正版直接转矩控制系统仿真
永磁同步电机直接转矩控制及仿真
图 2 显示每一个扇区占 60° 的电角度， 分别 …， 是 α （ 1） ， α （ 2） ， α （ 6） ， 其中第一扇区占 － 30° ～ + 30° ， 第二扇区占 30° ～ 90° ， 以此类推直 到 330° 。 这 个 平 面 由 交 直 轴 定 义， 直轴角度 为 0° 。
3
仿真及结果
1 0
永磁同步电机的动态模型方程和直接转矩 控 制 都 可 以 通 过 仿 真 的 方 法 实 施。 利 用 Simulink 中的 模 块 模 拟 永 磁 同 步 电 机 的 运 行 。 电机转子的初始位置和负载可以作为系统的输 入， 电机模 型 中 的 各 种 数 学 关 系 用 各 个 子 系 统 描述 。 不同参考系之间物理量的转换通过帕克 变换模块实现 。 采用直接转矩控制的方法对永磁同步电机进 转矩和位置估计模 行控制。主要模块包括磁链、 确定定子磁链位置所需扇区信号模块 ， 滞环控 块， 制器， 转速 PI 调节器等。 直接转矩控制的实施过程如图 4 所 示。 首 先， 对定子电流值和转子角度位置采样 ； 然后对电 流值进行坐标变换， 得到的电流值用来计算定子 ； 磁链 综合利用磁链和电流值得到磁链 、 转矩和转 子角度位置的估计值； 磁链和转矩估计值和相应 的参考值共同作为子系统的输入信号 。这个子系
表3 dψ s dT e 1 －1 1 －1 α（ 1 ） 2 6 3 5 高桥和野口电压矢量表 α（ 2 ） 3 1 4 6 α（ 3 ） 4 2 5 1 α（ 4 ） 5 3 6 2 α（ 5 ） 6 4 1 3 α（ 6 ） 1 5 2 4
图3
确定磁链矢量在第二扇区的例子
为了改变电磁转矩 ， 需要使用增加定子磁链 角度的矢量 。 如图 3 所示 ， 矢量 3 和 4 使转矩增 加， 矢量 5 和 6 使转矩减小 。 相应的 ， 采用不同 的矢量会 对 磁 链 产 生 不 同 影 响 （ 改 变 磁 链 大 小 和位置 ） 。
直接转矩控制系统的性能仿真分析
第２ ４卷 第 ３期
２０ ０ ８年 ９月
上
海
电 力 学２ ．
Ｓ ｐ ２ ０ ｅ ． ０ ８
Ｊｕｎｌ ｏ Ｓ ａｇ ａ Ｕｎｖｒｉ ｏ Ｅｅｔｃ Ｐ ｗ ｒ ０ ｒａ ｆ ｈｎ ｈｉ ｉｅｓｙ ｆ ｌｃ ｉ ｔ ｒ ｏ ｅ
ＭＥＩＢａ —ｈ ｎ ， ｉｓ ａ ＣＨＥＮ Ｈｕｉ ，ＴＡＮＧ ｎ ．ｅ ｇ Ｌｉ ｇ ｆｎ
（ ．Ｓｈｏ ｏ ｌ ｔｃ ｏ ｅ ａ ｄＡ ｔ ａｉｎＥ ｇｎｅｉ Ｓａ ｇ ａ Ｕ ｉ ｒｔ ｌ ｔｃ ｏ ｅ， ｈ ｎ ｈ ｉ １ ｃｏｌｆＥｅ ｒ ｗ ｒ ｎ ｕ ｍ ｔ ｎ ｉｅｒ ｇ， ｈ ｎ ｈ ｉ ｎ ｅ ｉ ｏ Ｅｅ ｒ ｗ ｒ Ｓ ａｇ ａ ｃｉ Ｐ ｏ ｏ ｎ ｖ ｓｙ ｆ ｃ ｉ Ｐ ２ ０９ ， ｈｎ ；．Ｃ ｌｇ Ｉ ｏｍ ｔｎＥ ｇｎｅ ｎ ， ｉｎ ｔｎＵ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｇａ ４ １０ ，Ｃ ｉａ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ ２ ｏ ｅｅ ｎ ｒ ａｉ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｘａ ｇａ ｎ ｅ ｉ Ｘａ ｔｎ １ １５ ｈｎ ； ｌ ｏ ｆ ｆ ｏ ｉ ｖ ｓｙ ｎ ３ Ｃ ｌｇ ． ｏｌ ｅ ｆＭｅｈ ｔ ｎ ｓ ｎｉｅｒ ｇａ ｄＡ ｔｍ ｔ ｎ Ｓ ａ ｇ ａ Ｕ ｉ ｒｔ， ｈ ｎ ｈ ｉ ２０ ２， ｈｎ ） ｅ ｏ ｃａｒ ｉ ｇｎｅ ｎ ｎ ｕｏ ａｉ ， ｈ ｎｈ ｉ ｎ ｅ ｉ Ｓａ ｇ ａ ０ ７ Ｃ ｉ ｏｃＥ ｉ ｏ ｖ ｓｙ ａ
特 性 易受 电机参 数 变 化 影 响 、 际 性 能 难 以达 到 实 理 论分 析结果 的一 些重 要 技术 问题 ． 接转 矩 控 直 制 系统 直接 在定子 坐标 系下 采用 空 间 电压矢 量 的 概 念来分 析 三相交 流 电机 的数学 模 型和 各控 制物 理 量 ， 问题 变得简 单 明 了． 使 直接 转矩 控 制 系统 具 有 以下几 个 特 点 ｊ采 用 Ｂｎ —ａｇ控 制 从 而 得 ： ａｇＢ ｎ
15-基于Matlab_Simulink的直接转矩控制系统仿真研究
（７）
３．２．２ 磁链与转矩滞环调节模块
磁链允许容差通过定义施密特触发器的上下触 发点来设置，输出 ｓｆ （０ 或 １）即磁链滞环调节器的输 出状态量。图 ４ 所示为定子磁链滞环调节模块。
如图５所示为转矩滞环调节子系统，其中ωｒ、ωｒ＊ 分别为观测所得转速和给定转速参考值，将其 ＰＩ 调 节后得到给定转矩和实际转矩。转矩滞环调节的输 出状态量 ＳＴ 有两种状态值，分别为 １ 和 ０，将 ＰＩ 调 节得到的给定转矩和实际转矩的差值与容差逻辑比 较，即可得到 ＳＴ 的值，在查电压矢量最优开关表时
从图 ６ 圆形磁链轨迹可明显看到电压矢量在
图 ７ 相电流波 图 ８ 电磁转矩曲线
图 ６ 圆形磁链轨迹
图 ９ 电机转速曲线 【下转第 １７２ 页】
第 ３２ 卷 第 １ 期 ２０１０－１ 【１０９】
西门子重磅出击亚洲版 ＳＰＳ —— ＳＩＡＦ ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ
ＳＩＡＦ ＧＵＡＮＧＺＨＯＵ 中国广州国际工业自动 化技术及装备展览会，是全球最大自动化展—— “ＳＰＳ／ＩＰＣ／ＤＲＩＶＥＳ 电气自动化展”与华南著名工 控展——“ＣＨＩＦＡ 中国（广州）国际工业控制自动 化及仪器仪表展”在中国的完美结合，２０１０ 年 ３ 月 ８～１１ 日在广州琶洲展馆举办。经过资源整合，展会 将借鉴 ＳＰＳ 成功办展经验和营销模式投入运行。
直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通 过控制电流、磁链等变量间接控制转矩，而是用空 间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子 磁链和电磁转矩进行直接控制［３］。该技术采用 Ｂａｎｇ － Ｂａｎｇ 控制从而可得到快速的转矩响应，并且由于 控制性能不受转子参数影响，所以可提高系统鲁棒 性，省去了旋转变换和电流控制，则可简化控制器 的结构。
