运动控制系统(七)-四版
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在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又 分电流模型和电压模型两种。
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在两相静止坐标系上计算转子磁链的电流模型
iA iB
is
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变换 is
旋转 ism
变换 VR
ist
Lm Tr p 1
sin
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Lm s
采用磁链开环的控制方式，无需转子磁链幅值， 但对于矢量变换而言，仍然需要转子磁链的位 置信号。由此可知，转子磁链的计算仍然不可 避免，如果利用给转子磁链定值间接计算转子 磁链的位置，可简化系统结构，这种方法称为 间接定向。
间接定向的特点
用定子电流转矩分量给定值和转子磁链给定 值计算转差频率给定信号，
计算转子磁链的电压模型
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图6-31 计算转子磁链的电压模型
电压模型的特点
优点： 算法相对比较简单，易于微机实时计算。
与转子电阻无关，因此受电动机参数变化的影 响较小。
不需要转速信息，这对无速度传感器的系统来 说很有价值。
* s
Lm
Tr
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（6-93）
将转差频率给定信号加上实际转速，得到坐 标系的旋转角速度，经积分环节产生矢量变 换角，实现转差频率控制功能。
（2）定子电流励磁分量给定信号和转子磁 链给定信号之间的关系是靠式
ism
Trs 1
Lm
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（6-94）
建立的，比例微分环节在动态中获得强迫励 磁效应，从而克服实际磁通的滞后。
计算转子磁链的电压模型
根据电压方程中感应电动势等于磁链的变化率， 利用反电动势的积分求得转子磁链。
利用两相静止坐标系下的定子电压方程求得。
计算转子磁链的电压模型
根据实测的电压和电流信号计算转子磁链
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在按转子磁链定向两相旋转坐标系上计算转子磁 链的电流模型
电流模型的不足之处
上述两种计算转子磁链的电流模型都需要实测 的定子电流和转速信号，不论转速高低时都能 适用，但都受电动机参数变化的影响。例如电 机温升和频率变化都会影响转子电阻，磁饱和 程度将影响电感。这些影响都将导致磁链幅值 与位置信号失真，而反馈信号的失真必然使磁 链闭环控制系统的性能降低，这是电流模型的 不足之处。
2 结构特点
转速、转矩双闭环 ASR的输出作为电磁转矩的给定信号； 设置转矩控制内环，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。
3 控制特点
与VC系统一样，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：
矢量控制系统的特点
采用连续的PI控制，转矩与磁链变化平稳， 电流闭环控制可有效地限制起、制动电流。
矢量控制系统存在的问题
转子磁链计算精度受易于变化的转子电 阻的影响，转子磁链的角度精度影响定 向的准确性。
需要矢量变换，系统结构复杂，运算量 大。
6.7 异步电动机按定子磁链 控制的直接转矩控制系统
在80年代中期，德国学者depenbrock教授于 1985年提出直接转矩控制，其思路是把电机 和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢量分 析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型pwm逆变器的开关状态直接控制转 矩。因此，无需对定子电流进行解耦，免去矢 量变换的复杂计算，控制结构简单。
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，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。
磁链开环转差型矢量控制系统
间接定向的矢量控制系统借助于矢量控制方程 中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统。
它继承了基于稳态模型转差频率控制系统的优 点，又利用基于动态模型的矢量控制规律克服 了它大部分的不足之处。
矢量控制系统的特点
按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分 量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控制。 转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环 节，可以采用磁链闭环控制，也可以是开 环控制。
按转子磁链定向矢量控制的基本思想
坐标变换和按转子磁链定向，可以得到等效的 直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中， 用直流机的方法控制电磁转矩与磁链，然后将 转子磁链定向坐标系中的控制量经逆变换得到 三相坐标系的对应量，以实施控制。
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变换 is
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旋转 变换
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Lm Tr p 1
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Fra Baidu bibliotek
Te
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Jp
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等效直流电动机模型
矢量变换及等效直流电动机模型
6.6.2按转子磁链定向矢量控制的 基本思想
图6-20 矢量控制系统原理结构图
电流闭环控制
图6-23 三相电流闭环控制的矢量控制系统结构图
转子磁链计算
转子磁链的直接检测相对困难，现在实用的系 统中，多采用间接计算的方法，即利用容易测 得的定子电压、电流或转速等信号，借助于转 子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。
直接转矩控制系统系统组成原理图
逆变器异 步电动机
