机矢量控制与直接转矩控制
图6-3 矢量控制系统原理
6.2 按转子磁链定向异步电动机矢量控制系统 6.2.1 按转子磁链定向的矢量控制方程 1.异步电动机在M-T坐标系上的数学模型 为了与一般的同步旋转d-q坐标系区别， 取d轴沿转子磁链Ψr的方向，称之为M轴；q轴逆 时针旋转90º，称之为T轴。这样就得到了按转 子磁链定向的两相同步旋转M、T坐标系。 在M-T坐标系上，磁链方程为 Ψms=Lsims+Lmimr Ψts=Lsits+Lmitr Ψmr=Lmims+Lrimr=Ψr （6-3） Ψtr=Lmits+Lritr=0 （6-4）
（2） 转矩方程 由磁链方程式(6-4),得 重写电磁转矩方程
Te =
itr = −
Lm its Lr
(6-10)
(6-6） 这个转矩表达式和直流电动机的很相似，当转 子磁链Ψr不变时,定子电流转矩分量的变化会 引起电磁转矩成正比的变化,没有任何推迟,这 正是我们所期望的关系。 但是考虑到Ψr也是被控对象,式(6-6)实际 上仍然是非线性的。他励直流电动机的磁通不 用控制就是常量，交流异步电动机的Ψr被控制 为常量,这仍然是两个完全不同的概念。
3 Lm np ψ r its Lr 2
（3）转差角频率方程
由电压矩阵方程式（6-5）的第四行展开得
0 = ω s ( Lm ims + Lr i mr ) + Rdqr itr
将磁链方程式（6-3）代入上式，得 整理后得
ωs = −
Rdqr
0 = ω sψ r + Rdqr itr
itr
ψr
（6-11）
6.1 矢量控制(VC：vector control)的基本思路 6.1.1 模仿直流电动机 粗略地讲，矢量控制是模仿他励直流电动 机的控制。忽略磁饱和及电枢反应的影响，直 流电动机的转矩方程为 Te=CT´IaIf
永磁无刷直流电机直接转矩控制
4、该系统具有很高的成本效益，可以在许多应用领域中进行推广应用。
谢谢观看
二、控制方法的特点和优势
直接转矩控制相较于其他控制方式，具有以下特点和优势：
1、直接扭矩控制：直接转矩控制通过实时计算电机的扭矩和磁链，直接控 制电机的输出扭矩，具有快速的动态响应性能。
2、高鲁棒性：直接转矩控制对电机参数变化具有较强的鲁棒性，可以在电 机参数发生变化时实现较好的控制效果。
3、高效节能：直接转矩控制可以实时调整电机的扭矩输出，使其与实际需 求相匹配，从而达到节能的目的。
结论与展望
本次演示通过对永磁无刷直流电机直接转矩控制系统进行深入研究，得出了 以下结论：
1、直接转矩控制技术可以实现对永磁无刷直流电机的精确控制，具有很快 的动态响应和良好的稳定性。
2、在开关模式选择时，需要考虑电机的电流、电压、转矩等参数，以及系 统的动态响应和稳定性。
3、基于模型的控制系统、PID控制系统、神经网络控制系统等都可以用于直 接转矩控制系统，但需要根据实际情况进行选择和参数整定。
案例二：工业机器人关节驱动
某工业机器人制造商要求设计一个具有高精度、快速响应的关节驱动系统。 通过采用永磁无刷直流电机直接转矩控制方法，实现了对机器人关节位置和速度 的高精度控制。此外，该系统还具有良好的鲁棒性和可靠性，可以在不同环境下 稳定运行。从而提高了机器人的整体性能和生产效率。
结论：
永磁无刷直流电机直接转矩控制是一种先进的电机控制技术，具有许多优点 和实际应用价值。本次演示介绍了该控制方法的基本原理、特点、实现所需硬件 和软件设计，并通过实际案例说明了其在实际应用中的效果。该技术的推广和应 用将有助于提高各种系统的性能、效率和稳定性。
系统设计
1、开关模式选择
直接转矩控制与DTC45页PPT
直接转矩控制与DTC
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——Байду номын сангаас腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——Байду номын сангаас腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