基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计
运动控制课程设计班级：电气三班学号：姓名：基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计设计目的应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
1直接转矩控制的基本原理及规律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外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，因此而得名为直接转矩控制。
1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得在*转速和磁链系统实现解耦。
因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。
图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。
在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。
从以上介绍我们可以了解到DTC系统在具体控制方法上的一些特点：⑴转矩和磁链的控制采用双位式控制器，并在PWM的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，简化了控制器的姐结构。
三相异步电机直接转矩控制系统DTC仿真
目录摘要 (I)1 设计总体思路 (1)1.1主电路的设计 (1)1.2 基本原理 (1)2 单元电路设计 (3)2.1 直接转矩控制系统模型 (3)2.2 转速控制器 (4)2.3 直接转矩控制器 (4)2.4 转矩和定子磁链的计算 (5)2.5 磁通和转矩滞环控制器 (6)2.6 磁链选择器 (6)2.7 开关表 (7)2.8 开关控制模块 (8)3 实验仿真、实验波形记录及分析 (9)4 总结 (12)5 附录 (13)参考文献 (14)1 设计总体思路1.1主电路的设计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。
在他的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。
直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差s ψ∆的正负符号和电磁转矩偏差e T ∆的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量s ψ所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。
系统主电路如图1.1所示，由三相不控桥、交流母线、三相逆变器和异步电机组成，2812DSP 的脉冲信号控制全控器件的导通。
图1.1 系统主电路图1.2 基本原理直接转矩控制系统的原理结构如图1.2示，途中的A R ψ和ATR 分别为定子磁链调节器和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，他们的输出分别为定子磁链幅值偏差s ψ∆的符号函数sgn(s ψ)和电磁转矩偏差e T 的符号函数sgn(e T ∆)，如图1.2所示。
图中，定子磁链给定*s ψ与实际转速ω有关，在额定转速以下，e T ∆保持恒定，在额定转速以上，*s ψ随着ω的增加而减小。
P/N 为给定转矩极性鉴别器，当渴望的电磁转矩为正时，P/N=1，当渴望的电磁转矩为负时，P/N=0，对于不同的电磁转矩期望值，同样符号函数sgn(e T ∆)的控制效果是不同的。
(最新整理)三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告
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三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告摘要：利用直接转矩控制( DTC ）理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。
利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。
结果表明： DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。
仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。
关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真1 引言自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。
所谓矢量控制,就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦,然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。
直接转矩控制（Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的,是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。
其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比,它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
按定子磁链定向控制直接转矩控制系统仿真