基本思想：根据定子磁链幅值偏差的符号 和电磁转矩偏差的符号，再依据当前定子 磁链矢量所在的位置，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。
磁链开环转差型矢量控制系统— —间接定向
图6-32 磁链开环转差型矢量控制系统
缺点：电压模型包含纯积分项，积分的初始值 和累积误差都影响计算结果，在低速时，定子 电阻压降变化的影响也较大。
电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型 能适应低速。可将两种模型组合使用，在低速 时采用电流模型，中高速采用电压模型。
6.6.6磁链开环转差型矢量控制系 统——间接定向
图6-32 磁链开环转差型矢量控制系统
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在两相静止坐标系上计算转子磁链的电流模型
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采用磁链开环的控制方式，无需转子磁链幅值， 但对于矢量变换而言，仍然需要转子磁链的位 置信号。由此可知，转子磁链的计算仍然不可 避免，如果利用给转子磁链定值间接计算转子 磁链的位置，可简化系统结构，这种方法称为 间接定向。
间接定向的特点
用定子电流转矩分量给定值和转子磁链给定 值计算转差频率给定信号，
计算转子磁链的电压模型
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图6-31 计算转子磁链的电压模型
电压模型的特点
优点： 算法相对比较简单，易于微机实时计算。
与转子电阻无关，因此受电动机参数变化的影 响较小。
不需要转速信息，这对无速度传感器的系统来 说很有价值。
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将转差频率给定信号加上实际转速，得到坐 标系的旋转角速度，经积分环节产生矢量变 换角，实现转差频率控制功能。
（2）定子电流励磁分量给定信号和转子磁 链给定信号之间的关系是靠式
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建立的，比例微分环节在动态中获得强迫励 磁效应，从而克服实际磁通的滞后。
计算转子磁链的电压模型
根据电压方程中感应电动势等于磁链的变化率， 利用反电动势的积分求得转子磁链。
利用两相静止坐标系下的定子电压方程求得。
计算转子磁链的电压模型
根据实测的电压和电流信号计算转子磁链
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在按转子磁链定向两相旋转坐标系上计算转子磁 链的电流模型
电流模型的不足之处
上述两种计算转子磁链的电流模型都需要实测 的定子电流和转速信号，不论转速高低时都能 适用，但都受电动机参数变化的影响。例如电 机温升和频率变化都会影响转子电阻，磁饱和 程度将影响电感。这些影响都将导致磁链幅值 与位置信号失真，而反馈信号的失真必然使磁 链闭环控制系统的性能降低，这是电流模型的 不足之处。
2 结构特点
转速、转矩双闭环 ASR的输出作为电磁转矩的给定信号； 设置转矩控制内环，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。
3 控制特点
与VC系统一样，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：
矢量控制系统的特点
采用连续的PI控制，转矩与磁链变化平稳， 电流闭环控制可有效地限制起、制动电流。
矢量控制系统存在的问题
转子磁链计算精度受易于变化的转子电 阻的影响，转子磁链的角度精度影响定 向的准确性。
需要矢量变换，系统结构复杂，运算量 大。
6.7 异步电动机按定子磁链 控制的直接转矩控制系统
在80年代中期，德国学者depenbrock教授于 1985年提出直接转矩控制，其思路是把电机 和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢量分 析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型pwm逆变器的开关状态直接控制转 矩。因此，无需对定子电流进行解耦，免去矢 量变换的复杂计算，控制结构简单。
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，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。
磁链开环转差型矢量控制系统
间接定向的矢量控制系统借助于矢量控制方程 中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统。
它继承了基于稳态模型转差频率控制系统的优 点，又利用基于动态模型的矢量控制规律克服 了它大部分的不足之处。
矢量控制系统的特点
按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分 量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控制。 转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环 节，可以采用磁链闭环控制，也可以是开 环控制。
按转子磁链定向矢量控制的基本思想
坐标变换和按转子磁链定向，可以得到等效的 直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中， 用直流机的方法控制电磁转矩与磁链，然后将 转子磁链定向坐标系中的控制量经逆变换得到 三相坐标系的对应量，以实施控制。
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等效直流电动机模型
矢量变换及等效直流电动机模型
6.6.2按转子磁链定向矢量控制的 基本思想
图6-20 矢量控制系统原理结构图
电流闭环控制
图6-23 三相电流闭环控制的矢量控制系统结构图
转子磁链计算
转子磁链的直接检测相对困难，现在实用的系 统中，多采用间接计算的方法，即利用容易测 得的定子电压、电流或转速等信号，借助于转 子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。
直接转矩控制系统系统组成原理图
逆变器异 步电动机
基本思想：根据定子磁链幅值偏差的符号 和电磁转矩偏差的符号，再依据当前定子 磁链矢量所在的位置，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。
磁链开环转差型矢量控制系统— —间接定向
图6-32 磁链开环转差型矢量控制系统
缺点：电压模型包含纯积分项，积分的初始值 和累积误差都影响计算结果，在低速时，定子 电阻压降变化的影响也较大。
电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型 能适应低速。可将两种模型组合使用，在低速 时采用电流模型，中高速采用电压模型。
6.6.6磁链开环转差型矢量控制系 统——间接定向
图6-32 磁链开环转差型矢量控制系统