《直接转矩控制》课件
工业机械
交通运输
直接转矩控制被广泛应用于工业机械，包括机床、 风机和泵等，以提供高效、稳定和精确的运动控 制。
直接转矩控制在电动汽车和混合动力汽车的电机 控制系统中发挥着重要作用，提高了车辆的动力 性能和能效。
直接转矩控制的优势和局限性
1 优势
2 局限性
直接转矩控制具有高精度、快速响应和高 效节能等优势，适用于对电机转矩要求较 高的应用。
《直接转矩控制》PPT课件
本PPT课件将深入探讨直接转矩控制（DTC）的定义、原理和应用，并展望 其未来的发展方向。让我们一起开始本次精彩的分享吧！
直接转矩控制的定义和原理
直接转矩控制是一种用于电机控制的高级技术，通过直接测量和控制电机转矩来实现精确控制。它基于先 进的算法和控制策略，提供了高效、灵活和精确的电机性能。
可靠性提高
改进控制算法、优化系统 设计和增强故障检测能力， 提高直接转矩控制的系统 可使直接转矩控制能够适应 不同的工况和工作环境。
总结和要点
直接转矩控制是一种用于电机控制的高级技术，具有高精度、快速响应和高 效节能等特点。它在工业机械、交通运输和可再生能源等领域的应用广泛， 未来的发展方向包括降低成本、提高可靠性和增强适应性。
概念
直接转矩控制通过直接测量和控制电机转矩，而 不需要通过中间变量，实现了对电机的高精度控 制。
原理
直接转矩控制基于对电机状态进行实时监测和调 节，通过将制动转矩与电机转矩进行比较，并根 据误差调节开关器和逆变器的状态，实现电机输 出转矩的精确控制。
直接转矩控制的系统框图
直接转矩控制的系统框图展示了各个主要组成部分之间的关系和交互作用。它包括传感器、控制器、开 关器和逆变器等元件，并通过信号传递和处理实现对电机的转矩控制。
交流感应电机直接转矩控制的研究PPT课件
i=i+1;
仿真结果
红：纯积分器输出结果
S域下的一阶 惯性环节
G(s) 1
s c
时域下连续的 一阶惯性环节
dy(t) dt
x(t)
c
y(t)
时域下离散
的一阶惯性 Y X n1 aYn1
环节
其中a与惯性环节截止频率的关系为
c
aLeabharlann 2TsTs为采样周期
一阶惯性环节特性的仿真
MATLAB 仿真代码 %仿真参数设定部分% Fre_of_EMF = 30; %Hz 信号频率 Sample_inteval = 100; %uS 采样周期 Cycle_number = 15; %运行周期 FOLP_constant = 0.005 ; %设定常数而不是截止频率是因为
根据以定转子磁链 求取转矩的公式:
Te
M p
Ls Lr
| s
|| r
| sin( )
可以看出，转矩取决于定转子 磁链幅值以及两者的夹角，因 此在磁链幅值不变时，可以通 过改变夹角来改变转矩。但是 夹角不能直接控制，只能控制 定子磁链。利用电机转子时间 常数大于定子时间常数的特性， 当定子磁链角度迅速变化时， 转子磁链的变化滞后于定子磁 链的变化，从而达到改变定转 子磁链夹角的目的。
(V4 is Rs )t
s k 1
sk
r
V3
k k 1
V2
V4
V1
V5
V6
磁链观测器方案的选择
• 基于转子磁链观测器的定子磁链观测器 • 基于电机模型的定子磁链观测器 • 基于电压模型的定子磁链观测器
磁链观测器方案的选择
基于转子磁链观测器的定子磁链观测器
仿真结果
红：纯积分器输出结果
S域下的一阶 惯性环节
G(s) 1
s c
时域下连续的 一阶惯性环节
dy(t) dt
x(t)
c
y(t)
时域下离散
的一阶惯性 Y X n1 aYn1
环节
其中a与惯性环节截止频率的关系为
c
aLeabharlann 2TsTs为采样周期
一阶惯性环节特性的仿真
