最新交流调速系统第3章
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表6-1列出了两种系统的特点与性能的比 较。
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
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①
有
调速范围
不够宽
比较宽
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。
在电压空间矢量按磁链控制的同时，也 接受转矩的砰-砰控制。
例如：以正转（T*e > 0）的情况为例 当实际转矩低于T*e 的允许偏差下限时， 按磁链控制得到相应的电压空间矢量， 使定子磁链向前旋转，转矩上升。
当实际转矩达到 T*e 允许偏差上限时，不 论磁链如何，立即切换到零电压矢量， 使定子磁链静止不动，转矩下降。
稳态时，上述情况不断重复，使转Βιβλιοθήκη Baidu波 动被控制在允许范围之内。
4. DTC系统存在的问题
1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上 下限内脉动，而不是完全恒定的。
2）由于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。
这就是DTC系统所用的转矩模型，其结构 框图示于图6-64。
转矩模型结构
图6-64 转矩模型结构框图
3. 电压空间矢量和逆变器的开关状态的选择
在图6-62所示的 DTC 系统中，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。
2. 转矩反馈计算模型
由式（7-38）已知，在静止两相坐标系 上的电磁转矩表达式为
TenpLm (isβirαisαirβ)
又由式（7-37）可知
irα
1 Lm
(sα
Lsisα)
irβ
1
Lm
(sβ
Lsisβ)
电磁转矩方程 代入式（7-38）并整理后得
Tenp(isβ sαisα sβ) （6-148）
sβ(usβRsisβ)dt
（9-2）
上式就是图6-62中所采用的定子磁链模 型，其结构框图如图6-63所示。
定子磁链电压模型结构
图6-63 定子磁链模型结构框图
上图所示，显然这是一个电压模型。它 适合于以中、高速运行的系统，在低速时 误差较大，甚至无法应用，必要时，只好 在低速时切换到电流模型，这时上述能提 高鲁棒性的优点就不得不丢弃了。
①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。
从表6-1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。
结束语
谢谢大家聆听！！！
33
这两个问题的影响在低速时都比较显著， 因而使DTC系统的调速范围受到限制。
为了解决这些问题，许多学者做过不少 的研究工作，使它们得到一定程度的改善， 但并不能完全消除。
5. 主要的改进方案
基本框架不变，改进具体的控制方法
1）对磁链偏差实行细化，接近圆形； 2）对转矩偏差进行细化，减少转矩脉动； 3）对电压空间矢量实行无差拍调制和预测控制； 4）对电压空间矢量实行智能控制。
改砰-砰控制为连续控制 1）线性调节器代替砰-砰控制； PI控制：连续控制，失去了鲁棒性
2）按定子磁链定向的控制系统。
( T rp 1 ) s (T rp 1 ) L s is d L s T rs is q
3.3 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Ψr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Ψr 定向受电 动机转子参数变化的影响，降低了系统的 鲁棒性。
• DTC系统特点
DTC系统则实行 Te 与Ψs 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。
u s α R s i s α L s p s α L im p r α i R s i s α p s α
u s β R s is β L sp s β i L m p r β iR s is β ps β
定子磁链计算公式 移项并积分后得
sα(usαRsisα)dt
（9-1）
交流调速系统第3章
3.1 直接转矩控制系统的原理和特点
系统组成
逆变器异 步电动机
图6-62 按定子磁链控制的直接转矩控制系统
1. 定子磁链反馈计算模型
DTC系统采用的是两相静止坐标（ 坐
标），为了简化数学模型，由三相坐标变 换到两相坐标是必要的，所避开的仅仅是 旋转变换。由式（7-36）和式（7-37）可 知
表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较
性能与特点
直接转矩控制系统
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①
有
调速范围
不够宽
比较宽
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。
在电压空间矢量按磁链控制的同时，也 接受转矩的砰-砰控制。
例如：以正转（T*e > 0）的情况为例 当实际转矩低于T*e 的允许偏差下限时， 按磁链控制得到相应的电压空间矢量， 使定子磁链向前旋转，转矩上升。
当实际转矩达到 T*e 允许偏差上限时，不 论磁链如何，立即切换到零电压矢量， 使定子磁链静止不动，转矩下降。
稳态时，上述情况不断重复，使转Βιβλιοθήκη Baidu波 动被控制在允许范围之内。
4. DTC系统存在的问题
1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上 下限内脉动，而不是完全恒定的。
2）由于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。
这就是DTC系统所用的转矩模型，其结构 框图示于图6-64。
转矩模型结构
图6-64 转矩模型结构框图
3. 电压空间矢量和逆变器的开关状态的选择
在图6-62所示的 DTC 系统中，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。
2. 转矩反馈计算模型
由式（7-38）已知，在静止两相坐标系 上的电磁转矩表达式为
TenpLm (isβirαisαirβ)
又由式（7-37）可知
irα
1 Lm
(sα
Lsisα)
irβ
1
Lm
(sβ
Lsisβ)
电磁转矩方程 代入式（7-38）并整理后得
Tenp(isβ sαisα sβ) （6-148）
sβ(usβRsisβ)dt
（9-2）
上式就是图6-62中所采用的定子磁链模 型，其结构框图如图6-63所示。
定子磁链电压模型结构
图6-63 定子磁链模型结构框图
上图所示，显然这是一个电压模型。它 适合于以中、高速运行的系统，在低速时 误差较大，甚至无法应用，必要时，只好 在低速时切换到电流模型，这时上述能提 高鲁棒性的优点就不得不丢弃了。
①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。
从表6-1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。
结束语
谢谢大家聆听！！！
33
这两个问题的影响在低速时都比较显著， 因而使DTC系统的调速范围受到限制。
为了解决这些问题，许多学者做过不少 的研究工作，使它们得到一定程度的改善， 但并不能完全消除。
5. 主要的改进方案
基本框架不变，改进具体的控制方法
1）对磁链偏差实行细化，接近圆形； 2）对转矩偏差进行细化，减少转矩脉动； 3）对电压空间矢量实行无差拍调制和预测控制； 4）对电压空间矢量实行智能控制。
改砰-砰控制为连续控制 1）线性调节器代替砰-砰控制； PI控制：连续控制，失去了鲁棒性
2）按定子磁链定向的控制系统。
( T rp 1 ) s (T rp 1 ) L s is d L s T rs is q
3.3 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Ψr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Ψr 定向受电 动机转子参数变化的影响，降低了系统的 鲁棒性。
• DTC系统特点
DTC系统则实行 Te 与Ψs 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。
u s α R s i s α L s p s α L im p r α i R s i s α p s α
u s β R s is β L sp s β i L m p r β iR s is β ps β
定子磁链计算公式 移项并积分后得
sα(usαRsisα)dt
（9-1）
交流调速系统第3章
3.1 直接转矩控制系统的原理和特点
系统组成
逆变器异 步电动机
图6-62 按定子磁链控制的直接转矩控制系统
1. 定子磁链反馈计算模型
DTC系统采用的是两相静止坐标（ 坐
标），为了简化数学模型，由三相坐标变 换到两相坐标是必要的，所避开的仅仅是 旋转变换。由式（7-36）和式（7-37）可 知