【正文】 用此模型才能比較準(zhǔn)確地觀測(cè)出定子磁鏈。 圖 定子磁鏈的 ui模型 在計(jì)算過(guò)程中唯一所需要了解的電動(dòng)機(jī)參數(shù)是易于確定的定子電阻 .定子電壓 u,和定子電流 i 同樣也是易于確定的物理量，它們能以足夠的精度被檢測(cè)出來(lái) .ui 模型只有在被積分 的差值較大時(shí)才能提供正確的結(jié)果。磁鏈觀測(cè)模型，共有三種形式 : ui模型、 in模型、 un模型。 定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的估計(jì) 要實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，就必須將磁鏈和轉(zhuǎn)矩的實(shí)際值準(zhǔn)確地檢測(cè)出來(lái) .實(shí)際上，很難采用直接手段檢測(cè)出轉(zhuǎn)矩和磁 鏈的實(shí)際值，因此一般都是采用間接法，利用定子電壓、電流、轉(zhuǎn)速等直接測(cè)量的量，來(lái)重構(gòu)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的觀測(cè)值?？梢赃M(jìn)一步利用定子 B相繞組磁鏈 Bψ 的信息。因此，可以簡(jiǎn)單的利用定子磁鏈兩個(gè)分量 Dψ Qψ 的符號(hào)信息，不利用三角函數(shù)的計(jì)算，只是利用比較器就可以完成了?？梢酝ㄟ^(guò)估計(jì)定子磁鏈交，直軸分量值 Dψ 和 Qψ 確定 sΨ 的空間相位 sρ 和幅值 *sΨ 。 圖 直接轉(zhuǎn)矩控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 18 定子磁鏈空間矢量可以用 DQ軸系統(tǒng)表示。但是 ，在查詢前，需要提供定子磁鏈?zhǔn)噶康奈恢眯畔?。途?VSI表示電壓源逆變器，它能提供 8個(gè)開關(guān)電壓矢量。闡述了直接轉(zhuǎn)矩控 制涉及到的基本概念，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，并 對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)、電壓空間矢量開關(guān)信號(hào)的選擇等問(wèn)題 做出了相應(yīng)的解釋和分析。但是，此時(shí)的電壓空間矢量是旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的，還需疊加磁鏈旋轉(zhuǎn)角度，將其轉(zhuǎn)換成靜止坐標(biāo)系下的電壓空 間矢量，最后通過(guò) SVPWM方式輸出開關(guān)脈沖信號(hào)給逆變器。 一種是通過(guò)磁鏈、轉(zhuǎn)矩的兩點(diǎn)式或三點(diǎn)式調(diào)節(jié)信號(hào)和定子磁鏈所在區(qū)間，確定所需施加的電壓空間矢量，從而將所有狀態(tài)列表，最后通過(guò)所選電壓空間矢量輸出開關(guān)脈沖信號(hào)給逆變器。通過(guò)利用零電壓矢量的這種作用，來(lái)進(jìn)一步對(duì)開關(guān)電壓矢量選擇進(jìn)行優(yōu)化，由此來(lái)減小電磁轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)。與此相反，電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到上限值之后，即 eref ee Δ+ ≥ TTT ，在選擇合適的開關(guān)電壓矢量博士轉(zhuǎn)矩下降的過(guò)程中，也采用了零電壓矢量。 同定子磁鏈?zhǔn)噶靠刂撇煌氖?，電磁轉(zhuǎn)矩控制中采用了零電壓矢量 7su 和 8su ，主要是為了減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 當(dāng)需要定子磁鏈?zhǔn)噶肯蚝笮D(zhuǎn)時(shí)，既有 若 eref ee Δ+ ≥ TTT ，則輸出為 1， TΔ 取 1。 表 中， TΔ 的符號(hào)由轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的三個(gè)輸出信號(hào) 來(lái)確定，當(dāng)需要定子磁鏈?zhǔn)噶肯蚯靶D(zhuǎn)時(shí)，既有 若 eref ee Δ≤ TTT ， 則輸出為 1， TΔ 取 1。 表 開關(guān)電壓矢量查詢表 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1 1 0 1 1 1 0 1 表 中， ψΔ 的正負(fù)是根據(jù)滯環(huán)比較器的數(shù)字輸出來(lái)確定的 ，即 有 ： 若 sref ss Δ≤ ψψψ ，則輸出為 1， ψΔ 取 1。于是可根據(jù)磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器的輸出信號(hào)來(lái)合理選擇其中 15 的開關(guān)電壓矢量。由每個(gè)開關(guān)電壓矢量在定 子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動(dòng)軌跡徑向和切向方向的投影，可以判斷出該開關(guān)電壓矢量對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩所起的作用。 圖 給出了定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在區(qū)間 ① 的情形，在此區(qū)間內(nèi)選擇 和 是不合適的，因?yàn)闀?huì)使 復(fù)制急劇變化，而難以將其控制在滯環(huán)帶寬內(nèi)。 圖 圓形定子磁鏈軌跡的實(shí)現(xiàn) 綜上所述，直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)定子電壓空間矢量的適當(dāng)選擇，使定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡近似圓形，運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。只要每個(gè)區(qū)段中的施加的 電壓空間矢量的數(shù)目足夠多，圓形定子磁鏈軌跡就能夠得到很好地近似。