MATLAB 仿真代码 %仿真参数设定部分% Fre_of_EMF = 30; %Hz 信号频率 Sample_inteval = 100; %uS 采样周期 Cycle_number = 15; %运行周期 FOLP_constant = 0.005 ; %设定常数而不是截止频率是因为
根据以定转子磁链 求取转矩的公式:
Te
M p
Ls Lr
| s
|| r
| sin( )
可以看出，转矩取决于定转子 磁链幅值以及两者的夹角，因 此在磁链幅值不变时，可以通 过改变夹角来改变转矩。但是 夹角不能直接控制，只能控制 定子磁链。利用电机转子时间 常数大于定子时间常数的特性， 当定子磁链角度迅速变化时， 转子磁链的变化滞后于定子磁 链的变化，从而达到改变定转 子磁链夹角的目的。
(V4 is Rs )t
s k 1
sk
r
V3
k k 1
V2
V4
V1
V5
V6
磁链观测器方案的选择
• 基于转子磁链观测器的定子磁链观测器 • 基于电机模型的定子磁链观测器 • 基于电压模型的定子磁链观测器
磁链观测器方案的选择
基于转子磁链观测器的定子磁链观测器
异步电机直接转矩控制课件
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硬件平台
开发或选用合适的控制器软件，实现异步电机直接转矩控制的算法和控制逻辑。
软件平台
根据直接转矩控制理论，设计合适的定子磁链和转矩估计方法，以及合适的开关表和控制算法。
在实验平台上进行控制算法的验证，通过实际运行和性能测试，评估控制算法的正确性和有效性。
算法验证
控制算法
VS
记录实验过程中的电机运行数据，如定子磁链、转矩、转速等，并进行分析。
直接转矩控制具有较快的响应速度，能够快速跟踪给定转速并保持稳定。
03
02
01
在稳态运行时，直接转矩控制能够实现较高的转速和转矩控制精度，减小稳态误差。
稳态精度
直接转矩控制能够适应不同的负载变化，保持稳定的转速和转矩输出。
负载适应性
在稳态运行时，直接转矩控制能够提高异步电机的能效，降低能耗。
能效
直接转矩控制能够实现快速的启动过程，减小启动电流和冲击。
第六章 异步电动机矢量控制与直接转矩控制
Lr Lm Lr Lm
[∫ (u
αs
− Rdqs iαs )dt − σLs iαs − Rdqs i βs )dt − σLs i βs
] ]
(6-13)
[∫ (u
βs
根据式（6-13），可以画出计算转子磁链的电压模型， 如图6-4所示。
σL s
iαs uαs Rdqs
+
∫
+
--
Lr Lm
Ψαr
6.1 矢量控制(VC：vector control)的基本思路 6.1.1 模仿直流电动机 粗略地讲，矢量控制是模仿他励直流电动 机的控制。忽略磁饱和及电枢反应的影响，直 流电动机的转矩方程为 Te=CT´IaIf
这里 If—励磁电流，产生Ψf ； Ia—电枢电流，产生Ψa。
如果把它们看作是空间矢量，它们互相垂 直、解耦。这意味着,当我们用Ia去控制转矩的 时候,磁链Ψf不受影响,如果磁链是额定磁链, 将得到快速的动态响应和最大的转矩安培比。 反过来,用If去控制磁链Ψf时,Ψa也不受影响。
一起构成矢量控制基本方程。
6.2.2 转子磁链模型 为了实现转子磁链定向矢量控制，关键是获 得实际转子磁链Ψr的幅值和相位角，坐标变换需 要磁链相位角（φ），转矩计算、转差计算等需 要磁链的幅值。但是转子磁链是电机内部的物理 量，直接测量在技术上困难很多。因此在实际应 用系统中，多采用间接计算（或观测）的方法。 通过容易检测得到的电动机运行时的物理量，如 电压、电流、转速等，根据电机的动态数学模型， 实时推算出转子磁链的瞬时值，包括幅值和相位 角。 在磁链计算模型中，根据所用实测信号的不 同，可以分为电压模型和电流模型两种。
励磁分量 转矩分量 图6-1 （a）他励直流电动机 (b)矢量控制异步电动机
直接转矩控制 ppt课件
s
的幅
值比 ψs 的幅值增加，电机的磁通角sr 也增加，因此得到电机定子磁链与电
机转矩都增加的结论。
u5
u2
ψ
' s
第I扇区
