【導讀】直接轉矩控制是近年來應用比較廣泛的一種控制策略。它的優(yōu)點包括控制原理直。觀明了，操作簡單快捷，具有良好的轉矩響應性。運行的可靠性高，結構簡單，所以在交流伺服電機中所處的地位越來越高。發(fā)展趨勢，本文重點研究了把直接轉矩控制應用在永磁同步電機上的控制效果。點，還有永磁同步電機的分類、結構及其在不同坐標系下的數(shù)學模型。析歸納，最后得出結論。結論表明，永磁同步電機直接轉矩控制具有較好的轉矩響應，這就確定了改善永磁同步電機直接轉矩控制在低速時候的轉矩響應將成為今。調速系統(tǒng)的關鍵問題在于維持氣隙磁場，控制電機的電磁轉矩。同步電機因轉子旋轉的速度與定子旋轉磁場的速度相同而得名。這為大量生產永磁同步電機打下了物質基礎。它放棄了傳統(tǒng)矢量控制解耦后再分別控制被控量的思想。柵極雙極型晶體管IGBT為代表的復合型器件得到了迅猛的發(fā)展。IGBT是由BJT和MOSFET復合而成的。作用，使電路的控制精度大幅提高。傳統(tǒng)的PWM控制技術主要是靠

　　

【正文】 ，并且與給定的定子磁鏈值作比較，將誤差輸入到滯環(huán)比較器中。然后，把比例積分環(huán)節(jié)輸出的給定轉矩和轉矩估計環(huán)節(jié)輸出的實際轉矩作比較，把它們的誤差輸入到滯環(huán)比較器中。將兩個滯環(huán)比較器的輸出值和區(qū)域判斷值作為開關表的輸入量，得出一組控制脈沖，去控制三相電壓逆變器的通斷，從而控制三相永磁同步電機。之后再一次檢測電機的轉速，電流和電壓，重復上述步驟，不斷循環(huán)。這就是永磁同步電機直接轉矩控制的過程。 逆變器與開關表 逆變器和開關表都是三相永磁同步電機 直接轉矩控制系統(tǒng)的重要組成部分。 在三相永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)中，我們選擇三相橋式電壓逆變器來實現(xiàn)逆變功能。其結構如圖 42，它的特點是每一支橋臂都導通 180176。， a、 b、 c 各相導通的電角度相差 120176。，同一相的上下兩個橋臂交替導通。在任意一個時間里都有 3 支橋臂導通，上下兩橋臂交替換流。所以三相橋式電壓源逆變電路的換流方式為縱向換流。我們可以假定6個空間矢量去表示三相橋式電壓源逆變電路的 6種狀態(tài)。它們分別是 U1(100)， U2(110)，U3(010)， U4(011)， U5(001)和 U6(101)。 其中第一位數(shù)字代表 a 相，第二位數(shù)字代表 b相，第三位數(shù)字代表 c 相。 1代表導通， 0 代表關斷。 在這 6 個空間矢量的基礎上，再引入兩個無意義的零矢量，就是圖 43 的空間矢量的分布情況。兩個零矢量 U7(000)和 U8(111)位于坐標原點，其余的 6 個矢量把坐標平面分成 6 等份，每一等份是 60176。 在由電壓空間矢量分布圖可知，在每一個區(qū)域中，我們能用兩個相鄰的電壓矢量來控制定子磁鏈的值。從而使開關頻率最小，盡量減小電磁轉矩的脈動。例如在 60176。 — 120176。的區(qū)域中，定子磁鏈正在逆時針旋轉。這時，就可以用空間電壓矢量 U3 增加 定子磁鏈的值，用空間電壓矢量 U4 減小定子磁鏈的值。 19 圖 42 圖 43 根據空間電壓矢量的控制理論，可以通過磁鏈的位置，滯環(huán)比較器輸出的磁鏈的值和轉矩的值，去確定應用那一電壓矢量來控制三相橋式電壓源逆變電路 的通斷。這就是空間電壓矢量開關表的原理。 表 41 ψ τ θ θ1 θ2 θ3 θ4 θ5 θ6 ψ=1 τ=1 U 2（ 110） U 3（ 010） U 4（ 011） U 5（ 001） U 6（ 101） U 1（ 100） τ=1 U 6（ 101） U 1（ 100） U 2（ 110） U 3（ 010） U 4（ 011） U 5（ 001） ψ=1 τ=1 U 3（ 010） U 4（ 011） U 5（ 001） U 6（ 101） U 1（ 100） U 2（ 110） τ=1 U 5（ 001） U 6（ 101） U 1（ 100） U 2（ 110） U 3（ 010） U 4（ 011） 若ψ =1，說明實際的定子磁鏈小于給定的磁鏈，此時應增大定子磁鏈。若ψ =1，說明實際的定子磁鏈大于給定的定子磁鏈，此時應減小定子磁鏈。同理可得轉矩的調節(jié)方法。 定子磁鏈與電磁轉矩的測定 定子磁鏈的值在永磁同步電機直接轉矩控制中，作用舉足輕重。所以測定定子磁鏈的 20 方法的選擇尤為重要。定子磁鏈的測定主要有兩種方法，分別是電流模型測定法和 電壓模型測定法。 圖 (44) 電流模型測定法。