定子磁鏈的任何其他方向的運(yùn)行，都只能通過(guò)六個(gè)電壓空間矢量的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 12345 6U s 3 （ 0 0 1 ） U s 2 （ 0 1 1 ）U s 4 （ 1 0 1 ）U s 1 （ 0 1 0 ）U s 5 （ 1 0 0 ）U s 6 （ 1 1 0 ）t （ 切 向 ）n （ 徑 向 ）U s 2 （ ψ + ， t + ）U s 6 （ ψ + ， t ）U s 3 （ ψ ， t + ）U s 5 （ ψ ， t + ） 圖 電壓空間矢量 14 逆變器六個(gè)可能的工作電壓狀態(tài)輸出六個(gè)工作電壓空間矢量。所對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)是010011001101100110，所對(duì)應(yīng)的逆變器電壓狀態(tài)，即電壓空間矢量是u1u2u3u4u5u6。電壓空間矢量的幅值不變，都等于 4E/3。取三相定子坐標(biāo)系的“軸與 Park矢量復(fù)平 面的實(shí)鐘“重合，則電壓空間矢量 的 Park矢量變換為 : (26) 式中 —— 三相定子繞組的相電壓（ V） 對(duì)于圖 ，可以得到電壓空間矢量在坐標(biāo)系中的離散位置，如圖 。以定子電壓空間矢量為例。另一類是零電壓狀態(tài)，它對(duì)應(yīng)于零開關(guān)狀態(tài)“ 7” 和“ 8”。對(duì)于逆變器的八種開關(guān)狀態(tài) ，對(duì)外部負(fù)載來(lái)說(shuō)，逆變器輸出七種不同的電壓狀態(tài)。 表 逆變器的開關(guān)狀態(tài) 狀態(tài) 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 八種可能的開關(guān)狀態(tài)可以分成兩類 :一 類是六種所謂的工作狀態(tài)，即如上表中的狀態(tài)“ 1”到“ 6”，它們的特點(diǎn)是三相負(fù)載并不都是接到相同的電位上去 。當(dāng) 相上橋臂關(guān) 斷時(shí)，記作 Sa = 0。 12 MEE++u αV 1V 2V 3V 4V 5V 6u bu c 圖 電壓型逆變器原理圖 由于同一相上下橋臂的兩個(gè)開關(guān)器件一個(gè)導(dǎo)通，則另一個(gè)關(guān)斷，所以三組開關(guān)器件有八種可能的開關(guān)組合。 U s 6 （ 1 1 0 ）αβΨ s ( t 2 )? Ψ s ( t )Ψ s ( t 1 )Ψ r ( t 2 )Ψ r ( t 1 )θ ( t 2 )θ ( t 1 )ω s 圖 電壓空間矢量對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 狀態(tài)和電壓狀態(tài) 一臺(tái)電壓型逆變器如圖 。而轉(zhuǎn)子磁鏈 不直接跟隨定子磁鏈，定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度大于轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，磁通角由 ( )增加到 ( )，相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩增大。電壓空間矢量對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的影響如圖 。在實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定，要改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，可以通過(guò)改變磁通角 來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法是最初的直接轉(zhuǎn)矩控制方案，即直接自控制方案的基本思 11 想。 ，母殺邊代表看一個(gè)周期定子磁鏈軌跡的 1/6 ，稱之為一個(gè)區(qū)段。 10 U s 3 （ 0 0 1 ） U s 2 （ 0 1 1 ）U s 4 （ 1 0 1 ）U s 1 （ 0 1 0 ）U s 5 （ 1 0 0 ）U s 6 （ 1 1 0 ）s 6s 1s 5s 4s 3s 2βΨ s 圖 電壓空間矢量與定子磁鏈空間矢量間的關(guān)系 至此可以得到如下結(jié)論 : 頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向和軌跡對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量 的作用方向，只要定子電阻壓降影響相對(duì)較小， 的運(yùn)動(dòng)軌跡近似平行 指示 的方向 。到達(dá) 和 的交點(diǎn)時(shí)，若給逆變器加上電壓空間矢量 (101)，則定子磁鏈空間矢量 頂點(diǎn)會(huì)按照與 (101)平行的方向，沿著邊 的軌跡運(yùn)動(dòng)。 圖 ， (x=1～ 6)表示電壓空間矢量， 表示定子磁鏈空間矢量， 、 、 、 、 表示正六邊形的六條邊，也表示等分的六個(gè)區(qū)間。 8 2 三相異步電機(jī) 直接轉(zhuǎn)矩控制 基本原理 三相 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量等效電路圖如圖 u sΨ s Ψ ri sR sL σ i s 圖 將旋轉(zhuǎn)空間矢量在 α 軸上的投影稱為 α 分量，在正交的 β 軸上的投影稱為 β 分量 ，則有電壓公式 : (21) 其中，下標(biāo) α ,β 分別表示對(duì)應(yīng)空間 α 矢量和 β 分量和分量。 7 可以預(yù)見，未來(lái)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用方面將逐步推廣開來(lái)，各種產(chǎn)品也將陸續(xù)出現(xiàn)。與無(wú)速度傳感器技術(shù)結(jié)合 。 目前直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)研究的主要側(cè)重方面有 :低速性能的改善 :轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的削弱 。