什么是直接转矩控制 点击：8125 | 回复：20
发表于：2000-08-08 14:37:00
1楼
直接转矩控制对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制。它开发出交流传动前所未有的能力并给所有的应用提供了益处。
DTC 直接转矩控制，是交流传动领域电机控制方式的一次革命，它从零速开始不使用电机轴上的脉冲码盘反馈就可以实现电机速度和转矩的精确控制。
在DTC中，定子磁通和转矩被作为主要的控制变量。高速数字信号处理器与先进的电机软件模型相结合使电机的状态每秒钟被更新40,000次。由于电机状态以及实际值和给定值的比较值被不断地更新，逆变器的每一次开关状态都是单独确定的。这意味着传动可以产生最佳的开关组合并对负载扰动和瞬时掉电等动态变化做出快速响应。在DTC中不需要对电压，频率分别控制的PWM调制器。
发表于：2001-08-29 16:55:00
10楼
关于直接转矩的说明:
直接转矩起源于德国,初始是六边形的磁链,后来一个日本人改进为圆形磁链,在ieee上首先发表,这个日本人也是首先提出svpwm的.
一般说来，直接转矩的优点是响应速度快，控制没有矢量控制复杂，对电机参数鲁棒性好，但有个致命缺点，低频性能差
所以虽然95年abb公司首先推出，但至今高性能上占主流的是矢量控制。
关于mk说的那本直接转矩的书，作者姓李，书大约是在他当博士时写的，此人书后引用的资料全是德国的，大约他不会英文，刚开始就没有讲清楚直接转矩的控制原理，再讲3/2变换时变得也很罗嗦，讲的还是六边形磁链（一般认为这仅在gto开关速度慢的器件上才有用）
关于存在与ly说的vvc+，我不是很清楚，不过我知道svpwm比起一般的pwm,也是可以提高输出电压的。能不能请ly寄给我一份资料。
这些年变频器最火的名词就是dtc和dsp，我个人对dtc保持怀疑态度。过些日子我会弄一个tms320c24x的dtc，看看到底如何。
发表于：2001-12-26 20:29:00
13楼
直接转矩控制
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。1985年德国鲁尔大学的狄普布洛克（M.Depenbrock）教授首先提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论，他称为Direct self-control——DSC。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。
直接转矩控制的特征是控制定子磁链，是直接在定子静止坐标系下，以空间矢量概念，通过检测到的定子电压、电流，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的磁链和转矩，获得转矩的高动态性能。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机，因而省去了矢量变换中的许多复杂计算，它也不需要模仿直流电动机的控制，从而也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，而只需关心电磁转矩的大小，因此控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易得到磁链模型，并方便地估算出同步速度信息，同时也很容易得到转矩模型，磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动机模型，因而能方便地实现无速度传感器控制，如果在系统中再设置转速调节器，即可进一步得到高性能动态转矩控制了。需要说明的是，直接转矩控制的逆变器采用不同的开关器件，控制方法也有所不同。Depenbrock最初提出的直接自控制理论，主要在高压、大功率且开关频率较低的逆变器控制中广泛应用。目前被应用于通用变频器的控制方法是一种改进的、适合于高开关频率逆变器的方法。1995年ABB公司首先推出的ACS600系列直接转矩控制通用变频器，动态转矩响应速度已达到<2ms，在带速度传感器PG时的静态速度精度达土0.001%，在不带速度传感器PG的情况下即使受到输入电压的变化或负载突变的影响，同样可以达到±0.1％的速度控制精度。其他公司也以直接转矩控制为努力目标，如富士公司的FRENIC5000VG7S系列高性能无速度传感器矢量控制通用变频器，虽与直接转矩控制方式还有差别，但它也已做到了速度控制精度±0.005%，速度响应100Hz、电流响应800Hz和转矩控制精度±3％（带 PG）。其他公司如日本三菱、日立、芬兰VASON等最新的系列产品采取了类似无速度传感器控制的设计，性能有了进一步提高。
