相异步电机直接转矩控制系统DTC仿真.docx

1设计总体思路

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 的正负符号和电磁转矩偏差T e的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量s 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。

系统主电路如图所示，由三相不控桥、交流母线、三相逆变器和异步电机组成，28 12DSP 的脉冲信号控制全控器件的导通。

VD2VD3V1V3V5

C

~

M

~

VD4VD5VD6V4V6V2

隔离驱动电路

PW1 PW2 PW3 PW4 PW5 PW6

FBS

2812 DSP

图系统主电路图

基本原理

直接转矩控制系统的原理结构如图示，途中的 A R 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的符号函数 sgn(s )和电磁转矩偏差T e的符号函数sgn(T e)，如图所示。图中，

定子磁链给定 *s 与实际转速 有关，在额定转速以下， T e 保持恒定，在额定转速以上，

*

s 随着 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

sg

n( T e )的控制效果是不同的。

* * Sgn(

s )

S

s

s

A R

A

-s

电压 PWM

*

)

sgn( T e 矢量

S B

M

P/N

控制

*

*

sgn( T e )

~

T e

选择 S

ASR

ATR

C

-

T e

-

i s

转矩

i s

s

计算

s

s

i s

i A

定子 i s

i B

磁链

u

s

3/2

u A

计算

u

s

变换

u B

FBS

图制系统原理结构图

sgn( T e ) sgn( s )

1

T e

s

图 带有滞环的双位式控制器

当渴望的电磁转矩为正，即 P/N=1 时，若电磁转矩偏差

T e =T e * -T e >0，其符号函数

sgn( T e )=1，应使定子磁场正向旋转，使实际转矩 T e 加大；若电磁转矩偏差 T e = T e * - T e < 0，sgn( T e )=0,一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩减小。当期望的电磁转矩为负，即 P/N=0 时，若电磁转矩偏差 T e =T e * - T e <0，其符号函数 sgn( T e )=0，应使定子磁场反

向旋转，使时机电磁转矩 T e 方向增大；若电磁转矩偏差 T e = T e * - T e >0， sgn( T e )=1，一般采用定子磁场停止转动，使电磁转矩反向减小。

2单元电路设计

直接转矩控制系统模型

DTC Induction Motor Drive

图直接转矩控制系统图标

三相异步电动机直接转矩控制系统模块图标如图所示，仿真模型如图所示。该模块由 7 个主要模块组成：三相不可控整流器（three-phase diode rectifier）、Braking chaopper、三相逆变器（ three-phase inverter）、测量单元（ Measures）、异步电动机模块（ Induction

machine）、直接转矩控制模块 DTC 。直接转矩控制系统采用 6 个开关器件组成的桥式三相逆变器（ Three-phase inverter），该逆变器有 8 种开关状态，可以得到 6 个互差60

度的电压空间矢量和两个零矢量。交流电动机定子磁链s收到电压空间矢量u s控制，

s u s dt ，因此改变逆变器开关状态可以控制定子磁链s的运行轨迹（磁链的幅值和旋

转速度），从而控制电动机的运行。

直接转矩控制系统模型结构

转速控制器

如图所示，转速给定 N*经过加减速限制环节，使阶跃输入时实际转速给定有一定的上升和下降，转速反馈 N经过了低通滤波器，得到转速偏差（N*-N ）。Proportional gain、Integral gain 和 discrete 模块组成带限幅的离散PI 调节器，调节输出经过了选择开关，根据对话框中设定的转矩或转速控制方式决定转速控制的输出。加减速斜率、 PI 调节器比例和积分系数、低通滤波器截止频率等参数都在对话框中设定。

图转速控制器Speed Controller 结构

直接转矩控制器

直接转矩控制模块由转矩给定Torque*、磁通给定 Flux *，电流 I_abc 和电压 V_abc 输入信号都经过采样开关，DTC 模块包括转矩和磁通计算（Torque&Flux calculator ）、滞环控制 (Flux&Torque hystere-sis)、磁通选择 (Flux sector seeker)、开关表 (Switching table)、开关控制 (Switching control) 等单元。 DTC 模块是输出三相逆变器Three-phase inverter 开关器件的驱动信号。

图直接转矩控制模块结构