在國(guó)外以德國(guó)和日本為主，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的理論已經(jīng)比較成熟，美國(guó)、法國(guó)等國(guó)家緊隨其后，使直接轉(zhuǎn)矩控制的推廣逐步擴(kuò)大 .現(xiàn)在直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù) 已經(jīng)成功應(yīng)用于電力機(jī)車牽引系統(tǒng)、垂直升降系統(tǒng)等大功率調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)不需要將異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、等效和轉(zhuǎn)化 :既不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解藕而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變換與計(jì)算，因此它所需要的信號(hào)處理工作簡(jiǎn)單。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的現(xiàn)狀及 發(fā)展 趨勢(shì) 1985年，由德國(guó)魯爾大學(xué)的 M. Depenbrock教授和日本的 I. Takahashi教授分別提出了各自的直接轉(zhuǎn)矩控制理論 ， 英文稱為 DTC (Direct Torque Control) 。 （ 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制直接對(duì)交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)矩的控制效果，并不關(guān)心電流、電壓等間接物理量，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。 （ 2） 直接轉(zhuǎn)矩控制所需電機(jī)參數(shù)只有定子電阻，使其性能受電機(jī)參數(shù)變化的影響很小。相比于矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制采用了定子坐標(biāo)系，摒棄了復(fù)雜的坐標(biāo)變換和解耦過(guò)程，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也更好。它的主要思想是利用滯環(huán)比較器實(shí)現(xiàn)對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的分別控制，結(jié)合扇區(qū)信息，通過(guò)一個(gè)開關(guān)表有選擇地輸出基本空間電壓矢量，來(lái)控制電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈按要求快速變化。因此，研究高性能的直接轉(zhuǎn)矩控制算法是大勢(shì)所趨，非常必要。 鑒于以上所述，對(duì)于直接轉(zhuǎn)矩控制的研究以及盡早地產(chǎn)品化具有非常重要的實(shí)際意義和良好的經(jīng)濟(jì)前景。由于它較之其他算法的確存在巨大優(yōu)勢(shì)，而且其缺點(diǎn)可以隨著新的控制技術(shù)以及高性能的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展被不斷克服，使得直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的研究成為目前交流調(diào)速研究領(lǐng)域最大的熱點(diǎn)。 (3)基于磁鏈和轉(zhuǎn)矩直接控制的矢量控制技術(shù)，也稱直接轉(zhuǎn)矩控制。 (1)基于恒壓頻比的標(biāo)量控制技術(shù) 。 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、各種傳感技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及高性能數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，交流電機(jī)調(diào)速的研究進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段，涌現(xiàn)出了很多卓有成效的調(diào)速控制算法。一片 CPLD或 FPGA就可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的邏輯，替代多塊集成電路和分立元件組成的電路。作為開發(fā)器件 ， CPLD或 FPGA具有用戶可編程的特性。電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的多樣化、復(fù)雜化，使其對(duì)電機(jī)控制電路的要求更加苛刻，這樣自己開發(fā)電機(jī)專用的控制芯片顯得非常必要。為了在廣闊的電機(jī)控制市場(chǎng)搶占份額，各大 DSP生產(chǎn)廠商紛紛推出自己的內(nèi)嵌式DSP電機(jī)控制專用集成電 路。但單片機(jī)的處理能力有限，對(duì)采用矢量變換控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性和精度要求高，單片機(jī)往往不能滿足要求。隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，在電機(jī)控制中開始引入數(shù)字芯片作為控制器?？傊?，電力電子技術(shù)是電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。其內(nèi)含驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，可實(shí)現(xiàn)過(guò)流、短路、欠壓和過(guò)壓等保護(hù)，還可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的再生制動(dòng)。第四代電力電子器件 IPM(Intelligent Power Module)和 PIC (Power Integrated Circuit)的出現(xiàn)，大幅度降低了開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。用它控制電機(jī)