异步电机的直接转矩控制
异步电机控制算法基础
异步电机控制算法基础异步电机，又称感应电机，是工业应用中最常见的电动机类型之一。
它的运行不依赖于外部的同步信号，而是通过内部的电磁感应产生转矩。
由于其结构简单、维护成本低以及可靠性高等特点，异步电机在诸多领域，如制造业、风力发电、水泵系统等都发挥着重要的作用。
随着电力电子技术、微处理器技术和控制理论的发展，异步电机的控制算法也日益丰富和精确。
本文将详细探讨异步电机控制算法的基础理论，包括数学模型、控制策略及其在实际系统中的应用。
一、异步电机的基本数学模型理解异步电机的控制算法，首先要从其数学模型入手。
异步电机的数学模型相对复杂，但可以通过合理的简化和假设来降低其复杂性。
常用的数学模型有dq轴模型、αβ轴模型以及基于这些模型的派生模型。
1. dq轴模型dq轴模型是通过Park变换将三相异步电机的电压、电流和磁链等物理量从静止的abc坐标系转换到旋转的dq坐标系中。
在dq坐标系下，电机的电压方程、磁链方程和转矩方程可以表示为相对简单的形式，便于分析和设计控制器。
2. αβ轴模型αβ轴模型是通过Clarke变换将三相异步电机的物理量从abc坐标系转换到两相正交的αβ坐标系中。
这种模型在分析和设计某些类型的控制器（如直接转矩控制）时特别有用。
二、异步电机的控制策略异步电机的控制策略主要可以分为两大类：矢量控制（也称为场向量控制）和直接转矩控制。
1. 矢量控制矢量控制是一种高性能的异步电机控制策略，它通过模拟直流电机的控制方式来独立控制异步电机的转矩和磁通。
矢量控制的核心思想是通过坐标变换将异步电机的定子电流分解为产生磁通的励磁分量和产生转矩的转矩分量，然后分别对这两个分量进行控制。
通过这种方式，矢量控制可以实现异步电机的高性能调速，包括快速的动态响应、高精度的速度控制和宽广的调速范围。
2. 直接转矩控制直接转矩控制是一种直接控制异步电机电磁转矩的控制策略。
它不需要进行复杂的坐标变换，而是直接在定子坐标系下计算和控制电机的转矩。
异步电机直接转矩控制策略
异步电机直接转矩控制策略研究目的
提高控制性能
通过直接控制电机的转矩和磁链 ，实现更快速、更精确的电机控
制，提高控制性能。
简化控制算法
直接转矩控制策略简化了传统控制 策略的算法，降低了对控制硬件的 要求。
推广应用
通过深入研究直接转矩控制策略的 原理和应用，为该策略在更多领域 的应用提供理论支持和实践指导。
异步电机直接转矩控制策略
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目录
• 引言 • 异步电机直接转矩控制策略基
本原理 • 异步电机直接转矩控制策略实
现方法 • 异步电机直接转矩控制策略性
能分析
目录
• 异步电机直接转矩控制策略优 化方法
• 异步电机直接转矩控制策略实 验验证
01
引言
异步电机直接转矩控制控制策略基 本原理
异步电机基本原理
异步电机结构
异步电机由定子和转子组成，定 子绕组产生旋转磁场，转子感应 电流产生转矩。
异步电机工作原理
异步电机工作时，旋转磁场与转 子电流相互作用产生转矩，使转 子转动。
直接转矩控制的提出
异步电机在工业、交通、能源等领域 应用广泛，对控制策略提出较高要求 。
为了简化控制算法和提高控制性能， 直接转矩控制策略被提出，通过直接 控制电机的转矩和磁链来实现高性能 控制。
传统控制策略的局限性
传统的异步电机控制策略如矢量控制 、场向量控制等，虽然能够实现高性 能控制，但算法复杂，对控制硬件要 求较高。
异步电机直接转矩控制策略
DTC策略的高性能算法改进
无差拍控制
采用无差拍控制技术，减少转矩和磁链的脉动，提高动态响应性 能。
空间矢量调制
引入空间矢量调制技术，优化电压矢量分配，降低谐波损耗，提高 运行效率。
滑模变结构控制
采用滑模变结构控制方法，增强系统的鲁棒性，抑制参数摄动和干 扰影响。
基于先进控制理论的DTC策略优化
1 2 3
控制方法
DTC采用滞环比较器和开 关表进行非线性控制，而 传统矢量控制通常采用PI 调节器等线性控制方法。
响应速度
DTC具有更快的转矩响应 速度，因为其直接控制转 矩而无需经过电流环。
DTC策略的优势与局限性
优势 01
• 快速转矩响应：DTC策略能够实现对电机转矩 的快速、精确控制。
02
• 简单实现：相较于其他复杂控制策略，DTC策 略实现起来较为简单，成本较低。
无速度传感器DTC策略
无速度传感器原理
该方法通过观测电机的电流、电 压等易测量，估计电机的速度和 位置，实现无需速度传感器的直
接转矩控制。
优点
无需安装速度传感器，降低了系 统成本和复杂度，提高了系统的
可靠性和适应性。
缺点
由于速度和位置的估计是基于电 机参数的，因此参数准确性和鲁 棒性对控制性能影响较大。同时
工作原理
当定子绕组通入三相交流电时，会在气隙中产生旋转磁场。这个旋转磁场与转子导体产生相对 运动，从而在转子导体中产生感应电动势和感应电流。根据楞次定律和左手定则，感应电流与 旋转磁场相互作用产生电磁力，驱动转子转动。
异步电机在电力系统中的应用
01 拖动各种生产机械
异步电机由于结构简单、维护方便、价格适中， 被广泛应用于拖动各种生产机械，如风机、水泵 、压缩机、机床等。
浅析异步电动机直接转矩控制系统