按定子磁链定向控制直接转矩控制系统仿真要实现按定子磁链定向控制的直接转矩控制系统,还必须获得定子磁链和转矩信号,现在实用系统中,多借助定子磁链和转矩的数学模型,实时计算磁链的幅值和转矩.下面给出按定子磁链定向的直接转矩控制系统各部分环节的仿真模型.1.主电路的建模和参数设置在按定子磁链控制的直接转矩控制系统中,主电路是由直流电源,逆变器,交流电动机模块等组成.对于逆变器,可以采用电力电子模块组中选取”universal bridge”模块，取臂数为3，电力电子元件设置为IGBT/Diodes.交流电机取machines库中的Asynchronous Machine Si units 模块，参数设置为交流异步电动机，电压为380v,50hz, Rs=0.435 ,Rr=0.816,Llr’=0.002H,Lls=0.002H,Lms-=0.06931H，极对数为2。
直流电压参数为380v.控制电路模型和参数设置脉冲发生器建模。
由直接转矩控制的工作原理可知，此系统采用电压空间矢量控制的方法，当电机转速较高，钉子电阻造成的压降可以忽略时，其定子三相电压合成空间矢量us和定子磁链幅值Ψm的关系为us≈ddt(Ψme jw1t)=jw1Ψme jw1t=wΨme j(w1t+∏2)1公式表明电机旋转磁场的轨迹问题可以转换为电压空间矢量的运动轨迹问题。
在电压空间矢量控制时有八个工作状态，开关管VT1，VT2，VT3，导通，VT2，VT3，VT4导通VT3，VT4，VY5导通等，为了叙述方便，依次用电压矢u1,u2,u3,u4,u5,u6,u7,u8表示，其中u7,u8为零矢量。
从直接转矩控制原理可以知道脉冲发生器的作用在ΔTe,ΔΨ,都大于零时按照等顺序依次导通开关管，故采用六个PWM模块，参数设置为峰值为1，周期为0.002，脉冲宽度为50。
但六个PWM模块的延迟时间分别设置为0，0.0033，0.0066，0.0099，0.0165。
三相异步电动机直接转矩控制(DTC)系统仿真
1 直接转矩控制简介直接转矩控制（Direct Torque Control——DTC），国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。
直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。
这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。
直接转矩控制系统的主要特点有：（1）直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。
（2）直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。
（3）直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。
（4）直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。
直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band）产生PWM 波信号，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。
它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM 信号发生器。
它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。
2 直接转矩控制的理论基础2.1直接转矩控制的原理ψ的正负符号和电磁直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差ΔSψ所在位置，直接选取合适的转矩偏差ΔTe的正负符号，再依据当前定子磁链矢量S电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩和定子磁链的控制。
直接转矩控制是为电压源型PWM逆变器传动系统提出的一种先进的转矩控制技术，基于该技术的传动系统性能可与矢量控制的异步电动机传动系统性能相媲美。
直接转矩控制系统的性能仿真分析
直接转矩控制系统的性能仿真分析
直流矩控制系统性能仿真分析报告
本报告旨在对直流矩控制系统性能进行仿真分析，以了解其功能和使用特性。
首先，我们通过外部电源来模拟控制系统输入信号。
电源通过两个可调电容来模拟直流矩控制系统中的传感器信号。
接着，把一个电子放大器接到控制元件来模拟控制算法，将振荡的控制方程单元生成一系列的参考电位。
这些参考电位作为输入进入控制系统，通过比较和调整供电电流从而控制测量精度和延迟。
模拟实验结果显示，系统能够有效地通过调节输出信号来控制电流和负载的变化，实现较高的测量精度和低的延迟。
在各种不同的测试条件下，系统也表现出了很好的稳定性和可靠性。
此外，实验结果还表明，当信号被扰动时，系统也能够快速恢复原有的控制水平。
因此，经过对直流矩控制系统性能的仿真分析，证明该系统能够在满足性能要求的前提下有效地实现复杂任务的控制。
然而，这种系统也存在一些局限性，如传感器的灵敏度较低、非线性控制算法的非稳定性等。
本报告根据直流矩控制系统的性能仿真实验结果，得出结论，该系统实施控制任务时，能够保持较高的精度和较低的延迟，且具有较好的可靠性和稳定性。
但是，同时也存在一些局限性，需要在今后的设计和研究过程中进一步改进。
总之，仿真结果表明，直流矩控制系统具有较高的精度、较低的延迟、良好的稳定性和可靠性，能够满足控制任务的要求。
基于MatlabSimulink设计的直接转矩控制系统仿真
摘 要：本文设计了一种基于 MatlabSimulink 软件仿真的直接转矩控制系统，通过其数学仿真功能设计出直接
转矩控制系统的转矩调节、转速调节等模块，组成三相异步电动机的直接转矩控制系统。仿真结果证明了该
方法能够准确的控制三相异步电动机的速度和转矩稳定输出。
关键词：异步电动机；数学仿真；直接转矩
三直接转矩控制系统通过检测定子电压和电流，在 定子坐标系下观测电机的磁链、转矩，并将观测值与给定 的磁链、转矩相比较，综合考虑磁链和转矩信号选择电压 空间矢量，直接对电机定子磁链及转矩进行控制。本文 通过 Matlab Simulink 的建模仿真功能，建立了一种三相异 步电动机直接转矩控制系统仿真模型。
动方向是沿着定子电压的方向运MatlabSimulink 设计的直接转矩控制系统仿真
·31·
代表逆变器 A、B、C 的开关状态）。