把在 αβ坐標系下的兩個電流分量輸入到 αβ坐標系與 dq 坐標系的轉換環(huán)節(jié)中，再由在 dq 坐標系下的磁鏈方程確定定子磁鏈的 d 軸分量和 q 軸分量。然后在分別把兩個分量經過 dq 坐標系與 αβ 坐標系的轉換， 得到定子磁鏈 α 軸的分量和 β 軸的分量。這種定子磁鏈的測定方法運用到一次 Park 變換和一次 Park 的逆變換，計算量比較大，操作起來比較麻煩，所以這種方法的應用并不廣泛。下面介紹一種運算相對方便簡單的定子磁鏈的測定方法，也是本人在仿真中使用到的一種方法。它就是電壓模型測定法。 圖 45 ()s s s sU i R dt? ? ?? ??? (41) ()s s s sU i R dt? ? ?? ??? (42) 根據式 (41)和 (42)可以建造如圖 45的模型。由圖可知，只要經過兩次積分，就可以把測得的定子電壓和電流的 α 軸的分量和 β 軸的分量轉化為定子磁鏈的 α 軸的分量和 β軸的分量。與電力模型測定法相比，省去了兩次坐標轉換，使計算變得簡單，大大提高了運算速度。所以電壓模型測定法應用相當廣泛，且特別適合用于高速控制的場合。 電 磁轉矩的測定，電磁轉矩是永磁同步電機直接轉矩控制中必要的檢測量。但是在實 21 際操作中，很難直接測定電磁轉矩的值。所以，就通過間接測量的辦法，去求得電磁轉矩的值。根據式 (36)可知，只要測出定子電流的 α軸的分量和 β軸以及用電壓模型測定法測出的定子磁鏈的 α軸的分量和 β軸，就能求得電磁轉矩。 圖 46 本章小結 本章重點介紹了永磁同步電機直接轉矩控制的原理和系統(tǒng)構造。在上一章講到的永磁同步電機的數(shù)學模型的基礎上講述了三相永磁同步電機直接轉矩控制系統(tǒng)中幾個重要的構成部分，如三相橋式逆變器，空間電壓矢量開關表，定子磁鏈測定環(huán)節(jié)和電磁轉矩測定環(huán)節(jié)的原理，為下一章的軟件仿真打下基礎。 22 第五章 結論 永磁同步電機運行可靠，結構簡單，生產投入成本較低，特別適合于用在小容量的場合上，在交流伺服電機中占據著重要地位 。 直接轉矩控制是在矢量控制策略后又一應用廣泛的策略，它放棄了矢量控制中解耦的思想，沒有通過控制定子電流，定子磁鏈等變量去間接控制電機，而是通過直接控制電機的轉矩來控制其轉速。研究這種控制策略應用在永磁同步電機上的效果，就是本文的主要研究任務。從仿真結果可以看出，永磁同步電機直接轉矩控制具有簡單、直觀、快捷等優(yōu)點。轉矩、轉速和磁鏈在很短時間內就能到達穩(wěn)定狀態(tài)，大致符合要求。 但是從轉矩仿真波形看出，永磁同步電機直接轉矩控制的低速性能不是很好，轉矩響應性不高。所以改善永磁同步電機直接轉矩控制在低速時候的轉矩響應 就是今后的發(fā)展方向。其中有幾種典型的方法，如改善空間電壓矢量開關表，用其他技術代替空間電壓矢量開關表和將神經網絡模糊控制與直接轉矩控制相結合。 23 參考文獻 〔 1〕 劉軍 ,劉丁 ,吳浦升 ,白華煜 . 基于模糊控制調節(jié)電壓矢量作用時間策略的永磁同步電機直接轉矩控制仿真研究 〔 J〕 .中國電機工程學報 ,2021,33(10). 〔 2〕 李光葉 ,萬健如 ,劉英培 ,沈虹 ,袁臣虎 .基于模糊零矢量永磁同步電機直接轉矩控制 〔 J〕 .電力自動化設備 ,2021, 29(9). 〔 3〕 張益男 ,劉國海 .永磁同步電動機直接轉矩控制的仿真與實驗研究 〔 J〕 .微特電機， 2021,(2). 〔 4〕 李耀華 .劉衛(wèi)國 ,永磁同步電機矢量控制與直接轉矩控制比較研究 〔 J〕 .電氣傳動 ,2021,40(10). 〔 5〕 田淳 . 無位置傳感器同步電機直接轉矩控制理論研究與實 踐 〔 M〕 .南京航空航天大學， 2021. 〔 6〕 李耀華 ,劉衛(wèi)國 .表面式 PMSM直接轉矩控制電壓矢量選擇策略 〔 J〕 .電力電子技術 ,2021,44(9). 〔 7〕 李耀華 .劉衛(wèi)國 ,永磁同步電機直接轉矩控制不合理轉矩脈動 〔 J〕 .電機與控制學報 ,2021， 10（ 2） . 〔 8〕 H. Ghassemi, very fast direct torque control for interior permanentmag synchronous motors start up〔 J〕 . Energy Conversion and Anagement , 2021,46. 〔 9〕 金愛平 ,基于模糊神經網絡直接轉矩控制系統(tǒng)設計 〔 J〕 .科學創(chuàng)新導報， 2021（ 3） . 〔 10〕 朱衛(wèi)華 .楊向宇 ,永磁同步電機直接轉矩控制零矢量插入新方法 〔 J〕 .機電工程技術 ,2021,34(11). 24