- 79 -工 业 技 术０ 前言基于交流调速具有显著的优越性，以电力电子器件及计算机技术的不断发展为支撑，20世纪90年代以来，异步电动机变频调速技术得到了快速发展。
目前广泛研究应用的调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。
相比于其他变频调速技术，直接转矩控制具有系统结构简单、动态性能更好、鲁棒性强等优势。
该文就异步电动机的直流转矩控制做了简要分析。
１ 直接转矩控制技术的应用背景及发展现状直接转矩控制技术是20世纪80年代中期诞生的，美国学者A．B．Plunkett 1977年在IEEE 杂志上首次提出，德国鲁尔大学的德彭伯罗克教授于1985年第一次进行实际应用。
该技术的提出较大程度地解决了矢量控制等技术存在的问题，如计算量较大、控制系统结构复杂等。
但是传统的直接转矩控制也存在低速范围内转矩脉动大等缺陷，随着技术的发展，新型直接转矩控制技术不断出现，传统技术存在的问题得以不断改善。
当前，日、美、德等国家都致力于该技术的开发，其趋势不断向最优的全数字化发展。
如直接转矩控制中引入DSP 芯片，加强了数据处理的实时性、快速性以及数字控制功能，实现了数据监视、诊断和保护等。
再如，将现代控制理论的多种控制策略如非线性控制、模糊控制、神经网络控制等应用到直接转矩控制中，弥补其固有的一些缺陷，提高系统的动态和鲁棒性能等。
目前，主要的新型直接转矩控制技术有3种。
1）直接转矩无差拍控制。
该技术是一种离散化的直接转矩控制系统。
依据异步电动机的数学模型，得出转矩偏差与电动机各物理量间的数学关系，可消除定子磁链模值以及电磁转矩动、静态误差。
从技术上，该系统逆变器的开关频率得以提高并保持稳定，无滞环比较器，电压谐波减少，电机的低速性能提高，缺点是该技术依赖电机参数，计算量较大，算法实现难度高[1]。
2）直接解耦控制（DDC）。
有2种方法，一种含有PI 调节器即PI-DDC，该法消除转矩脉动能力强，动、静态特性较好，纵使转速极低（5rad/sec），转矩脉动也很小，主要问题是计算量比较大，因为该法需同时估计定子磁链和转子磁链；另一种就是预测直接解耦控制即P-DDC。
异步电机的直接转矩控制
异步电机的直接转矩控制异步电机通过直接转矩控制，有效结语了适量变化模式对应的坐标变换及计算和为解耦，使得异步电动机数学模型得以进一步简化。
因此，其主要具有系统转矩响应速度快、控制信号处理概念明确以及控制简单等优势。
作为一种具备动态、高静功能的交流调速控制模式，电机对应转矩具体大小和定、转子磁链的幅值和它们的火角的乘积表现为正相关的联系。
现实使用过程中，额定值指的是保障定子磁链幅值，使得电动机铁芯能够得以充分利用，负债则直接决定转子磁链的幅值。
所以，通过控制定、转子磁链，就能够实现针对电机转矩实施控制的目标。
转矩要想得以改变，则需要通过针对磁链角实施控制来达成，而磁链角的变化需要电压矢量控制来达成，工作电壓矢量可以促进定子磁链走，而零电压则可以促使定子磁链停，通过针对电压矢量实施控制，能够促使定子磁链实现走走停停的目标。
标签：异步电机；直接转矩；控制4 仿真结果从图1中可以看出：圆形磁链控制的磁链增加的很快，自我调节性能很好，磁链一直在被限定的范围内。
起动时，转矩以平滑的曲线迅速上升，符合快速起动的要求；与六边形磁链控制相比，转矩上升的速度更加的迅速，因而起动性能比六边形优越。
5 结论（1）直接转矩控制系统本身的性能通常不会受到电机参数造成的干扰。
处在超低频状态下，定子电阻中的电压则会干扰整个系统，所以必须要进行准确的判断，并进行精准的补偿。
（2）直接转矩控制系统形成PWM。
脉冲是以产生圆形气隙磁场为主要目标，使得电机的谐波损耗、温升、转矩波动和噪声降低。
但是，根据开关频率和微机运行速度选择开关状态需要很大技巧。
所以最佳开关策的研究是需要探讨的问题。
（3）方便数字化、结构简单以及容易实现属于直接转矩控制系统的主要优势。
所以，达成数字化的目标具有重要的现实意义。
当前索要解决的关键问题在于实时性，寻找折中的方案就成为社会各界共同关注的焦点。
参考文献：[1]陈时伯，电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社，2003.[2]袁登科，徐国卿，胡波，项安.直接转矩控制交流调速系统转速调节器的设计研究[R].[3]史乃.电机学[M].机械工业出版社，2001.[4]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社，2009.[5]Caominh T，Hori Y.Convergence improvement of efficiency optimization control of induction motor drives.IEEE Transactions on Industry Applications，2001，37（06）：1746-1753.作者简介：郭瑜（1976-），女，山西榆次人，本科，工程师，从事机电设备维修工作。
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告开题报告一、选题背景及意义异步电机是一种常用的电动机类型，具有体积小、重量轻、可靠性高等优点，广泛应用于工业生产中。