电压空间矢量开关信号选择是直接转矩控制系统的 精髓。为了实现对定子磁链的闭环控制，需要判断定子 磁链的空间位置，根据定子磁链在静止两相 α-β 坐标系 下的空间角度 θ 得出定子磁链所在扇区（如图 2 所示）以 及电压矢量空间开关表最终得到电压空间矢量开关信 号。仿真模型如图 3 所示。
图 2 三相电压型逆变器的电压空间矢量
1.3 磁链滞环调节和转矩滞环调节
磁链滞环调节的目的就是根据估算出的磁链判断磁
链的运动轨迹位置，并且能够正确的反映变化的磁链开
关信号来选择相应的电压空间矢量。根据定子电压和定
子磁链之间的关系可以用公式(1)来表示：
∫ ψs（t）= （u（s t） - i（S t）Rs）dt ）
也可以写成微分形式：
（1）
图 3 电压矢量开关信号选择仿真模型
1.5 定子磁链 u-i 模型观测器
直接转矩控制系统仿真实验
直接转矩控制系统仿真实验田望同（江南大学物联网工程学院，江苏省无锡市）摘要：随着电力电子及数字信号处理技术的进步，变频调速技术得到了飞速的发展。
直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能技术。
与矢量控制相比较，省去了复杂的矢量变化、克服了矢量控制系统对电机转子参数的依赖性等缺点，具有转矩响应快、控制结构简单、易于实现全数字化的特点。
本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，在此基础上，通过Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性.关键词：直接转矩控制;异步电机;Matlab/Simulink仿真Simulationexperiment ofdirect torque controlsystemTianwangtong（Jiangnan University，School of Internet of Things Engineering）As the electric electronic and digital signal processor technologyprogresses，the adjustable—speed technology with variable frequency has a rapidlydevelopment．The Direct Torque (DTC)followingV ector Control is a new typeand high performance technology．Compare with V ector Control Which has complicatedcoordinate transformation and strong dependency of rotor parameters，the DTCtechnique of induction motors is known to have a simple control structure、fast torqueresponses and easy to implement．The basic principle and structure of DTC have been introduced，on this ground，UsingMatlab／Simulink build the simulation models which form the whole DTC simulationsystem．Then，DTC method prove to be of feasibility according to study and analyze thecharacteristic of the simulation system．.Keywords:Direct torque control; Induction motor ;Matlab/Simulink1引言（Introduction）直接转矩控制变频调速技术是用空间矢量分析方法，在二相静止坐标系下计算、控制异步电动机的磁链和转矩，采用两点式调节产生<=.信号，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。
(完整word版)异步电动机直接转矩控制系统仿真
现代电力传动及其自动化—课程作业异步电动机直接转矩控制系统仿真1、直接转矩控制系统的基本思想直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 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。
直接转矩控制是标量控制。
它借助于逆变器提供的电压空间矢量，直接对异步电动机的转矩和定子磁链进行二位控制，也称为砰-砰（bang-bang ）控制。
三相异步电动机电磁转矩表达式为:))()((m e t t K T r s ΨΨ⨯=)(sin m t K r s θψψ= (1.1)r s ψψ、分别为定子、转子磁链的模值，)(t θ为定子、转子磁链之间的夹角，称为磁通角。
对式（1.1）分析，电磁转矩决定于定子磁链和转子磁链的矢量积，即决定于两种幅值和其间的空间电角度。
若r s ψψ、 是常数,改变转矩角可改变转矩。
而且Ψr 的变化总是滞后于Ψs 的变化。
但是在动态过程中，由于控制的响应时间比转子的时间常数小得多，在短暂的过程中，就可以认为Ψr 不变。
可见只要通过控制保持Ψs 的幅值不变，就可以通过调节转矩角来改变和控制电磁转矩，这是直接转矩控制的基本原理。
图1.1 直接转矩控制系统原理图ω在定子两相静止坐标系下，根据磁链给定值与异步电机的实际磁链观测值相比较得到磁链误差，进而确定磁链的调节方向，根据给定的电磁转矩值与异步电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差，进而确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链信号、转矩信号以及定子磁链所在位置确定选择合适的电压空间矢量，从而确定三相电压源逆变器的开关状态，使异步电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩值。
由图1.1得直接转矩控制系统仿真结构框图，如图1.2所示。