ψs
u6
直接转矩控制
23
② ψs 减小和 T 增大
u3
在电压空间矢量
u3
的作用下，
ψ
s
的幅值比
ψs 的幅值减小，得到电机定子磁链减小的
结论；但电机的磁通角sr 增大，并且磁通
uS2 3[uaubej2/3ucej4/3]
状态空间矢量的位置：
①（Sa，Sb，Sc）=1 0 0 时，u1矢量
ua 2ud / 3
ub uc ud / 3
将 u a u b u c 代入 u S 的表达式得：
u S 2 3 [2 3 u d ( u 3 d)( 1 2 j2 3 ) ( u 3 d)( 1 2 j2 3 )]
7
7.2 直接转矩控制原理
基本知识：
（1）三相感应电动机
T pLMisir sinsr
pLMis ir
pLMir is p(LSis LMir )is pψs is
(7-0-1)
式(0-1)表明，电磁转矩可表示为定、转子电流矢量的矢量积(叉积)形式，sr 为矢
量 is 至 i r 的空间电角度。
从上式可看出（1 1 0）对应位于距离 d 轴的 2 / 3 方向上。
直接转矩控制
17
④ （Sa，Sb，Sc）=0 1 1 时，u4 矢量
ua 2ud / 3 ub uc ud / 3
将 u a u b u c 代入 u S
的表达式得：
u S 2 3 [( 2 3 u d) u 3 d( 1 2 j2 3 ) u 3 d( 1 2 j2 3 )] uS 23ud 23udej
直接转矩控制ppt课件-精品文档
若将d轴定向在磁链矢量的方向上，此时的 dq0坐标系又称为MT0坐标系。
异步电机的数学模型
异步电机的模型包括六个一阶的微分方程。 可将它们变换到dq、MT、αβ、xy定子磁场 定向坐标系下面。每个坐标系下都包括一 组磁链方程、一组电压方程、还有一组转 矩方程。 其中xy坐标系是将x轴与定子磁链矢量ψs重 合，y轴超前ψs90°。
1 单时轴多矢量表示法
Y iA IA
三个彼此相隔120°等长 旋转矢量在同一时间轴 上的投影
iB
O IB
IC
iC
2 单矢量三时间轴表示法
三相对称电流也 可以用旋转矢量I 在相隔120°的三 根时间轴上的投影 表示。这个可以同 时表示空间三相绕 组物理量的旋转矢 量称为综合矢量 I A
B
C
综合矢量的定义对电流的波形没有作具体 的要求。所以对于任意电流，上式的电流 综合矢量表达式均是适用的。由于逆变器 供电的直接转矩控制系统中电压、电流、 磁链等均是非正弦波形，所以采用综合矢 量分析系统更有实际意义。
αβ0坐标系 该坐标是一中静止的坐标，他讲坐标轴放在 定子上，使α轴与A轴重合，β轴超前α轴 β 90°。 B
iC
iβ I α iA iα A
iB
C
dq0坐标系
q
B iq iB iβ
β
iC
I id d
θ
O
iA iα
α A
C
ABC坐标系与dq0坐标系的关系
αβ0坐标系与dq0坐标系之间的关系 从图中αβ0坐标系与dq0坐标系之间的关系 可知， dq0坐标系中矢量I在幅值不变的情 况下辐角增大θ后即变换得到αβ0坐标系中 对应的矢量，反之亦然。由于都是直角坐 标系，零序分量相等，所以在变换中可以 忽略零序分量。所以αβ0坐标系与dq0坐标 系之间的关系可以很直观的得到：
第六讲 矢量控制系统和直接转矩控制系统
交流调速系统第六讲矢量控制系统和直接转矩控制系统主讲人授课班级:2005级自动化班授课时间:2007年9月26日主要内容:第一部分基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制调速系统6.1 矢量控制系统的基本思路6.2 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用6.3 转子磁链模型6.4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统概述: 异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。