发表于：2001-12-26 21:32:00
14楼
王仁祥老师你好（我看别人都这么称呼你）
你文章的前半部分倒没什么，后面说的，我想请教一下。
就是上面我说的那个小日本教授，在91年左右时发表的文章说它能使电机在2ms完成过渡过程，并说这是目前最快的了。后来呢我再没听说比他快的，且他的变换器用的是3电平的不通用的。我知道很多人都怀疑他的说法的。我自己是马马虎虎了。
abb公司的acs600系列我看过两本说明书。1、那里面提都没提到带不带PG的静态速度精度，后来我问他们的销售工程师，也是没说出数据，请问你怎么知道的数据。2、说明书里说，“DTC可以产生小于 5ms的转矩节约上升时间，而其他无传感器电机控制方式则需要100ms以上”（薄的那本第7页），所以你说的<2ms，好像我也不知道在哪里。
我一向认为直接转矩控制的低频是不好的，现在还没出数据，不敢肯定了。
日本的安川好像也推出了，这个你可以查一下，大约我没记错。
谁能帮帮我的ti的24x ,呵呵，好像我用的不是很好呀。那个adc转换误差精度好高呀，为什么，莫非我用错了。
发表于：2003-08-25 01:50:00
16楼
二、直接转矩控制基本原理
1、 电机数学模型
在直接转矩控制系统中，参考坐标是放在定子绕组上的，因此，交流电机广义派克方程中的 角等于0，(γ-θ)ˊ= -ω[4]，其中ω为转子角速度，这就是通常所用的ɑ-β坐标系。电压矢量为
us = 2/3+(usａ+usｂej2π/3+usｃej2π/3)=usａ+jusβ (1-1)
式中 usa= 2/3 (usa-1/2usｂ-1/2usｃ)
usβ= 2/2(usｂ- usｃ)
异步电动机的动态特性可由下述方程描述：
[us0]=[RS+PLS(ｐ-ｊω)Lｍ Rr+ Lmp (ｐ-ｊω)Lｒ][iSir] (1-2)
Ψs=Ｌsis+Ｌｍiｒ
Ψｒ=Ｌｍis+Ｌｒiｒ (1-3)
将实部和虚部分离可得
usα=Rsisα+ｐΨsα
usβ=Rsisβ+ｐΨsβ (1-4)
0= Rriｒα+ｐΨｒα+ωΨｒβ
0= Rriｒβ+ｐΨｒβ-ωΨｒα
转矩方程式不变，为
Tem=PnLｍ(isβirα -irβis)
=Pn(isβΨsα-isαΨsβ)= Pn(As is) (1-5)
2、空间矢量PWM逆变器
众所获周知，当给异步电机施加三相对称正弦电压时，电机气隙磁坐标通在静止α-β平面上的运动轨迹为圆形。同样可以分析三相桥逆变器供电时异步电机气隙中磁通矢量的运行轨迹。
设施加于电机上的三电压为
uAN=uAo-uNo
uBN=uBo-uNo (1-6)
, uCN=uCo-uNo
则前述电机的定子电压空间矢量为
us= uAN +uBNej2π/3+uCNe j2π/3
= uAo +uBoej2π/3 + uCoej4π/3 = usa + jsβ (1-7)
其中，uAo 、uBoe 、uCo为三个桥臂对直流中点的电压，对180°导通电压型逆变器来说，同一桥臂的上下两个开关器件是互锁动作的。所以桥臂中点对地电压只能取两个值，Ed/2或- Ed/2。用一个开关函数来表明的话，则有
us (Sa、Sb、Sc)=-Ed/2
((-1)S a+(-1)Sｂej2π/3 +(-1)SCej4π/3 ) (1-8)
式中Sa、Sb、Sc为两状态量，Sa=1表示A桥臂上管导通，Sa=0表示A桥臂下管导通，其余依此类推，故us只有23=8个离散值，即us (0，0，0)～us (1，1，1)，其中us (0，0，1) ～us (1，1，0)为六个非零矢量，而(0，0，0)和us (1，1，1)分别表示A，B，C三相下桥臂或上桥臂同