图1.2 直接转矩控制系统仿真结构框图2、单元模块说明2.1 定子电压与定子电流的三二变换三相/两相变换矩阵如式（2.1），其仿真结构框图如图2.1所示。
⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323212113223c（2.1）图2.1 三相/两相变换矩阵仿真结构框图2.2 磁链估算模型经计算得定子磁链计算公式为（2.2）（2.3）（2.4），结构框图如图2.2、2.3所示。
05 异步电机直接转矩控制(DTC)系统仿真实验
电气与信息工程学院 2019年6月
教学内容： 1. 直接转矩控制原理分析 2. 仿真实验模型的搭建 3. 仿真实验结果的分析
1. 直接转矩控制原理分析
基本直接转矩控制系统
1. 直接转矩控制原理分析
直接转矩控制系统原理结构图
1. 直接转矩控制原理分析
Байду номын сангаас
2. 仿真实验模型的搭建
3. 仿真实验结果的分析
空载起动和加载过程的转速(上)、电磁转矩(中)、定子磁链(下) 7
3. 仿真实验结果的分析
转速(上)、电磁转矩(中)、定子磁链(下)的局部放大图 8
课后练习
将DTC系统与VC系统的仿真结果作比较，进一步地分析、 总结出两种控制系统的性能特点。
谢 谢！
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
由于直接转矩控制是基于静止坐标系的，因此采用 由于直接转矩控制是基于静止坐标系的，因此采用α-β坐标 坐标 系上的数学模型。如下所示。 系上的数学模型。如下所示。 电压矩阵方程： 电压矩阵方程：
磁链方程： 磁链方程：
电磁转矩方程： 电磁转矩方程：
具有鲁棒性强、 不同于矢量控制，直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态 响应速度快、控制结构简单等优点， 响应速度快、控制结构简单等优点，它在很大程度上解决了 矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题， 矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题， 主要缺点是在低速时转矩脉动大。 主要缺点是在低速时转矩脉动大。
原理简介
系统模型结构如下： 系统模型结构如下：
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
根据要求搭建仿真模型如下： 根据要求搭建仿真模型如下：
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
由仿真模型可得转速曲线如下： 由仿真模型可得转速曲线如下：
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
电流波形如下： 电流波形如下：
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
如图为直接转矩控制系统整体结构图。 如图为直接转矩控制系统整体结构图。
感应电机直接转矩控制系统仿真分析
原理简介
如上图中可以看出，直接转矩控制系统， 如上图中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转 子磁链幅值保持恒定， 子磁链幅值保持恒定，然后选择合理的非零矢量和零矢量的作 用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度， 用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改 变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。 变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。在直接转矩控制 技术中， 技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁 链的旋转速度，控制定子磁链走走停停， 链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平 的大小，从而改变磁通角的大小， 均旋转速度 的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电 动机转矩的目的。 动机转矩的目的。
直接转矩控制系统的Matlab建模与仿真
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电气传动 ２ ０ １ １年 第４ １卷 第１期
张令霞 ， 等： 直接转矩控制系统的 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 建模与仿真
子坐标系上 ， 异步电机的数学模型为 磁链方程
ｓ ｓ ｓ （ ｕ ｉ Ｒｓ） ｄ ｔ λ ｓ ｓ ｓ α＝ α－ α
张令霞 ， 张兴华 （ ） 南京工业大学 自动化学院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ９
／ 为解决传统的对控 制 系 统 建 模 方 法 复 杂 的 问 题 ， 给出一种基于 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ的 摘要 ： ｙ 异步电机空间矢量脉宽调制直接转矩控制系统的建模方法 。 采用结构化和模块化的设计方法 ， 利用 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 和Ｐ 建立了异步电机直接转矩控制变频调速系统 的 仿 真 模 型 。 详 细 介 绍 了 各 子 模 块 的 组 成 、 功能及构造 Ｓ Ｂ， 方法 。 该仿真模型可以真实地模拟实际系统 ， 实现简单 ， 便于修改 。 仿真和理论分析的结果一致 ， 验证了该建 模方法的可行性和有效性 。 关键词 ： 异步电机 ； 直接转矩控制 ； 空间矢量脉宽调制 ； 建模 ； 仿真 中图分类号 ： ＴＭ ３ ４ ３． ２； Ｔ Ｐ ３ ９ １． ９ 文献标识码 ： Ａ
１ 引言