在传统的异步电机控制系统中，通常采用矢量控制或者传统的感应电机转矩控制方法。
然而，这些方法存在一些问题，如控制精度不高、系统响应时间长等。
为了解决这些问题，越来越多的研究者倾向于使用直接转矩控制（DTC）方法来控制异步电机。
直接转矩控制是一种开环控制方法，通过检测电机内部变量来实时调整控制策略，从而实现对电机转矩的直接控制。
相比传统的闭环控制方法，直接转矩控制具有响应快、控制精度高等优点。
因此，研究异步电机直接转矩控制系统具有重要的理论和实际意义。
二、研究目标及内容本次研究的目标是设计和实现一种高性能的异步电机直接转矩控制系统。
具体而言，研究内容包括以下几个方面：1.异步电机的数学模型建立：通过对异步电机的电磁特性进行分析，建立电机各个变量之间的数学关系。
2.直接转矩控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，使得控制系统能够实现对电机转矩的直接控制。
3.控制系统的硬件实现：搭建实验平台，选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置，实现控制系统的硬件部分。
4.控制系统的软件实现：通过编程语言，编写控制系统的软件程序，实现控制策略的实时调整和电机转矩的控制。
5.控制系统的性能评估与优化：通过实验测试，对控制系统进行性能评估，分析其控制精度、响应时间等指标，并对系统进行优化。
三、研究方法与技术路线本次研究将采用实验研究的方法，具体分为以下几个步骤：1.理论研究和调研：对异步电机直接转矩控制系统的相关理论进行研究，了解目前的研究现状和存在的问题。
2.数学模型的建立：通过分析异步电机的电磁特性，建立电机各个变量之间的数学关系，得到电机的数学模型。
3.控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，并进行仿真验证。
直接转矩控制
异步电动机直接转矩控制基本原理从1985年德国鲁尔大学德彭布洛克（Depenbrock ）教授首次提出直接转矩控制理论以来，短短十几年时间，直接转矩控制理论以它简明的系统结构，优良的静、动态性能得到迅猛发展和应用。
1 异步电动机的数学模型异步电机数学模型是一个高阶、强耦合、多变量、非线性系统。
理想状态下（一般这样假设）电机三相（定、转子）均对称，定、转子表面光滑，无齿槽效应，电机气隙磁势在空间正弦分布，铁心涡流、饱和及磁滞损耗不计。
在固定坐标系下（α，β，0），用异步电机转子的量来表示异步电机数学模型（则有r u α＝r u β＝0）。
基本方程如下： ⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+--+++=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡r r s s r r rmm r r r mm m ss m s s s s i i i i L R L L LL L R L L L L R L L R u u βαβαβαωωωω........000000 （1） )()(r s r s m p s s s s p e i i i i L n i i n T βααβαββαψψ-=-= （2） pe p n FTL T dt n Jd ωω--= （3） s R、s L ：定子电阻和自感 r R 、r L ：转子电阻和自感m L ：定子互感ω：电机转子角速度，即机械角速度s u α 、s u β：定子电压（α、β）分量 s i α 、s i β：定子电流（α、β）分量r u α、r u β：转子电压（α、β）分量 r i α、r i β：转子电压（α、β）分量J ，F 分别为机械转动惯量和机械磨擦系数本文均采用空间矢量分析方法，图1是异步电机的空间矢量等效图，在正交定子坐标系（βα-各个物理量定义如下：)(t u s —定子电压空间矢量)(t i s —定子电流空间矢量 )(t i r —转子电流空间矢量)(t s ψ—定子磁链空间矢量ω —电角速度依图1以下表达式表示异步电机在定子坐标系下的方程：s s s s i R U ψ += (4) 0 =r r i R -r ψ+j ωr ψ (5)s ψ=L u i (6) r ψ =s ψ-r i L σ (7)定子旋转磁场输出功率为（下式s ω表示定子旋转磁场的频率）：P=d s T ω=*}{23s s i RE ψ=)(23ββααψψs s s s i i + (8) 并且有 s .ψ＝)(βαωs s s ji i L j + (9)把表达式(9)分解到（βα-）坐标下得：ββαψωωψs s s s s Li -=-=.（10）ααβψωωψs s s s s Li -=-=.（11）把式（10）和式（11）代入式（8）得转矩表达式：)(23αββαψψs s s s d i i T -=（12） 从图1可得：r u s i i i +=，结合式（6）、式（7）得： )(231βααβσψψψr s r s d i L T -=（13） 上式也可以表示成（θ为磁通角，即定子磁链与转子磁链之间的夹角）：θψψσsin 231r s d L T =（14） 定子磁链的幅值根据式（4）由定子电压积分来计算的，而转子磁链幅值由负载决定的，它根据式（5）由转子电流决定，而稳态转矩据式（14）则通过计算磁通角来实现。
