第三章 直接转矩控制.pptVIP

本章提要 三相异步电动机的动态数学模型 坐标变换和动态数学模型的简化 矢量控制的变频调速系统 直接转矩控制变频调速系统 无速度传感器变频调速系统 3.4 直接转矩控制变频调速系统 概 述 直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统，1985年由德国鲁尔大学Depenbrock教授提出。由于利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。 3.4.1 基本思路 直接转矩控制是基于在定子坐标系下（??坐标系）建立的交流电动机数学模型，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链定向代替转子磁链定向。它不需要模仿直流电动机的控制，所需要的信号处理工作比较简单。 直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果，因此它并不强调获得理想的正弦波波形，而是采用电压空间矢量和近似圆形磁链轨迹的概念。 3.4.1 基本思路 由上可知，磁链和电压之间的关系是相当复杂的。在直接转矩控制系统中，磁链和转矩都是通过双位调节器来控制的，其基本思路是给定一个磁链圆环形误差带，通过不断选取合适的电压矢量，强迫 的端点不超出环形误差带，于是就控制了定子磁链。 3.4.2 直接转矩控制系统的原理 结构特点 ASR的输出作为电磁转矩的给定信号； 设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对转速子系统的影响，从而使转速和磁链子系统实现了近似的解耦。 转矩和磁链的控制器 用滞环控制器或bang-bang控制器取代通常的PI调节器。 控制特点 与VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，但在具体控制方法上，DTC系统与VC系统不同的特点是： 2）转矩和磁链的控制采用双位式bang-bang控制器，并在 PWM 逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM 波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的结构。 3）选择定子磁链作为被控量，计算磁链的模型可以不受转子参数变化的影响。 电压空间矢量和逆变器的开关状态的选择 在图3-19所示的 DTC 系统中，根据定子磁链给定和反馈信号进行bang-bang控制，按控制程序查表选取电压空间矢量的作用顺序和持续时间。 圆形磁链轨迹控制 如果要逼近圆形磁链轨迹，则控制程序较复杂，主电路开关频率高，定子磁链接近恒定。该系统也可用于弱磁升速，这时要设计好Ψ*s = f (?*) 函数发生程序，以确定不同转速时的磁链给定值。 DTC系统存在的问题 1）由于采用bang-bang控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。 2）由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。 世界上的工业发达国家，如德国、日本、美国等，都竞相发展此项新技术。如集团总部位于瑞士苏黎世的ABB公司生产的ACS600、ACS800系列变频器、IGCT三电平高压变频器ACS1000。 目前，直接转矩控制技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 3.4.5 直接转矩控制与矢量控制 DTC系统和VC系统都是已获实际应用的高性能交流调速系统。两者都采用转矩（转速）和磁链分别控制，这是符合异步电动机动态数学模型的需要的。两者在控制性能上各有千秋。 矢量控制系统特点 VC系统强调 Te 与Ψr的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器； 实行连续控制，可获得较宽的调速范围； 但按Ψr 定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒性。 DTC系统特点 DTC系统则实行 Te 与Ψs bang-bang控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构； 控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响； 但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 表3-1列出了两种系统的特点与性能的比较。 表3-1 直接转矩控制和矢量控制的特点与性能比较 由于它们各自的特色，在应用领域上各有侧重。矢量控制系统更适用于宽范围调速系统和伺服系统，而直接转矩控制则更适用于需要快速转矩响应的大惯量运动控制系统（如电气机车）。 鉴于两种控制策略都还有不足之处，目前两种系统的研究和开发工作都在朝着克服其缺点的方向发展，对矢量控制系统的进一步研究工作主要是提高其控制的鲁棒性，对直接转矩控制系统的进一步研究工作则主要集中在提高其低速性能上。 3.5 无速度传感器变频调