1、常熟理工学院学报 （ 自然科学 ） Journal of Chang shu Instit ute Techno log y （ Natu ral Scie nces ） 第 25 卷第 4 Vol. 25 No. 4 2011 年 4 月 Apr. , 2011 异 步 电 动 机 直 接 转 矩 控 制 系 统 的 设 计 与 仿 真 赵 飞， 李永亮 ， 王婷婷 （ 中国矿业大学 信息与电气工程学院 ， 江苏 徐州 221116 ） 摘 要 ： 直 接 转 矩 控 制 （DTC ） 借 助 于 滞 环 调 节 器 产 生 脉 冲 信 号 ， 直 接 对 逆 变 器 的 导 通 状 态 进
2、 行 最 优 控 制 ， 以 获 取 转 矩 的 高 动 态 性 能 ， 并 省 去 了 复 杂 的 矢 量 坐 标 变 换. 具 有 动 态 响 应 迅 速 ， 控 制 简 单 ， 易 于 实 现 等 优 点. 本 文 采 用 自 行 设 计 的 电 压 开 关 矢 量 表 ， 建 立 了 异 步 电 动 机 直 接 转 矩 控 制 系 统 的 基 于MATLAB 的仿真模型. 仿真结果表明 ， 所设计的直接转矩控制系统是正确的. 关键词 ： 异步电动机 ； 直接转矩控制 ； 定子磁链 ； 电压空间矢量 中图分类号 ： TM346 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1008-2794 （20
3、11 ） 04-0082-04 收稿日期： 2011 - 03 - 06 作者简介： 赵 飞 （ 1986 ） ， 男 ， 江 苏 徐 州 人 ， 中 国 矿 业 大 学 电 力 电 子 与 电 力 传 动 专 业 硕 士 研 究 生 ， 研 究 方 向 ： 交 流 电 机 调 速 . 直 接 转 矩 控 制 是 继 矢 量 控 制 之 后 发 展 起 来 的 一 种 变 频 调 速 技 术 1 ， 2 . 与 矢 量 控 制 技 术 相 比 ， DTC 在 很 大 程 度上解决 了矢量控 制中计算 量大 、 运行特性 易受电动 机参数改 变的影响 、 性能很难 达到理论 分析的一 些技术问
4、题. DTC 技 术 以 其 新 颖 的 控 制 思 想 ， 简 明 的 系 统 结 构 ， 优 良 的 静 、 动 态 性 能 得 到 了 迅 速 发 展 。 目 前 ， 国 内 不 少 高 校和科研院所对 DTC 技术进行了深入研究 ， 提出了一些有益的改进方法 ， 对 DTC 技术的实际应用做出了贡献 3 . 本 文 基 于 MATLAB 仿 真 软 件 ， 采 用 三 点 式 滞 环 调 节 器 ， 运 用 自 行 设 计 的 开 关 矢 量 表 ， 对 以 定 子 磁 链 为 圆 形 的异步电动机直接转矩控制系统进行了仿真验证 . 1 异步电动机直接转矩控制系统的基本理论 DTC 系
5、 统 只 需 检 测 电 压 、 电 流 信 号 ， 运 用 空 间 矢 量 的 思 想 ， 在 定 子 坐 标 系 下 就 可 以 实 现 对 交 流 电 动 机 磁 链 和 转 矩 的 计 算 与 控 制 4 - 5 . 如 图 1 所 示 是 异 步 电 动 机 直 接 转 矩 控 制 系 统 的 基 本 组 成 . 通 过 对 转 矩 和 磁 链 的 控 制 ， 产 生 转 矩 开 关 信 号 、 磁 链 开 关 信 号 和 扇 区 信 号 ， 与 最 优 开 关 矢 量 表 对 照 ， 输 出 逆 变 器 控 制 信 号， 实现对电动机转矩的直接控制 . 1 . 1 异步电动机的数学