异步电机直接转矩控制技术若干问题研究的开题报告
异步电机直接转矩控制技术若干问题研究的开题报告
题目：异步电机直接转矩控制技术若干问题研究
1. 研究背景和意义：
异步电机作为一种应用广泛、成本较低的电动机，被广泛应用于各种工业领域。
随着科技不断进步和市场需求的不断增加，对异步电机直接转矩控制技术的要求也越来越高。
直接转矩控制技术能够使异步电机在精度、能效和可靠性上都得到了大幅度提升，因此在工业应用中具有广阔的发展前景。
2. 研究目的和内容：
本研究旨在对异步电机直接转矩控制技术的若干关键问题进行系统研究和深入分析，包括但不限于：
（1）直接转矩控制技术的原理、实现方式和优势。
（2）直接转矩控制技术中所涉及的控制算法、参数调节、传感器选择等问题。
（3）直接转矩控制技术的实际应用案例及其效果分析。
3. 研究方法：
本研究将使用文献调研和实验测试相结合的方法，通过对相关论文、专利和技术报告进行深入分析和总结，以及对实验数据的采集、处理和分析，来探讨异步电机直接转矩控制技术的关键问题。
4. 研究预期成果：
通过本研究，我们预期能够深入理解异步电机直接转矩控制技术的原理和优势，掌握直接转矩控制技术所涉及的关键算法、参数调节和传感器选择技术，了解直接转矩控制技术在实际工业应用中的效果和局限，进而为该技术的广泛应用和推广贡献自己的力量。
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真
异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）已成为电动机控制领域的重要研究方向。
该控制系统以其快速响应、高鲁棒性和简单的结构特性，在电力驱动、工业自动化、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在通过MATLAB仿真平台，对异步电动机直接转矩控制系统进行深入研究和探讨。
本文将首先介绍异步电动机直接转矩控制的基本原理和主要特点，包括其与传统矢量控制方法的区别和优势。
随后，将详细阐述异步电动机的数学模型，以及DTC系统中转矩和磁链的控制策略。
在此基础上，利用MATLAB/Simulink仿真软件，构建异步电动机DTC系统的仿真模型，并对仿真模型中的关键参数和模块进行详细设计。
本文的重点在于通过仿真实验，分析异步电动机DTC系统的动态性能和稳态性能，探讨不同控制参数对系统性能的影响。
将针对仿真结果中出现的问题和不足，提出相应的改进措施和优化策略，以提高DTC系统的控制精度和稳定性。
本文将对异步电动机直接转矩控制系统的未来发展趋势和应用前景进行展望，为相关领域的研究人员和工程师提供参考和借鉴。
二、异步电动机直接转矩控制系统理论基础异步电动机直接转矩控制系统（Direct Torque Control, DTC）是一种高效的电机控制策略，旨在直接控制电机的转矩和磁链，从而实现快速动态响应和优良的控制性能。
与传统的矢量控制相比，DTC具有算法简单、易于数字化实现、对电机参数变化不敏感等优点。
异步电动机DTC系统的理论基础主要建立在电机转矩和磁链的直接控制上。
在DTC中，通过检测电机的定子电压和电流，利用空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）或滞环比较器（Hysteresis Comparator）等控制手段，直接计算出所需的电压矢量，以实现对转矩和磁链的快速调节。
第三十八讲%20异步电动机直接转矩控制ppt
免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响
应也是有限的。
20
直接转矩控制系统存在的问题
直接转矩控制系统的存在的问题：
采用双位式控制，实际转矩必然在上下限
内脉动；
磁链计算采用了带积分环节的电压模型，
积分初值、累积误差和定子电阻的变化都
会影响磁链计算的准确度。
接用这两个控制信号产生输出电压，省去
了旋转变换和电流控制，简化了控制器的
结构。
选择定子磁链作为被控量，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。
19
直接转矩控制系统的特点
直接转矩控制系统的特点：
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
电磁转矩偏差ΔTe>0，Sgn（ΔTe）=1， 应使定子磁场正向旋转，使实际转矩加大。 电磁转矩偏差ΔTe<0，Sgn（ΔTe）=0， 采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。 15
直接转矩控制系统
当期望的电磁转矩为负时，P/N=0
电磁转矩偏差ΔTe<0，Sgn（ΔTe）=0 ，应使定子磁场反向旋转，使实际转矩反 向增大。 电磁转矩偏差ΔTe>0，Sgn（ΔTe）=1 ，采用定子磁场停止转动，使反向电磁转 矩减小。
16