交流异步电机具有结构简单 、 可靠性高 ， 宽调 速范围和价格低 廉 等 优 点 ， 广泛应用于现代交流 传动系统 。 然而 ， 异步电机又是一个多变量 、 强耦 合、 参数时变的非线性对象 ， 很难对其进行高性能
］ １－３ 。近 年 来， 随着电， 实现对电机输出转矩的 控制 。 具有转矩 动 态 响 应 快 ， 控制算法简单和鲁 棒性强的特点 。 本文 研 究 基 于 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 （ Ｓ Ｖ Ｐ －
基于Matlab_Simulink的直接转矩控制仿真系统_唐湘越
摘 要：直接转矩控制技术是一种具有优良静、动态性能的交流电机控制技术。
文章介绍了直接转矩控制技术的基本原理，并采用Matlab/Simulink 软件对直接转矩控制仿真系统进行了建立，通过对仿真系统的建立和仿真结果的分析，能为后续工作中正确建立硬件系统和编写软件应用程序具有指导意义，从而大大缩短了系统开发的时间，为下一步直接转矩控制的成功实现提供了基础。
关键词：直接转矩控制；异步电机；模型参考自适应；仿真系统中图分类号: TP391.9 文献标识码: A 文章编号：1673-1131(2010)01-043-04 一、直接转矩控制系统的基本原理直接转矩控制方法是1985年由德国鲁尔大学的Depen-brock 教授首次提出的，它是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型交流变频调速技术。
直接转矩控制是根据给定的电磁转矩指令与交流电机的实际电磁转矩观测值相比较得到转矩误差，确定转矩的调节方向，然后根据定子磁链的大小与相位角确定选择合适的定子电压空间矢量，从而确基于Matlab/S imulink的直接转矩控制仿真系统唐湘越/大连交通大学（大连·116028）The direct torque control simulation system Based on Matlab/SimulinkAbstract: The Direct Torque Control technology is a kind of AC motor control technology which has excellent static and dynamic performance.The article introduces the basic principles of Direct Torque Control technology and set up simulation system of direct torque control using Matlab / Simulink software , through setting up the simulation system and analysising simulation results, it can set up the hardware system correctly and software applications giving the preparation of guidance, thus it reduces system development time greatly and provides the basis for implementation about direct torque control for the next step of success.Key words: Direct Torque Control; Asynchronous motor; model reference adaptive; Simulation System定三相电压源逆变器的开关状态，使交流电机的电磁转矩快速跟踪外部给定的电磁转矩指令值。
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目录1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 (1)1.1直接转矩控制系统原理与特点 (1)1.2直接转矩系统的控制规律和反馈系统 (3)2系统建模与仿真 (5)2.1模块模型实现 (5)2.1.1电机模型 (6)2.1.2磁通和转矩滞环控制器 (7)2.1.3磁链选择器 (8)2.1.4电压矢量选择 (9)2.1.5其他模块 (10)3感受和体会 (11)附录 (12)参考文献 (18)直接转矩控制技术仿真分析1直接转矩控制的基本原理及特点与规律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外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，因此而得名为直接转矩控制。
1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，在*T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得转速和磁链系统实现解耦。
因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。
图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。
在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。
直接转矩控制作为一种交流调速的控制技术具有以下特点：①直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，直接控制电机的磁链和转矩。
它不需要将交流电动机和直流电动机做比较等效简化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，它省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。
因此，它所需要的信号处理工作特别简单，所用的信号使观察者对于交流电动机的物理过程能够做出直接和明确的判断。
②直接转矩以定子磁场定向，只要知道定子参数就可以把它观测出来。
而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机的转子电阻和电感。
