【正文】 選擇合適的電壓矢量來增加磁鏈；當(dāng)ψQ = 0 時，表示實際磁鏈值已達比較器上限，選擇電壓矢量來減小磁鏈，通過反復(fù)調(diào)節(jié)，使磁鏈軌跡逼近圓形。磁鏈調(diào)節(jié)器的輸入信號是磁鏈給定值|ψs|*與磁鏈反饋值|ψs|之差，其輸出值為磁鏈開關(guān)信號ψQ。調(diào)節(jié)器的容差寬度為 177。 (1) 磁鏈觀測器 磁鏈觀測器是根據(jù)檢測得到的定子電壓、定子電流和轉(zhuǎn)速等物理量，在控制中實時地估算出定子磁鏈的幅值和相位。第 39 頁 共38頁圖 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)是一個雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)采用磁鏈和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制，通過對電機定子端的電壓和電流的采樣信號進行 3s/2s 坐標(biāo)變換，計算出在α β坐標(biāo)系下的電壓usα 、usβ 和電流isα 、isβ，通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測模塊得到磁鏈反饋量|Ψs|、轉(zhuǎn)矩反饋量Tg和磁鏈位置角qs，分別與給定磁鏈值|Ψ|*和轉(zhuǎn)矩值Tg*比較，偏差值ΔΨs和ΔTe 經(jīng)過磁鏈滯環(huán)比較器和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)比較器，得到磁鏈偏差信號ΨQ和轉(zhuǎn)矩偏差信號TQ ，根據(jù)ΨQ和TQ 以及定子磁鏈所處的扇區(qū) Sn共同確定電壓空間矢量，實現(xiàn)對電壓型逆變器開關(guān)器件的控制。 (4)運動方程 (26)式中，TL 為負載轉(zhuǎn)矩； J 為轉(zhuǎn)動慣量。 (2)磁鏈方程 （24） 式中，、分別為定子繞組三相磁鏈的、軸分量；、分別為轉(zhuǎn)子繞組三相磁鏈的、軸分量。如圖 所示，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 dq 到兩相靜止坐標(biāo)系αβ 的變換矩陣C2 r / 2 s 為：圖 2r/2s坐標(biāo)變換 （22） 靜止兩相坐標(biāo)系下的異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的交流異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型為： (1)電壓方程 （23） 式中，、分別為定子繞組三相電壓的、軸分量；、分別定子繞組三相電流的、 軸分量；、分別轉(zhuǎn)子繞組三相電壓的、軸分量；、分別為轉(zhuǎn)子繞組三相電流的、軸分量；為定子繞組電阻；為轉(zhuǎn)子繞組電阻；為定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感；、分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的自感；為轉(zhuǎn)子速度； p 為微分算子。坐標(biāo)變換必須在功率不變的條件下，按照磁動勢相等的原則進行。異步電動機三相原始數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，需通過坐標(biāo)變換簡化為靜止兩相坐標(biāo)系下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，以便于進行分析和計算。電角度，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布，忽略空間諧波； (2) 忽略磁路飽和的影響，各相繞組的自感和互感都是恒定不變的； (3) 忽略鐵芯損耗，渦流；(4) 不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。2 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理 異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型 異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有高階、非線性、強耦合、多變量的特征，要獲得高動態(tài)調(diào)速性能，必須充分研究異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型[25]。特別是近年來有很多關(guān)于SVPWM一些實際的應(yīng)用例子。在伺服系統(tǒng)，應(yīng)用在直流無刷電機，直流無刷伺服電機、步進電機、交流永磁同步伺服電機。多電平逆變器SVPWM的簡單算法，該算法易于確定參考矢量的位置及其作用時間，結(jié)合相應(yīng)的開關(guān)序列產(chǎn)生逆變器的開關(guān)信號。例如在早期使用單片機來實現(xiàn)算法，后來是用DSP來實現(xiàn)控制算法，使得控制性能和實時性有很大的提高。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，SVPWM控制技術(shù)獲得了很大的發(fā)展。現(xiàn)代直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)方向是基于空間矢量脈寬調(diào)制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、非線性控制、變結(jié)構(gòu)控制，使得直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)控制性能更加完善。 但是直接轉(zhuǎn)矩控制作為一種誕生不久的新理論、新技術(shù)，自然又有其不完善、不成熟之處。3%（帶 PG）。其他公司也以直接轉(zhuǎn)矩控制為努力目標(biāo)，如富士公司的FRENIC5000VG7S系列高性能無速度傳感器矢量控制通用變頻器，雖與直接轉(zhuǎn)矩控制方式還有差別，但它也已做到了速度控制精度177。1995年ABB公司首先推出的ACS600系列直接轉(zhuǎn)矩控制通用變頻器，動態(tài)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度已達到2ms，%，在不帶速度傳感器PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，同樣可以達到177。這種“直接自控制’’的思想不僅能夠用于轉(zhuǎn)矩控制，也適用磁鏈量的控制，但以轉(zhuǎn)矩為中心來進行綜合控制[9]。因此它的控制效果不取決于電動機的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況。直接轉(zhuǎn)矩控制強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制與效果。直接轉(zhuǎn)矩控制磁場定向所用的是定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)以其新穎的控制思想，簡潔的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的動靜態(tài)性能受到研究學(xué)者們越來越多的關(guān)注。直接轉(zhuǎn)矩控制是交流調(diào)速控制技術(shù)的又一次飛躍，與矢量控制技術(shù)相比，它是在定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型，不需要為解耦而簡化交流電動機的數(shù)學(xué)模型，強調(diào)對電磁轉(zhuǎn)矩的直接控制，避免了矢量控制中復(fù)雜的坐標(biāo)變換和參數(shù)運算[9]。