直接转矩控制系统
定子电压输出矢量
17
定子磁链和转矩计算
利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符 号，根据当前定子磁链矢量所在的位置， 直接选取合适的定子电压矢量。 定子磁链和转矩的直接检测比较困难，
多采用按模型计算的方法。
18
直接转矩控制系统的特点
直接转矩控制系统的特点：
异步电机直接转矩控制系统的仿真研究
在一 定 的容 差 范 围 内， 直接 对 逆变 器 开关 状 态进Ｏ Ｏ 制 。 Ｏ 广 泛 行控 Ｏ 目前 应用 于 三相 异 步 电动机 、 关磁 阻 电动机 和 永磁 同步 电动机 等 。 开 但 好 多方案 的 研究 仅 限于 试验 ， 业 化 方面 的 应用 不 理想 ， 产 且低 速 性
Ｄ； ｎ ｉ。ｎ ｃ ｅ ｇ ｙ ｉ 。 ｇ ｕ ａ ｑｇ ｇ ｈ ｎ ｕ ｚ ｄ ｎ ｈ ａ
异步 电机直接 转矩控制 系统 的仿真研究
李 君 王 忠 庆 （ 中北接 转 矩 控 制 的 原 理 和 仿 真 模 搭 建 ， 基 本 原 理 、 介 从 结构 特 点 、 现 策 略 等 方 面 对 其 进 行 了 详 细 论 述 。 通 过对 转 矩 调 节 和 磁 实
＝
（ ２ ）
Ｒ ０ ０ ０ ０
式 中 ， 为 负载转 矩 ； 为 电动机 的转动 惯 量 ； 为与 转速 成 正 比的 ． ， Ｄ
Ｏ Ｔ ｒｕ ｏ ｔ １ 成 为继 矢量 控制 之 后 又一 新 兴 的交流 调 Ｏ Ｏ 控 转 矩 阻尼 系 数 ； 为扭 转 弹性 转矩 系 数 ； 为极 对 数 。 ｏｑ ｅ ｎ ｏ） Ｃ ｒ 速领 域 Ｋ 只 Ｏ
能等 。 ［］ １２ 异步 电动机 的 数学 模 型和 坐 标变 换 ．
影 响而 使 得系 统 的鲁 棒 性 能下 降 的 问题 。它 强调 转矩 的直 接控 制
效果， 采用 离散 的 两 点式 调 节器 （ ａｇＢ ｎ 控 制） 将 转 矩观 测 值 Ｂ ｎ－ ａｇ ，
使 其 建 立数 学 模型 之前 ，必须 明确 对于 正 方 向 的规 定 ，如 图 ｌ 所 与转 矩 给 定值 作 比较 ， 转矩 波 动 限定 在一 定 的误 差 范 围之 内， Ｖ ＷＭ 波形 控 制信 号 。 ［ ｚ ］ 示 ， 方 向规 定如 下 ： １ 电压 正 方 向 （ 头 方 向， 同） 电压 降低 结 果作 为产 生 逆变 器 Ｓ Ｐ 正 （） 箭 下 为
异步电动机直接转矩控制基本原理
从式（14）可知，异步电机的转矩由定、转子磁链的幅值、磁通角 决定的。而转子磁链幅值由负载决定的。为了充分利用电机铁芯，保持定子磁链为恒量。改变转矩可以通过磁通角来实现，即通过改变电压空间矢量 来控制定子磁链旋转速度，使其走走停停，以达到改变定子磁链的平均速度 ，从而实现改变磁通角 ，最后达到控制转矩的目的。这个过程可以用图9来解释。 时刻定子与转子磁链分别为 、
把逆变器的输出电压用空间矢量来表示，电压空间顺序见图4。 表示电压矢量，则7有个离散的电压空间矢
量。每个工作电压空间矢量在空间位置
相差60°，矢量以逆时针顺序旋转，即顺序为 → → → → → 。其中六边形的中心是零电压矢量。
对异步电机三相分析，将三维矢
量转化为二维矢量，在这用Park
变换。将异步电机三相定子坐标
直接转矩控制是根据定子磁链 ，转矩 的要求，从1～7状态中选出一个最佳控制矢量使电机运行在特定的状态。
3磁链控制
磁链控制的任务是识别磁链的运动轨迹的区段或位置，给出正确的磁链开关信号，以产生相应的电压空间矢量，控制六边形轨迹或圆形轨迹正确地旋转。
3.1 磁链轨迹的控制
由式（4）可得：
（17）
如果忽略 则式（17）可表示成
系的 轴与Park矢量复平面的实
轴 重合，则三相物理量 、
、 的Park矢量 为：
＝ [ + + ]（15）
其中 ＝ 。
由图 2的接法，其输出电压空间矢量 的Park矢量变换表达式为：
＝ [ ＋ + ] （16）
、 、 分别是a、b、c三相定子负载绕组的相电压。依图3给出的 、 、 并代入式（16）可以计算出从1～6各个状态输出的电压空间矢量 。
各个物理量定义如下：
(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。
第8讲 异步电动机的直接转矩控制系统
4
ω *r
T*e ωr
2、直接转矩控 制系统的原理
Ψ *s Ψs
Te
和VC系统一样，直接转矩控制控制系统分别控制异步电动 机的转矩(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*e，在T*e后面设置转矩控制环，它可以抑制磁链 变化对转速的影响，从而使转速和磁链系统近似解耦。因此， 从总体控制结构上看，直接转矩控制系统(DTC)和矢量控制系 5 统(VC)是一致的，都能获得较高的静、动态性能。
3
鉴于电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起、制动时 需要快速瞬态转矩响应，1985年德国鲁尔大学的Depenbrock 教授研制了直接自控制系统(DSR)，并提出了直接转矩控制理 论，该理论采用转矩模型和电压型磁链模型，以及电压空间 矢量控制PWM逆变器，实现转速和磁链的砰－砰控制(BangBang Control) 。这在很大程度上解决了矢量控制中计算控 制复杂、特性易受电动机参数影响的问题。
