DTC控制说明讲义.docx

DTC控制简介DTC的发展直流电机图1直流电机控制环特点：?磁场方向通过机械换向器来转换?控制的变量为电枢电流以及励磁电流，速度反馈直接从电机测量?直接控制转矩在直流电机中，磁场由流经定子上励磁绕组的电流产生。该磁场与电枢绕组产生的磁场总是成直角。这种情况称为磁场定向，是产生最大转矩的条件。无论转子处在什么位置，电刷都会保证这种磁场稳定在这种状态。一旦磁场定向完成，直流电机的转矩就能很容易通过改变电枢电流和保持磁化电流恒定来实现。直流传动的优势在于，速度和转矩这两个对用户来说最主要的因素，可以直接通过电枢电流来控制：转矩控制为内环，速度控制为外环（见图1）。优点?精确快速的转矩控制?高速的速度动态响应?控制简单最初，直流传动用于调速传动，是因为它可以很轻易的实现良好的转矩和高精度的速度响应。直流电机可以产生转矩并具有如下特性: ?直接--电机的转矩与电枢电流成正比，因此可以直接精确的控制转矩。?快速--转矩控制十分迅速；传动系统可以得到很高的速度动态响应。如果电机由理想的电流源反馈转矩可以立即改变，电压反馈的传动同样可以实现快速响应，因为它只和转子电气时间常数有关（例如电枢回路中总的电感与电抗）。?简单--磁场方向通过换向器/电刷这一简单的机械结构来实现，所以不需要使用复杂的电子控制电路，从而节约了控制电机的成本。V/F控制图2使用PWM频率控制的交流传动控制环特点?控制变量为电压和频率?通过调速器来模拟交流正弦波?磁通维持恒压频比?开环控制?负载决定转矩水平与直流传动不同，交流传动频率控制技术使用的是电机的外部参数—即电压和频率—作为控制电机的变量。电压和频率给定发送至调制器，为定子磁通提供近似的交流正弦波。这种技术被称为脉宽调制(PWM)，是利用二极管整流桥为直流母线提供直流电压使之保持恒定的。逆变器通过脉宽调制脉冲序列改变电压和频率，由此来控制电机。需要注意的是，这种方式不使用反馈设备测量电机转速和电机轴位置将其反馈到控制环。这种没有反馈设备的控制方式，称为“开环控制”。优点?低成本?不需要使用速度反馈装置–简单由于没有反馈设备，该控制方式为交流感应电机提供了一种简单且低成本的解决方案。这种类型的传动适用于对精度要求不高的场合，例如泵类和风机。缺点?未使用磁场定向?忽略电机状态?转矩不可控?使用了延时调制器这种技术，有时也称标量控制，没有使用电机的磁场定向。而是使用了频率和电压作为控制的主要变量提供给电机的定子绕组。忽略转子的状态意味着没有速度或位置信号的反馈。因此转矩的精度是完全不可控的。此外，该技术使用的调制器从根本上减慢了输入的电压和频率信号与电机的实际要求之间的通讯。矢量控制图3使用PWM矢量控制的交流传动控制环特点?磁场-定向控制-模仿直流传动?电机的电气特性是模拟的--“电机模型”?闭环控制传动?间接的转矩控制为了模拟直流电机的磁场工作情况，即磁场定向过程，磁通矢量传动需要知道交流异步电机内部转子磁通的空间角位置。对于PWM的矢量控制传动，通过电气方式获得磁场定向而不是直流电机式的通过机械换向器/电刷设备。首先，转子的速度以及相对于定子磁场的角位置等信息通过脉冲编码器被反馈回来。使用编码器的传动称为闭环传动。另外电机的电气特性被数学模型化，使用微处理器来处理数据。磁通矢量控制的电子控制器为电压、电流和频率等控制变量建立电气量，并通过调制器将它们给定到交流异步电机。因此转矩被间接控制。优点?良好的转矩响应?精确的速度控制?可以达到零速满转矩?性能接近直流传动磁通矢量控制可以达到零速满转矩，性能十分接近于直流传动。缺点?需要反馈?价格高?需要调制器为了达到快速的转矩响应和较高的速度精度，反馈装置是必需的。这使得成本上升并且增加了传统交流异步电机的复杂性。同样，调制器的使用降低了输入的电压和频率信号与电机的实际要求之间的通讯速度。直接转矩控制图 3 使用DTC的交流传动的闭环控制控制变量ABB所开发的具有革命性的DTC技术，在没有反馈的情况下使用先进的电机原理不使用调制器直接计算电机转矩从而完成磁场定向。控制变量为电机磁通和电机转矩。DTC控制不需要调制器也不需要转速计或编码器等设备来反馈电机转速或电机轴的位置。DTC使用最快、的数字信号处理硬件，并用更先进的数学模型来描述电机如何工作。这就使得传动的转矩响应比其他任何直流传动快10倍。 DTC传动的动态速度精度比开环交流传动高8倍，与使用交流或反馈的直流传动精度相当。DTC技术带来了第一种兼具交流和直流传动优点的“通用”传动。优点?转矩响应：当投入一个100%转矩阶跃给定后,传动的输出达到给定值所需要的时间。使用DTC控制，在40HZ以下典型的转矩响应时间在1到2ms，而带编码器的矢量控制和直流传动响应时间在10-20ms之间。开环的PWM传动响应时间超过100m