β
u2 u6
时导通，因它们相当于把电三相绕组短 u0(000) u4
接，故称为零矢量。在以α轴为实轴， u3 u7(111) α
β轴为虚轴的坐标平面上，各电压矢量 u1 u5
的空间分布如图1-1所示。 图1-1 电压矢量图
注：u0(000)和u7(111) 为零矢量。
已知定子电压方程为
us =Rsis+dψ/dt (1-9)
忽略定子上的压降，则电机定子磁链矢量可表示为
Ψs≈∫usdt=uiti+Ψs0 (i=0，1，…，7) (1-10)
也就是说定子磁链Ψs的运动方向基本是沿us进行的,其运动速度快慢由电压幅值︱us︱来确定的：根据磁通轨迹控制原理，当三相桥臂电压为正负180°方波时，磁通轨迹为六边形。当合理地选择非零矢量us的施加须序及时间比例，可形成多边形磁通轨迹，亦都逼近圆轨迹。当多边形的边数大于40时，可以认为磁通轨迹为圆形。
3、磁通和转矩闭环控制原理
电机低速运转时，定子电阻压降的影响不能忽略，如果仍采用上述在固定时间内须序给出非零电压矢量的办法，则不能保证磁通轨迹的形状和磁通幅值的大小。另外，转矩控制会引入零矢量，也将造成磁通轨迹的畸形，使其幅值下降，因此需要在低速时对定子电压进行补偿。最简单的办法就是采用函数发生器来控制电压/频率的比值，近似地维持恒磁通调节，但这种补偿受很多因素影响，在动态时往往并不很有效。因此，目前倾向于采用闭环的方式控制磁通。
由异步电动机方程式可求出定子磁通和电压矢量us之间的传递函数
us=Rsis+PΨs
又因为 is LS+Lmir=As
iS(P-ｊω) Lm+[ Rr+( P-ｊω) Lr] ir=0
所以
iS=Ψs/[LS-(P-jω)L2m/Rr+(P-jω)Lr] (1-11)
因此
us={P+Rs*[Rr+(P-jω)Lr]/Ls*[Rr(P-jω)Lr]-(P-jω)L2m]}ψs (1-12)
由上可知，磁通和电压之间的关系是相当复杂的，因此用传统的PI调节器来控制磁通是很困难的。
在最初提出的直接转矩控制系统中，磁通和转矩都是通过双位模拟调节器来控制的，其基本思路是给定一个磁通圆环形误差带，通过不断选取合适的电压矢量、uk，强迫Ψs的端点不超出环形误差带，于是就控制了定子磁通Ψs。
为了确定各电压矢量作用区间，以β轴为起点，沿须时针方向把整个圆周分为六个扇区，如图1-2所示。每个区内的磁通轨迹由该区所对应的两个电压矢量来形成，对须时针磁通，如扇区Ⅰ由u1、u5形成，扇区Ⅱ由u4、u5形成等等，每个扇区又可划分为前半区和后半区，对应的电压矢量称之为主电压矢量。
对逆时针磁通，每个边的形成取此位置上在空间方向相反的电压矢量，因此就控制了磁通的旋转方向。这样可以通选择合理的误差带及电压矢量，即可控制定子磁通的大小和方向。
以下来看看转矩的控制规律。对转矩的控制是通过零矢量的引入实现的。异步电动机的转矩稳态时为
Tem=(ψs÷Ls)2*(L2mωsIRr)/(R2r+σ2ω2sILr2) (1-13)
可以看出，在维持磁通恒定的情况下，电机电磁转矩和转差角速度ωs1近似成正比。对于动态过程可以推导类似的关系式，不过此时为转子磁场与电机转子之间的转差角速度。总之，零矢量的引入相当于磁场停止不走，也即转差变负，因此转矩相应下降。
交替使用零、非零矢量，磁通矢量走走停停，即可控制转矩的动态特性及稳态误差，零矢量的施加频率受器件开关频率的限制，对转矩的脉动影响较大。
下面以Ψs在Ⅰ区的控制为例进行说明。
增大转矩、 u6
Ψs增大{ 减少转矩 u0/u7
大幅减少转矩 u5
增大转矩、 u2
Ψs减少{ 减少转矩 u0/u7
大幅减少转矩 u1
其中，减少转矩时，u0或u7的选取是根据最少开关次数的原则进行的。例如，原来作用u4(100) 需要零矢量时，当然选择u0(100) ，因为开关次数最少。
其余各区的电压矢量可以用类似方法推出。将这些数据存表后，即可根据磁通和转矩的误差信号及所在的区域读出所需的最佳电压开关矢量。图1-3为直接转矩控制系统图。(可惜图贴不上)
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