a
U 5 ( 001)
U 6 (101) 14
图8-1 电压空间矢量
二、电压空间矢量对定子磁链和转矩的控制作用
1、定子磁链与定子电压的关系 d s u s Rs is (8 12) dt d s 忽略定子电阻的影响： s u (8 13) dt s u s t (8 14) 通过改变定子电压矢量的大小、方向及所作用的时间就 能对定子磁链矢量进行调节。
8
综前所述，直接转矩控制，采用电压空间矢量的分析方法， 直接在定子坐标系下计算控制交流电机的转矩，采用定子磁 场定向，借助了离散滞环调节(Bang-Bang控制)产生PWM信号， 直接对逆变器开关状态进行最优控制，以获得转矩的高动态 性能。
异步电机直接转矩控制
直接转矩控制系统主要特点
在具体控制方法上，DTC系统和VC系统有所不同， ⑴ 转矩和磁链的控制采用Bang—Bang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，省去了矢量旋 转变换和电流控制，简化了控制器的结构； ⑵ 选择定子磁链作为被控量，而不像VC系统那样选择转子 磁链，计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响，提 高了控制系统的鲁棒性。
•电压空间矢量 Vs V jV
•a-b-c系 系坐标变换（3 / 2)
Vs 23[Vab＋Vbcej23 Vcaej43 ]
(1)
•按3 / 2变换关系，可定出逆变器输出8个电压空间矢量的
空间位置
幅值大小
转向
以
开
关
状
态
（
S
a
S
b
S
）
c
＝1
0
0为
例
据
图
2
有
：
Va
＝
b
＋
Vbc＝0
E
Vca＝ － E
S0 不变－Te
0
Te
说明实际转矩 Te
瞬时值在
T
e
Te
间变化
平均值 Te＝ Te
3、转矩与定、转子磁链 s ，r的关系
•
Te
KT Lm
s
r
KT Lm
s
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s , r
s ,
大
r
小
恒
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时
，
T e s in
异步电机直接转矩控制策略
汇报人：日期:CATALOGUE 目录•异步电机概述•直接转矩控制（DTC）策略简介•异步电机DTC策略的实现方法•异步电机DTC策略的性能优化•异步电机DTC策略的应用案例与未来展望01异步电机概述异步电机的定义和工作原理定义异步电机，又称感应电机，是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
与同步电机不同，异步电机的转子速度与定子磁场旋转速度存在一定的转速差。
工作原理当定子绕组通入三相交流电时，会在气隙中产生旋转磁场。
这个旋转磁场与转子导体产生相对运动，从而在转子导体中产生感应电动势和感应电流。
根据电磁感应原理，这个感应电流会与旋转磁场相互作用，产生电磁力，驱动转子转动。
发电机的励磁异步电机可以作为发电机的励磁机，通过控制励磁电流来调节发电机的输出电压和频率。
电力系统的调峰填谷异步电机可以作为电力系统的调峰填谷手段，通过控制其运行状态来调节电力系统的有功功率和无功功率。
拖动各种生产机械异步电机具有结构简单、运行可靠、维护方便等优点，因此被广泛应用于拖动各种生产机械，如风机、水泵、压缩机等。
异步电机在电力系统中的应用异步电机控制的重要性提高运行效率01通过采用先进的控制策略，可以提高异步电机的运行效率，降低能耗，实现节能减排。
改善电能质量02异步电机的运行状态直接影响到电力系统的电能质量。
通过有效控制异步电机，可以减少谐波、降低电压波动和闪变，提高电能质量。
增强系统稳定性03异步电机作为电力系统的重要组成部分，其稳定性对于整个系统的稳定运行至关重要。
采用适当的控制策略，可以提高异步电机的稳定性，增强整个电力系统的稳定性。
02直接转矩控制（DTC）策略简介电压矢量选择DTC策略中，根据电机的当前状态和期望的转矩，选择合适的电压矢量来驱动电机。
这种选择通常基于查找表或者优化的算法。
原理概述DTC策略基于电机的电磁转矩方程，通过直接调节电机的电压矢量来控制转矩，从而实现对电机速度和位置的精确控制。
转矩和磁链观测为了实时调节电机的转矩，DTC 策略需要实时观测电机的转矩和磁链。
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究一、引言异步电动机作为工业中最为常见的电动机之一，广泛应用于风机、水泵、压缩机等场合。
而在这些应用中，对于电动机的控制往往需要对其转矩进行精准的控制。
传统的异步电动机控制方法中，常常采用间接矢量控制或者感应电机速度闭环控制等方式来实现对电机转矩的控制，但是这些方法在低速范围内的性能往往无法满足要求。
近年来，研究者们开始关注直接转矩控制(DTC)方法在低速范围内的应用，以期望能够获得更好的低速性能。