需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。
经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。
6.1 矢量控制系统的基本思路在第6.6.3节中已经阐明，以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流i A、i B、i C，通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流iα、iβ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流i m和i t。
如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通Φr 就是等效直流电机的磁通，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，i m相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，i t相当于与转矩成正比的电枢电流。
把上述等效关系用结构图的形式画出来，便得到下图。
从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转速ω，是一台异步电机。
从内部看，经过3/2变换和同步旋转变换，变成一台由i m和i t输入，由ω输出的直流电机。
既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。
由于进行坐标变换的是电流（代表磁动势）的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统（Vector Control System），控制系统的原理结构如下图所示。
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第二节：定子磁链观测模型的切换
定子磁链的观测是直接转矩控制的核心，无 论是幅值还是相位的不准确，都会使得控制 性能变差
我们前面介绍的是定子电流电压的磁链观测模型， 但是有在低速时误差大的缺点
在额定转速30%以下时，磁链只能根据转速来正 确计算，因此出现定子电流、转速观测模型
定子电流、转速磁链模型表达式及结构图如下
缺点：＊定子电阻参数随温度的变化会影响观测 精度。特别是低速时，尤其是接近零速 时，影响很大，不能正确观测。
＊采用了纯积分器，带来了直流偏置和初 始值问题。
如何根据两个砰-砰控制器的输出信号来选择电 压空间矢量和逆变器的开关状态。
定子电压矢量与定子磁链
对三相系统而言，空间矢量是这样定义的： 把三个变量看成是三个矢量的模，它们的位置分 别处于三相绕组的轴线上，当变量为正时，矢量 方向与各自轴线方向相同，反之，则取反方向， 然后把三个矢量相加并取合成矢量的2/3倍，此 矢量即为空间矢量。
压和电流也是易于检测的物理量。 缺点：
（1）积分器存在漂移问题 （2）电机转速很低时，由于定子电压的减小， 被积分的差值很小，产生积分误差很大。 （3）电机不转时，定子电压为零，算不出定子 磁链值，此模型无法使用。
特点：＊模型结构简单，只受一个电机参数（r1） 的影响，易于实现。
＊在高速范围内（n≥30%ne），能准确的 估计定子磁链 。
г1
г 2 电磁转矩当前状态
0
1 ΔT<-0.5 Δ T
0
1 Δ T 在滞环内，呈上升趋势
1
0 Δ T 在滞环内，呈下降趋势
1
1 Δ T >-0.5 Δ T
结合当前定子磁链和电磁转矩的状态，再 根据空间电压矢量的调节作用，来决定对 应区域的开关策略
根据定子磁链给定和反馈信号进行砰-砰 控制，按控制程序选取电压空间矢量的 作用顺序和持续时间。