因此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。
③直接转矩控制采用空间电压矢量和六边形磁链轨迹，直接控制转矩。
④转矩和磁链都采用两点式调节，把误差限制在容许的范围内，控制直接又简化。
⑤控制信号的物理概念明确，转矩响应快，具有较高的静、动态性能。
由于以上的优点所以直接转矩控制技术在现代控制理论中得到广泛的运用。
1.2直接转矩系统的控制规律和反馈系统在DTC 系统中采用的是两相静止坐标（αβ坐标），为了简化数学模型，由三相坐标变换成两相是非常重要的，所以可以避开旋转变换。
由式（1-1）和式（1-2）可得ααααααψs s s s m s s s s s p i R pi L pi L i R u +=++= （1-1） ββββββψs s s s m s s s s s p i R pi L pi L i R u +=++= （1-2）移项并积分后得（1-3）（1-4）式（1-3）和式（1-4）就是图1-1中所采用的定子磁链模型，其结构框图如图1-2所示。
它适合于中低速时切换到电流模型，这是上述能提高鲁棒性的优点就不得不丢弃。
图1-2 定子磁链模型结构框图 在两相静止坐标系上的电磁转矩表达式为)(βααβs s r s m p e i i i i L n T -= （1-5） 整理可得⎰-=dt i R u s s s s )(αααψ⎰-=dt i R u s s s s )(αααψAu B u Cu Ai B i Ci αψS βψS)(βααβs s r s p e i i i i n T -= （1-6）这就是DTC 系统所用的系统模型，结构图如图1-3所示。
图1-3 转矩模型结构框图αψs βψs e2系统建模与仿真2.1模块模型实现建立如图2-1所示的直接转矩控制系统仿真模型，其中电动机采用基于 坐标系的数学模型，转速采用积分和输出限幅的PI调节器，定子磁链和转矩调节器采用带有滞环的双位式控制器，电压矢量选择环节采用simulink中的s函数编写。
2-1直接转矩控制系统仿真模型2.1.1电机模型在进行异步电机的仿真时，没有必要对四种状态方程逐一进行，只要以一种为内核，在外围加上坐标变换和状态变换，就可得到在不同的坐标下、不同状态量的仿真结果。
因此在此处建立以定子磁链、转速和电流为状态变量的状态结构为核心，构建异步电机仿真模型，如图2-2.其中Rt=（Rs*Lr*Lr*Rr*Lm*Lm ）/(Lr*Lr)。
（2-1）1.定子磁链计算定子磁链的模拟和离散计算式为()s s s s u R i dt αβαβαβψ=-⎰ （2-2） ()()()121s s s s s KT z u R i Z αβαβαβψ+=-- （2-3）式中，s u αβ和s i αβ为αβ两相坐标系上的钉子电压和电流，K 为积分系数，sT 为采样时间。
磁链计算采用离散梯形积分，模块给出磁链，并由Complex toMagnitude-Angle 计算磁链s ψ的幅值和转角。
2.转矩计算电动机转矩计算式为()32e s s s s T p i i βααβψψ=- （2-4） 式中，p 为电动积极对数。
图2-2异步电机仿真模型2.1.2磁通和转矩滞环控制器电动机的转矩和磁链都采用滞环控制，其控制器结构如图2-3所示。
转矩控制是三位滞环控制方式，在转矩滞环宽度设为e dT 时，当转矩偏差大于/2e dT +和小于/2e dT -时，滞环模块分别输出“1”和“3”，当滞环模块输出为“2”时，经或非门NOR 输出状态“2”。
磁链控制是二位滞环控制，分别输出“1”和“2”。
图2-3转矩滞环控制器模块2.1.3磁链选择器直接转矩控制将磁链空间划分为6个区间，如图2-4所示，磁链选择器模块s ψ的位置角ϕ，判断磁链s ψ运行在哪一个分区。
磁链选择器结构如图2-5所示。
图2-4磁链矢量空间图2-5 Flux sector seeker 模块结构2.1.4电压矢量选择电压矢量环节采用s_function模块，如图2-6所示，s函数见附录。
图2-6电压矢量选择环节2.1.5其他模块仿真模型其他模块结构如下图所示。
图2-7两相坐标变换图2-8 K/P变换图2-9电流环图2-10 3/2变换3感受和体会通过这次课程设计，我发现了很多平时学习上的不足，也学到了很多以前没有涉及到得知识，在平时的学习中常常都是考试要考什么，我就学什么，对于一些公式根本就没有去理解和推导，导致考完试以后就把这些知识给忘掉，没有能够转化成自己的知识，所以刚刚开始做课设时有点吃力，但是在查阅了很多资料后慢慢对直接转矩控制系统仿真有了自己的理解。
尽管这次没有完全做出仿真结果，但我依然觉得学到了很多东西，再等我们这个小组钻研一段时间，应该就能完全弄懂，主要是现在时间真的很紧。
作为一名自动化的学生，通过这门课设学到了很多在课本上学习不到的知识，这这次课程设计也培养了我们的团队合作精神，让几个人一起作一个课题可以让我们更好的发挥自己的特长。
课程设计中我既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了MATLAB的一些基本使用方法。
同时，这次课程设计也培养了我认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
另外还要真诚感谢胡红明老师在我课设期间给我的帮助，学术探讨及建议。
附录function[sys,x0,str,ts,simStateCompliance]=caotian(t,x,u,flag,u1, u2,u3,u4,k)switch flagcase 0[sys,x0,str,ts,simStateCompliance] =mdlInitializeSizes(k);case 1sys = mdlDerivatives(t,x,u,k);case {2,9}sys = [];case 3sys = mdlOutputs(t,x,u);otherwiseDAStudio.error('Simulink:blocks:unhandledFlag',num2str(flag));endfunction [sys,x0,str,ts,simStateCompliance] = mdlInitializeSizes(k)sizes = simsizes;sizes.NumContStates = 