本文将探讨在低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法，包括其原理、控制策略、实现方式等方面的研究进展并进行分析，旨在为该领域的研究者和工程师提供一定的参考和借鉴。
二、低速范围内的异步电动机特性分析在低速范围内，异步电动机的矢量控制性能往往受到限制，主要表现在以下几个方面：1. 起动性能较差：在低速范围内，由于电机的电磁转矩较小，因此电机的起动性能较差，需要较大的起动电流才能使电机正常启动。
2. 转矩波动较大：在低速范围内，电机的电磁转矩受到电网频率的影响较大，因此电机的转矩波动较大，难以实现精准的转矩控制。
3. 饱和现象严重：在低速范围内，电机的磁通饱和现象较为严重，导致电机的转矩输出受到限制。
传统的矢量控制方法在低速范围内往往难以满足对电机转矩精准控制的需求，因此需要采用新的控制方法来解决这一问题。
三、直接转矩控制原理直接转矩控制(DTC)是一种基于转矩和磁链的控制方法，其核心思想是通过控制电机的定子电流和磁链来实现对电机转矩的精准控制。
在DTC控制系统中，通过测量和计算电机的定子电流和磁链，然后根据控制策略来调节定子电流和磁链的大小和方向，以实现对电机转矩的控制。
具体来说，DTC控制系统包括以下几个关键环节：1. 电流和磁链的测量：通过传感器或者估计算法来测量电机的定子电流和磁链。
2. 转矩和磁链的计算：根据测量得到的电机定子电流和磁链，通过数学模型来计算电机的转矩和磁链大小和方向。
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通过磁通减弱速度的操作来研究对异步电机直接转矩控制概要-对于异步电机直接转矩控制，弱磁运行时需要当电机的运动速度超过额定速度。
确定弱磁运行点的关键是速度的控制。
在本文中，定子磁链的定义是通过最大平均同步速度来直接控制算法以及计算公式。
在此基础上，通过torque-slip定子磁场来定向控制模型的建立。
弱磁运行区域可通过2个必要条件，最大平均同步转速和扭矩必须分别超过额定转速和阻尼力矩（阻尼转矩和负载转矩时加载），并且弱磁运行点是根据定子铁芯确定的。
功率和电流的公式，分别给出了弱磁通过运行点来检查安全领域的。
实验结果证明了文中方法的正确性和有效性来确定弱磁的。
关键词—直接转矩控制，弱磁，感应电机。
一、简介直接转矩控制（直接转矩控制）已发展为一个新的技术的交流驱动器[ 1]-[ 2]。
今天，直接转矩控制和风险投资（向量控制）已成为最常用的方法在交流传动控制领域[ 3]-[ 7]。
与传统的磁场定向控制技术，直接转矩控制算法不需要坐标变换和脉宽调制调节器，从而使控制策略与结构变得简单。
在直接转矩控制提出和发展后[ 8]，该算法也被发扬光大在永磁同步电机[9]和[13 - 17]无刷直流电机控制领域。
电机在弱磁区的运作所需的许多应用中，[ 18 ]提出了最大转矩电流控制比方案，并在[ 19]永磁同步电机直接转矩控制，弱磁运行中进行分析。
对于无刷直流电机弱磁的运行，[ 20]和[ 21]已经作出的假设磁场分别是班轮和正弦。
[ 22]用谐波分析方法，它采用d - q 模型分析了基波和谐波。
在本文中，定子磁链最大平均同步速度被定义，然后给出的估算公式之间的关系和对定子磁链给定最大平均同步转速和定子磁链振幅的分析，因此第一个必要条件异步电机磁通减弱的速度也就是定子磁链在弱磁点最大平均同步速度必须大于电机运行速度。
然后torque-slip异步电机模型推导出最大平均同步速度，其中第二个必要条件，异步电动机的磁通减弱操作速度被获得，最大平均同步速度在弱磁点的扭矩必须大于阻尼力矩（当加载时的阻尼转矩和负载转矩）对于被两个必要条件和最佳的弱磁运行点获得的弱磁区的定子铁芯做出的利用分析。
在权力的限制和目前的操作点进行检查。
电机弱磁运行点所确定的算法，本文提出说明了实验结果。
二、最大平均同步速度在异步电动机直接转矩控制算法中，定子磁链最大平均同步速度的定义是：当定子磁链继续循环转动时（这儿是非零向量和反向向量），这个平均速度就是定子磁链最大平均同步速度。
如图1所示的是定子磁链最大平均同步速度计算图表。
在那里，D是滞后的带宽，它已被假定为。
点A是在α固定轴和以下方程获得的：这儿是非零向量，并且定子磁链的运动周期是：图1。
最大平均计算定子磁链同步速度计算图表然而它已被假定，根据几何关系，给出了下列表达式：因此，定子磁链的最大平均同步速度大约可以计算如下：当电机需要运行在，定子磁链已经减少，这时获得。
因此，异步电机弱磁运行速度的第一个必要条件是在定子磁链已经减少后，最大平均同步速度要高于电机的运行速度，这时：三、感应电机转矩模型IM的稳态模型在同步旋转坐标d-q可以被表示成矩阵形式如下：把带进去，力矩表示为：当保持一定，图表中和的变化如图2所示。
在图2中，点A 对应的最大理论扭矩，可以写为：然后忽略定子和转子漏电感，假设，所以在电机正常运作时，已假定。
在图2中重线显示的是作业区的感应电机。
当电机运行在一定的速度，这是不可能有无负载或有不同的负载量，从而使电机的电磁转矩不同。
在直接转矩控制中，图2中C点是操作点，当电动机在一定的速度（空载）。
当需要运行在恒定速度（加载），当定子磁链在运动周期时，减少一些零向量可以提高定子磁链的平均同步速度，从而提高滑移和电磁转矩，并且使操作点从C点移动到D点。