正六边形的磁链轨迹控制
如果只要求正六边形的磁链轨迹，则逆变器的 控制程序简单，主电路开关频率低，但定子磁 链偏差较大。
圆形磁链轨迹控制：
如果要逼近圆形磁链轨迹，则控制程序较复 杂，主电路开关频率高，定子磁链接近恒定。 该系统也可用于弱磁升速，这时要设计好 Ψ*s = f (*) 函数发生程序，以确定不同转 速时的磁链给定值
磁链的矢量角度减小，电磁转矩减小
由此可见非零电压矢量的切换不仅可以调节定 子磁链幅值和转速的大小，还同时影响到转矩 的大小和变化速度。
空间电压矢量的调节作用表
定子电压
U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6
调节作用 Ψ1的幅值自由衰落，Te下降 Ψ1的幅值增大，Te迅速下降 Ψ1的幅值减小，Te减小 Ψ1的幅值影响不大，Te迅速下降 Ψ1的幅值影响不大，Te迅速增大 Ψ1的幅值增大，Te增大 Ψ1的幅值减小，Te增大
DTC系统特点
DTC系统则实行 Te 与Ψ1 砰-砰控制，避开了旋 转坐标变换，简化了控制结构；控制定子磁链而不 是转子磁链，不受转子参数变化的影响；但不可避 免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到 限制。
两种系统的特点与性能的比较见下表。
直接转矩控制和矢量控制特点与性能比较
性能与特点 直接转矩控制系统
直接转矩控制系统的原理 除转矩和磁链砰-砰控制外，DTC系统的核心问 题就是：
转矩和定子磁链反馈信号的计算模型；
如何根据两个砰-砰控制器的输出信号来 选择电压空间矢量和逆变器的开关状态。
转矩和定子磁链反馈信号的计算模型；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在α、β坐标系中电压的表达式为：
ua1
ia1r1
d a1
dt
u1
i 1r1
d 1
直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较
DTC系统和VC系统都是已获实际应用的高 性能交流调速系统。两者都采用转矩（转速）和 磁链分别控制，这是符合异步电动机动态数学模 型的需要的。但两者在控制性能上却各有千秋。
矢量控制系统特点
VC系统强调 Te 与Ψ2的解耦，有利于分 别设计转速与磁链调节器；实行连续控制， 可获得较宽的调速范围；但按Ψ2 定向受电动 机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒 性。
Te np Lm (i1i 2 i1i 2 )
又因为：
i 2
( 1
Lsi1) Lm
i 2
( 1
Lsi1) Lm
Te np (i1 1 i1 1)
根据电磁转矩的表达式，可以得到观测模型如下
iβ1
Ψα1
×
Ψβ1
×
iα1
×
np Te
定子电压电流磁链模型法优缺点
优点： 只需要确定电动机的定子电阻，定子电
按定子磁链控制的直接转矩控制系统
在实际控制过程中，将测得的电机三相电 压和电流送入计算器，计算出电机的定子
磁链 和电1 磁转矩 ，分Te别与给定值 和
相比1较 ，T然e 后选择开关模式，确定PWM 逆变器的输出。
总的来说，直接转矩控制就是通过对定子电 压空间矢量的控制达到以下两个目的： （1）维持定子磁链幅值的恒定 （2）控制定子磁链旋转速度的大小
第五章
异步电动机直接转矩控制
概 述
直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，是继矢量控制系统之后发展起 来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频 调速系统。在它的转速环里面，利用转矩反馈 直接控制电机的电磁转矩，因而得名。
其特点是直接采用空间电压矢量，在定子坐标系 下计算并控制电机的转矩和磁通；采用定子磁场 定向，借助于离散的两点式调节产生PWM（空 间矢量SPWM）直接对逆变器的开关状态进行最 佳控制，以获得转矩的高动态性能。
