【導(dǎo)讀】在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科技、國防及日常生活等各個領(lǐng)域，電動機作為主要的動力設(shè)備被廣泛應(yīng)用。直流電動機相比于交流電動機，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本和維護(hù)費用高，并且不適于環(huán)境惡劣的場合，但憑借控制簡單、調(diào)速平滑和性能良好等特點在早期電氣傳動領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。從20世紀(jì)30年代開始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究。特別是20世紀(jì)60年代以后，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能得到很大的提高，在實際應(yīng)用領(lǐng)域也得到認(rèn)可和快速的普及。交流調(diào)速的發(fā)展可以說是硬件和軟體的發(fā)展過程[3]。隨著電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)和自動化控制技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，使得交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬、速度精度高和動態(tài)響應(yīng)快，其技術(shù)性能可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美、相競爭，并在工程應(yīng)用領(lǐng)域中逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)[5]。矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計兩者的調(diào)節(jié)器，以實現(xiàn)對交流電機的高性能調(diào)速。

　　

【正文】 min。左圖為傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真波形，右圖為基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真波形。 仿真比較圖 (a) 直接轉(zhuǎn)矩的定子磁鏈仿真波形 （b）為SVPWM直接轉(zhuǎn)矩的定子磁鏈仿真波形 （c）直接轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形 （d）為SVPWM直接轉(zhuǎn)矩的電磁轉(zhuǎn)矩仿真波形（e）為直接轉(zhuǎn)矩的定子電流仿真波形 （f）為SVPWM直接轉(zhuǎn)矩的定子電流仿真波形 以上是對直接轉(zhuǎn)矩和基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩兩種控制策略的仿真結(jié)果進(jìn)行比較。從圖可以看出，直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，但轉(zhuǎn)矩脈動和電流諧波很大，其低速性能很不好。直接轉(zhuǎn)矩中采用PI控制器保證了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的控制精度，使得系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動低、電流諧波??；采用SVPWM合成技術(shù)保證了開關(guān)頻率恒定，過電壓扇區(qū)時沒有磁鏈的畸變，有效改善了系統(tǒng)的低速性能。因此，從以上的分析可以看出，基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩相對于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩能夠有效的減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動、降低電流諧波，提高系統(tǒng)的低速性能。基于空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈軌跡更接近于圓形，定子磁鏈和定子電流畸變小，轉(zhuǎn)矩脈動得到有效抑制。6總結(jié) 在現(xiàn)代交流調(diào)速領(lǐng)域中，直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后的又一個主要研究方向，它的控制思想明確、控制結(jié)構(gòu)簡潔、具有良好的動靜態(tài)性能。近年來隨著現(xiàn)代控制理論、電力電子技術(shù)、微機控制技術(shù)等方面的迅速發(fā)展，使直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不斷得到完善。由于傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是在定子坐標(biāo)系下直接計算和控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩，借助離散的調(diào)節(jié)器產(chǎn)生 PWM 信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，造成了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動大、電流諧波大和逆變器開關(guān)頻率不固定等缺陷。 為了改善傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的性能，本文在閱讀大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的定子磁鏈觀測器和控制策略兩方面進(jìn)行了大量的理論分析、實際參數(shù)仿真和實驗研究。主要工作可以概述為： (1) 分析了異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型以及直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，針對傳統(tǒng)開關(guān)表控制方案中的不足，著重研究了磁鏈、轉(zhuǎn)矩的脈動特性， 詳細(xì)分析了引起脈動的因素，提出了改進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制策略，即基于SVPWM的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，并對各控制算法進(jìn)行了仿真研究，給出了與傳統(tǒng)控制方法的對比仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明改進(jìn)的控制策略能夠在保持轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)的同時，大大減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈的脈動以及電流諧波，并能使逆變器獲得固定的開關(guān)頻率，有效地提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。 (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制需要準(zhǔn)確計算出定子磁鏈的幅值和相位，采用電壓模型估算定子磁鏈，當(dāng)?shù)退龠\行時，由于定子電阻壓降占主要部分，使得計算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，影響控制系統(tǒng)的性能。本文研究了傳統(tǒng)的三種定子磁鏈觀測模型的優(yōu)缺點，前面通過增加低通濾波器來提高觀測器的精度，但濾波器會引入新的幅值和相位誤差。在帶幅值補償?shù)亩ㄗ哟沛溣^測器基礎(chǔ)上，設(shè)計了帶幅值和相位補償?shù)亩ㄗ哟沛溣^測器，通過仿真對比表明，改進(jìn)的磁鏈觀測器可以有效的克服直流偏移和誤差積累問題，從而大大地提高了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的低速性能。 仿真結(jié)果證實了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，驗證了改進(jìn)的控制策略能夠有效的減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)的動靜態(tài)性能。以后我們應(yīng)研究轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，且能減小轉(zhuǎn)矩脈動，提高系統(tǒng)動靜態(tài)性能的新方法。