此外，如果负载增加，一些零向量必须相应降低，然后操作点D继续向上走直到达到极限点B。
在这一点上，没有任何零向量和运行在最大平均同步速度的定子磁链，因此扭矩点B被定义为平均最大同步速度转矩。
在直接转矩控制感应电机系统中，定子磁链的振幅是恒定的，所以当电机工作在一定的速度，电机转矩变化会随着定子磁链平均同步速度的变化而变化。
图2。
torque-slip模型图图3。
最大平均速度同步定子磁链和转矩的关系图在一个中断周期，推进向量是用来增加瞬时滑动，从而增加电磁转矩。
然而零向量的引进是为了立即改变负滑。
从而电磁转矩会迅速下降。
总的来说，在一个定子磁链运动周期，采用零向量实际上是调整的定子磁链平均速度，因此电机电磁转矩的变化，即实现速度控制操作。
电机机械运动方程（空载）是由:对于稳定运行的速度，这就要求当电机转速，电机的最大平均同步速度转矩必须满足，如图3。
图3显示当定子磁链的变化时电机最大平均同步转速（速度），其中的关键操作点是A和B.因此，异步电机弱磁运行速度的第二必要条件已经获得，这是：在弱磁运行，该电机最大平均同步转度要高于，即：如果电机加载，（20）变成为：四、示例A.最大平均同步速度的计算放参数表TABLE I进入（1）到（9）可以获得：这额定电压通量和非零向量种方法的情况下，，定子磁链的最大平均同步速度4917转作为一个运动周期。
所以如果电机需要运行在5000转速，磁链弱化是必要的。
图4显示的是最大平均同步速度和定子磁链的关系图。
如图4所示，如果电机要运行在5000转，定子磁链的幅值要小于0.0541wb。
图4。
最大平均同步速度和定子磁链关系图图5。
最大平均同步速度转矩和定子磁链关系图B .扭矩的计算根据第二种情况，提出了电机运行在5000转时，最大平均同步速度的转矩和定子磁链的关系图如图5所示。
图5表明，最大平均同步速度的转矩高于阻尼转矩，磁场的取值范围必须是，根据图4的结果，弱磁区的范围被确定为。
C.不同操作点在弱磁区的分析选择不同的会导致不同的定子磁链的最大平均同步转速扭矩。
在定子磁链的一个运动周期内，为了工作在5000转，不同数量的零向量是用来改变定子磁链同步转速，从而改变滑动和进一步控制扭矩。
考虑到定子铁芯的使用，0.049wb是最接近额定磁通，因此弱磁运行点选择为D.检查电机功率和电流(1)检查功率上述方程清楚地表明，当弱磁点的功率小于额定功率，电机有一个正常运作(2)检查电流五、实验实验进行了一个异步电机采用来自德克萨斯仪器中的TMS 320 F 2812数字信号处理器（数字信号处理器）。
电机参数在TABLE I中。
图6显示当定子磁链减少到0.048wb时的速度响应，这里的速度要求5000转。
如图6所示，在弱磁运行时，电机可以稳定运行在5000转。
当定子磁链的变化在15秒内从0.048wb到0.052wb，电机的速度响应如图7所示。
图7清楚地显示当定子磁链逐步变化到0.052wb，这时超越的弱磁区，所以速度下降到4810转。
图8所示当定子磁链步的变化在15s内从0.048wb到0.050wb时的速度响应。
图6。
在弱磁运行点速度响应的实验结果图7。
在磁通变化时的速度响应的实验结果图8。
在通量变化时速度和向量各自的响应的实验结果如图8所示，当定子磁链逐步改变到0.050wb时，这时超出了弱磁区，因此速度下降到4915转。
于此同时，图8上面显示的向量信号已经被采用到电机中的每歌中断周期内，这儿高脉冲代表推进向量和低脉冲代表零向量。
当时，这时的速度还没有达到的要求的速度，这里转矩滞环控制器的输出是“零”，这时扭矩的需要增加，因此推进向量在这段时间里被使用，因此电机工作在最大平均同步速度并且产生的最大平均同步速度转矩来迅速提高速度。
然而当，电机转速达5000转时如图5所示，这里最大同步转矩高于阻尼力矩，因此零向量是常用来减小平均电磁转矩，操作点移动从C到D如图5所示，这表明带有理论分析的仿真结果的一致性。
此外，当t>5秒，有非零向量，但由于在弱磁区外，即使电机工作在最大平均同步速度的状态下，速度仍然下降到4910转。
在本文中实验结果与模拟结果的一致性验证了理论分析的可靠性，也验证了文中提出了确定弱磁运行点的两个必要条件的可行性和正确性。
六、结论（1）在感应电机的直接转矩控制算法中，当电机运行在恒转矩区域下面的额定速度，定子磁链的振幅是额定值；但当电动机运行在高于额定速度的恒定功率区域内时，这时必须需要弱磁运行。
（2）通过最大平均同步速度要高于电机运行速度和电机最大平均同步速度扭矩要高于阻尼转矩这两2个必要条件，可以确定磁链弱化了调速范围。
为了定子铁芯充分利用，它应该选择接近在弱磁区的操作点额定值的通量值，。
然后利用功率和电流限制检查弱磁操作点的表达式来保证这个店的安全性。
（3）从扭矩控制的角度来看，零向量的采用是为了改变这个平均滑动，并因此通过改变转矩来控制速度。
如果电机工作在最大平均同步速度需要有非零向量这个限制条件。
（4）带有仿真的理论推导和实验结果的一致性验证本文算法可以初步用于确定通量削弱了操作点的速度在直接转矩控制的异步电动机中。
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