1;sizes.NumDiscStates = 0;sizes.NumOutputs = 1;sizes.NumInputs = 1;sizes.DirFeedthrough = 0;sizes.NumSampleTimes = 1;sys = simsizes(sizes);str = [];x0 = [];ts = [0 0];simStateCompliance = 'DefaultSimState'; function sys = mdlDerivatives(t,x,u,k) if(u(1)==1&u(2)==1&u(3)==1)k=1;elseif(u(1)==1&u(2)==1&u(3)==0)k=2;elseif(u(1)==1&u(2)==0&u(3)==1)k=3;elseif(u(1)==1&u(2)==0&u(3)==0)k=4;elseif(u(1)==0&u(2)==1&u(3)==1)k=5;elseif(u(1)==0&u(2)==1&u(3)==0)k=6;elseif(u(1)==0&u(2)==0&u(3)==1)k=7;elseif(u(1)==0&u(2)==0&u(3)==0)k=8;endswitch u(4)case 1if(k==1)SA=1;SB=1;SC=0;else if(k==2)SA=1;SB=0;SC=0;else if(k==3)SA=0;SB=1;SC=0;else if(k==4)SB=1;SC=1;else if(k==5) SA=1;SB=0;SC=0;else if(k==6) SA=1;SB=0;SC=1;else if(k==7) SA=0;SB=1;SC=1;else if(k==8) SA=0;SB=0;SC=1;endcase 2if(k==1)SA=0;SB=1;SC=0;else if(k==2)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==3)SA=0;SB=1;SC=1;else if(k==4)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==5) SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==6) SA=1;SB=0;else if(k==7)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==8)SA=1;SB=0;SC=1;endcase 3if(k==1)SA=0;SB=1;SC=1;else if(k==2)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==3)SA=0;SB=0;SC=1;else if(k==4)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==5)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==6) SA=1;SB=1;SC=0;elseif(k==7)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==8)SA=1;SB=0;SC=0;endcase 4if(k==1)SA=0;SB=0;SC=1;else if(k==2)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==3)SA=1;SB=0;SC=1;else if(k==4) SA=1;SB=1;SC=1;elseif(k==5)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==6)SA=0;SB=1;SC=0;elseif(k==7)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==8)SA=1;SB=1;SC=0;endcase 5if(k==1)SA=0;SB=1;SC=0;else if(k==2)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==3) SA=0;SB=1;SC=1;else if(k==4) SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==5)SA=0;SB=0;SC=0;elseif(k==6) SA=1;SB=0;SC=1;else if(k==7)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==8) SA=1;SB=0;SC=1;endcase 6if(k==1)SA=0;SB=1;SC=0;else if(k==2)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==3) SA=0;SB=1;SC=1;else if(k==4) SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==5)SA=0;SB=0;SC=0;else if(k==6)SA=1;SB=0;SC=1;else if(k==7)SA=1;SB=1;SC=1;else if(k==8)SA=1;SB=0;SC=1;endendendfunction sys = mdlOutputs(t,x,u)sys = x;参考文献[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业出版社，2002.[2]邹伯敏.自动控制理论.机械工业出版社,2003.[3]徐月华,汪仁煌.MATLAB在直流调速设计中的应用.广东工业大学,2001.[4]马葆庆,孙庆光.直流电动机的动态数学模型.电工技术,1997.[5]周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真.中国电力出版社,2003.[6]Leonhard W. Control of Electrical Drives Springer-Verlag,2001.。