6、模型 在 DTC 的 控 制 系 统 中 ， 采 用 空 间 矢 量 的 分 析 方 法 ， 使 电 动 机 模 型 得 以 简 化 . 如 图 2 是 异 步 电 动 机 在 定 子 坐 标系 书 书 书 ! - 书 书 书 ! 下的等效电路图 6 - 8 . 其 中 ： 书 书 书 ! ! 为 定 子 电 压 空 间 矢 量 ； 书 书 书 ! ! 为 定 子 电 流 空 间 矢 量 ； 书 书 书 ! ! 为 转 子 电 流 矢 量 ； 书 书 书 ! ! 为 定 子 感 应 电 动 势 ； 书 书 书 ! ! 为 转子感应电动势 ； 书 书 书 ! 为电角速度 . 可以得到如下方程 ：
7、 图 1 直接转矩控制系统的基本组成 E A 8 E - A 8 2/3 + . E - . J M PG E A 1 . J A 8 2/3 . J sg w f w + - sg T f T + - SN Q y TQ dc U s i s u sg Y f Y + - s i a s i b s u a s u b sa y sb y ( E 书 书 书 ! ! ! ! # ! $ ! ! % # ?#! 1 . 2 电压空间矢量在坐标系中的离散位置 本 文 采 用 的 是 电 压 型 逆 变 器 ， 其 输 出 电 压 共 有 八 种 组 合 ， 如 图 3 所示 . 电 压 空 间
8、矢 量 中 的 三 位 逻 辑 数 字 表 示 逆 变 器 的 开 关 状 态 ， “ 1 ” 表 示 上 桥 臂 导 通 ， “ 0 ” 表 示 下 桥 臂 导 通 . 例 如 书 书 书 ! ! ! （ 110 ） 表 示 逆 变 桥 上 桥 臂 A 、 B 、 C 的 开 关 状 态 分 别 为 导 通 、 导 通 、 断 开 . 按 照 电 压 空 间 矢 量 的 离 散 位 置 划 分 扇 区 为 S 1 -S 6 ， 根 据 定 子 磁 链 在 书 书 书 ! 三 相 坐 标 系 书 书 书 ! ! ! ! ! ! # 轴上的投影 ， 可以判断定子磁链所在的扇区 . 1 . 3 调
9、节器 如 图 4 ， 磁 链 调 节 器 是 采 用 滞 环 控 制 9 - 12 . 磁 链 调 节 器 的 输 入 信 号 是 磁 链 给 定 值 书 书 书 ! ! 与 磁 链 量 反 馈 值 书 书 书 ! ! 之 差 ， 其 输 出 值 是 磁 链 量 开 关 信 号 书 书 书 ! ! . 当 磁 链 量 反 馈 值 书 书 书 ! ! 与 磁 链 给 定 值 书 书 书 ! ! 之 差 大 于 容 差 上 限 时 ， 书 书 书 ! ! 输 出 0 ， 需 要 减 小 磁 链 ； 小 于 容 差 下 限 时 输 出 1 ， 需 要 增 加 磁链 . 传 统 的 转 矩 调 节 器
10、 也 是 采 用 滞 环 控 制 ， 如 图 5 ， 本 文 采 用 的 改 进 型 的 转 矩 调 节 器 ， 它 是 由 转 矩 两 点 式 调 节 器 与 P/N 调 节 器 两 部 分 组 成 ， 也 称 为 三 点 式 调 节 器 . 采 用 P/N 调 节 器 ， 可 以 加 快 转 矩 的 调 节 过 程 . P/N 调 节 器 可 以 控 制 定 子 磁 链 的 反 向 旋 转 ， 以 实 现 转 矩 的 迅 速 减 小 . 但 P/N 调 节 器 的 容 差 书 书 书 ! P/N 要 大 于 转 矩 调 节 容 差 书 书 书 ! ! . 在 转 矩给定值变化较大时 ， P/N 调节器才参与调节 ， 加快调节过程 . 赵飞 ， 李永亮， 王婷婷： 异步电动机直接转矩控制系统的设计与仿真 图 2 异步电动机的空间矢量等效电路图 L s r jwy r r y direct torque control; stator flux; voltage space vector 85