应用智能控制理论实现的直接转矩控制 ① 基于模糊逻辑的直接转矩控制 ●采用模糊逻辑代替传统直接转矩控制中的开关状 态选择器（滞环比较器和优化开关表——电压矢 量表），实现开关状态（电压矢量）的选择。
特点：结构简单，易于实现 提高了系统的响应速度和抗参数变化的能力
●速度调节器采用自适应模糊控制器
特点：使系统的响应速度更快，超调小，系统的低 速性能得到改善。
1）转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器，并 在 PWM 逆变器中直接用这两个控制信号产生电 压的SVPWM 波形，从而避开了将定子电流分解 成转矩和磁链分量，省去了旋转变换和电流控制， 简化了控制器的结构。
2）选择定子磁链作为被控量
而不象VC系统中那样选择转子磁链，这样一 来，计算磁链的模型可以不受转子参数变化 的影响，提高了控制系统的鲁棒性。如果从 数学模型推导按定子磁链控制的规律，显然 要比按转子磁链定向时复杂，但是，由于采 用了砰-砰控制，这种复杂性对控制器并没有 影响。
开关策略是根据所得到的磁链偏差和转矩偏差， 根据偏差来决定采用哪个最合适的非零电压矢量， 从而控制磁链和电磁转矩在相应的范围内。
定子磁链当前状态表
Φ1
Φ2 定子磁链当前状态
0
1 ΔΨ1<-0.5 ΔΨ1
0
1 ΔΨ1在滞环内，呈上升趋势
1
0 ΔΨ1在滞环内，呈下降趋势
1
1 ΔΨ1>-0.5 ΔΨ1
电磁转矩当前状态表
u5 (0,0,1)
2U 3
d
e
j
4 3
u4 (0,1,1)
2
U 3
d
u6 (1,0,1)
2U 3
d
e
j
5 3
u0 (0,0,0) u7 (1,1,1) 0
Ψ1 (u1 r1I1)dt
Ψ1 u1dt
u1
dΨ1 dt
u1
d dt
(Ψ me j1t )
j1Ψ me j1t
Ψ e j(1t
需要两种模型的平滑切换装置
Y
n<n1
N
Y
Model=0
Model=1
N
Y
N
n>n2
Model=1
采用I-n模型
采用I-n模型
采用U-I模型
U-n定子磁链观测模型
优点： ＊综合了u-i模型和i-n模型的优点，适合全 速范围
＊通过电流PI调节器进行补偿（ e )，is i%s
以修正 和电流，使观测精度大大提高 1
π 2
)
1m
定子磁链的矢量就是电压矢量的积分
100
110 u6
u4 S2 S6
u5 101
S3
S4
010 u2
S1 S5
u3 011
u1 001
每个扇区内的磁 通轨迹由该扇区 所对应的两个电 压矢量来形成
定子电压矢量与转矩 实际运行中定子磁链的幅值恒定，电磁转矩的 大小由此时的转差角速度ws唯一确定 Ws的值越大电磁转矩的变化率就越大 而ws的大小由磁链的旋转角速度唯一确定 磁链的矢量角度增加，电磁转矩增大
结构特点
转速双闭环：
ASR的输出作为电磁转矩的给定信号； 设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对 转速子系统的影响，从而使转速和磁链子系统 实现了近似的解耦。
转矩和磁链的控制器： 用滞环控制器取代通常的PI调节器。
控制特点
与VC系统一样，它也是分别控制异步电动机 的转速和磁链，但在具体控制方法上，DTC系 统与VC系统不同的特点是：
3）由于采用了直接转矩控制，在加减速 或负载变化的动态过程中，可以获得快速的 转矩响应，但必须注意限制过大的冲击电流， 以免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响 应的快速性也是有限的。
性能比较
从总体控制结构上看，直接转矩控制 (DTC)系统和矢量控制(VC)系统是一致的， 都能获得较高的静、动态性能。
矢量控制系统
磁链控制
定子磁链
转子磁链
转矩控制 砰-砰控制，有转矩脉动 连续控制，比较平滑