盡管矢量控制從理論上可以使交流調(diào)速系統(tǒng)的性能得到顯著改善，但在實現(xiàn)時仍有許多技術(shù)問題需解決和完善，如復(fù)雜的坐標(biāo)變換、需準(zhǔn)確觀測轉(zhuǎn)子磁鏈、對電機的參數(shù)依賴性大和難以保證完全解耦等，使實際控制性能難于達到理論分析結(jié)果[12]。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1971 年，德國西門子公司的 等提出的“感應(yīng)電動機磁場定向的控制原理”和美國 和 申請的專利“感應(yīng)電動機定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，形成了現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)[9]。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的區(qū)別是，它不是通過控制電流、磁鏈等量間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量控制，其實質(zhì)是用空間矢量的分析方法，以定子磁場定向方式，對定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進行直接控制的。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。 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。 電壓頻率協(xié)調(diào)控制，即恒壓頻比控制，是指在基頻以下調(diào)速時維持輸出電壓幅值和頻率的比值恒定，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運行；在基頻以上調(diào)速時，將輸出電壓維持在額定值，使磁通與頻率成反比下降，實現(xiàn)弱磁恒功率調(diào)速運行?！　〗涣麟妱訖C的高效調(diào)速方法是變頻調(diào)速，它不但能實現(xiàn)無級調(diào)速，而且根據(jù)負載的特性不同，通過適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓和頻率之間的關(guān)系，可使電機始終高效運行，并保證良好的動態(tài)特性，更能降低起動電流、增加起動轉(zhuǎn)矩和改善電機的起動性能。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]。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。中北大學(xué)2012屆畢業(yè)論文1 引言 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]。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。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] 。 交流調(diào)速控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了電壓頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制，控制理論的發(fā)展使控制系統(tǒng)性能不斷提高[2]。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能滿足一般的平滑調(diào)速，但動、靜態(tài)性能有限，適用于風(fēng)機、水泵等負載對調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能要求不高的場合[8]。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器的矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等[12]?！　≈苯愚D(zhuǎn)矩控制（Direct Torque Control——DTC），國外的原文有的也稱為Direct selfcontrol——DSC，直譯為直接自控制，這種“直接自控制”的思想以轉(zhuǎn)矩為中心來進行綜合控制，不僅控制轉(zhuǎn)矩，也用于磁鏈量的控制和磁鏈自控制[20]。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，而是直接在電機定子坐標(biāo)上計算磁鏈的模和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接跟蹤實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動態(tài)性能[9]。矢量控制的出現(xiàn)使交流調(diào)速控制技術(shù)步入了一個全新的階段，其控制思想是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理，經(jīng)坐標(biāo)變換將定子電流矢量分解為勵磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，分別進行獨立控制，從而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的動態(tài)性能。1985 年，德國魯爾大學(xué)的 教授首次提出了異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制理論（Direct Torque Control，DTC），1987 年，又將該理論推廣到弱磁調(diào)速范圍。直接轉(zhuǎn)矩控制中磁場定向采用定子磁鏈，僅需定子電阻即可觀測得到，大大減小了矢量控制性能易受電機參數(shù)影響的問題。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的四個主要特點：直接轉(zhuǎn)矩控制直接定子坐標(biāo)系下分析交流電動機的數(shù)學(xué)模型、控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量的概念來分析三相交流電動機的數(shù)學(xué)模型和控制其各物理量，使問題變得特別簡單明了。它包含有兩層意思：①直接控制轉(zhuǎn)矩；②對轉(zhuǎn)矩的直接控制。對轉(zhuǎn)矩的這種直接控制方式也稱之為“直接自控制’’。 目前該技術(shù)已被用于電力機車牽引和大功率交流傳動上。%的速度控制精度。%，速度響應(yīng)100Hz、電流響應(yīng)800Hz和轉(zhuǎn)矩控制精度177。其他公司如日本三菱、日立、芬蘭VASON等最新的系列產(chǎn)品采取了類似無速度傳感器控制的設(shè)計，性能有了進一步提高[9]。目前，定子磁鏈觀測器、轉(zhuǎn)矩觀測器、無速度傳感器是其研究的熱點。 空間矢量調(diào)制技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀 空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)是脈寬調(diào)制(PWM)的一種，SVPWM的發(fā)展是由脈寬調(diào)制發(fā)展而來。 在SVPWM的算法方面有許多理論的研究，同時在算法的硬件介質(zhì)方向也是不斷的提高和改進。基于調(diào)制函數(shù)的SVPWM算法。 在應(yīng)用領(lǐng)域，例如在逆變裝置中，基于通用多電平SVPWM算法的三電平無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，SVPWM逆變電源中的應(yīng)用，變頻壓縮機，SVPWM技術(shù)在電動游覽車中的應(yīng)用。在動力拖動方面，基于SVPWM設(shè)計的驅(qū)動電路應(yīng)