參考文獻(xiàn)[1] 李華德. 交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003. [2] 阮毅，陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)(第 4 版)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010. [3] 李爾東. 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. [4] 冬雷，李永東. 變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望[J]. 變頻器應(yīng)用，2003(3):25. [5] 李華德，李擎，白晶. 電力拖動自動控制系統(tǒng)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2008. [6] 陳伯時，陳敏遜. 交流調(diào)速系統(tǒng)（第 2 版）[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2003. [7] M. Depenbrock. Direct selfcontrol of Inverterfed Induction Machine [J].IEEE Transactions on Power Electronics. 1988, 3(4): 420429. [8] 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)（第 4 版）[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2003. [9] 吳紅星， 謝宗武， 張強. 基于 DSP 的電動機控制技術(shù)[M]. 北京： 中國電力出版社， 2008. [10] . A New Quickresponse and Highefficiency Control strategy of an Induction Motor [J]. IEEE Transactions on Industry Application. 1986, 22(5): 820827. [11] , Y. Ohmori. Highperformance Direct Torque Control of Induction Motor[J]. IEEE Transactions on Industry Application. 1989, 25(2):257264. [12] 王成元， 夏加寬， 楊俊友， 孫宜標(biāo). 電機現(xiàn)代控制技術(shù)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社， 2006. [13] 張春梅，爾桂花. 直接轉(zhuǎn)矩控制研究現(xiàn)狀與前景[J]. 微電機，2000，33(6): 2528. [14] 曾岳南， 陳伯時. 異步電動機無速度傳感器的矢量控制[J]. 電氣傳動自動化， 2000， 22(4): 36. [15] 葛寶明，王祥珩，蘇鵬聲，蔣靜坪. 交流傳動系統(tǒng)控制策略綜述[J]. 電氣傳動自動化，2001，23(4): 39. [16] 李夙. 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，1999. [17] Rusia Devendra. Review of Direct Control Torque Methods for Voltage IverterFed Induction Motors[J]. IEEE Transactions on Industry Application. 1996, 43(2): 321330. [18] 陶紅明，龔春文，程善美，李浚源. 基于 DSP 的全數(shù)字化異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[J]. 電氣傳動，1997，3(4): 36. [19] 唐浦華， 劉飛， 黎亞元. 感應(yīng)電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)[J]. 電機與控制學(xué)報， 2007， 11 （1） : 15. [20] 馮亮，王芳林. 異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制的滯環(huán)控制器研究[J]. 電氣傳動， 2008，38 （8） : 2831. [21] 張繼勇，薛豐進(jìn)，[J]. 微電機，2006，39（9）: 4650. [22] Y. Li, J. Shao, B. Si. Direct Torque Control of Induction Motors for Low Speed Drivers Considering Discrete Effect of Control and Dead Time of Inverters[C].1997, in Conf. Rec. IEEEIAS Annual Meeting: 781788. [23] J. K. Kang, S. K. Sul. Torque Ripple Minimization Strategy for Direct Torque Control of Induction Motor[C].1998, in Conf. Rec. IEEEIAS Annual Meeting: 438443. [24] Casadi Domenico, Serra Giovanni. Implementation of A Direct Torque Control Algorithm for Induction Motors Based on Discrete Space Vector Modulation[J]. IEEE Transaction on Power Electronics, 2000, 15(4): 769778. [25] 劉軍峰. 定子磁場定向無速度傳感器系統(tǒng)研究與開發(fā)[D]. 武漢：華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2005.[26] Romeral L., Arias A., Aldabas E. Novel Direct Torque Control Scheme With Fuzzy Adaptive TorqueRipple Reduction[J]. IEEE Transaction on Power Electronics, 2003, 50(3): 487493. [27] 張海龍. 基于 MRAS 方法的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究[J]. 電力學(xué)報，2005，20(2): 121124. [28] 靳建軍，楊建國. 基于模型參考自適應(yīng)的無傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制[J]. 電機與控制應(yīng)用，2007，2: 3538. [29] 石海峰. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度辨識直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究[D]. 上海：同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003. [30] 陳堅. 交流電機數(shù)學(xué)模型及調(diào)速系統(tǒng)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1989. [31] 祝龍記. 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2005. 致謝 值此論文完成之際，我首先要感謝我尊敬的導(dǎo)師趙俊梅老師。本論文的研究工作是在趙老師的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下進(jìn)行的，從論文的選題、研究工作的開展到最后的撰寫和定稿，無不傾注了趙老師的心血。趙老師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、豐富淵博的學(xué)術(shù)知識、嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，使我深受教育和啟發(fā)，并成為我今后學(xué)習(xí)和工作的榜樣。在此，謹(jǐn)向趙老師表示我最崇高的敬意和最誠摯的感謝。 另外，特別要感謝我的父母和朋友們，感謝他們多年來對我學(xué)習(xí)和生活上的默默支持與鼓勵，使我能夠?qū)Ｐ耐瓿蓪W(xué)業(yè)。 最后，向所有評閱論文的老師、專家和學(xué)者們表示誠摯的謝意！