异步电机直接转矩控制系统的设计

1、大连授2大学网络教育学院本科生毕业论文（设计）题 目：基于MATLA舒步电机直接转矩控制系统的设计学习中心：大连理工大学网络教育学院层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年 级： 2010 年秋季学 号： 101132409221学 生：王子健指导教师：唐兴波完成日期：2012年8月16日异步电机直接转矩控制系统的设计摘要直接转矩控制（Direct Torgue Control, DTC源统利用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算和控制交流电动机的磁链和转矩。采用定子磁场定向，直接跟踪定子磁链和转矩。借助于离散的两点式调节 （BangBang控制）产生PWM 信号，对逆变器的开关状态

2、进行最佳控制，以获得高动态性能的转矩响应。定子磁 链运动轨迹近似为圆形的控制方案是，通过实时计算电机转矩与磁链的误差，结 合电机定子磁链的空间位置来选择相应的开关矢量。为了能够更好的，更直观的 观测圆形磁链轨迹，了解直接转矩控制的特点及其所能达到的效果，本论文在对 异步电动机直接转矩控制的基本原理进行充分分析的基础上，采用圆形磁链轨迹控制方法，建立了异步电动机直接转矩控制系统的MATLABSIMULINK真模型。在对磁链、转矩估算模型的分析设计过程中，本文对几种估算模型进行了比较， 最终综合了这几种模型的优点，设计出了磁链转矩估算的u-i模型。考虑到实际中对转矩的需要是第一位的，本文制定了优先

3、调节转矩的控制策略，为了能够更 好的实现对转矩的控制，专门设计了转矩的三值调节器，并在电压空间矢量选择 上，以优先考虑达到转矩要求。在对磁链、转矩估算模型的分析设计过程中，本 文在几种估算模型中选择了磁链转矩估算的u-i模型。考虑到实际中对转矩控制的需要是第一位的，本文制定了优先调节转矩的控制策略。为了能够更好的实现 对转矩的控制，专门设计了转矩的三值调节器，并在电压空间矢量选择上，以优 先考虑达到转矩要求。关键词：直接转矩控制；空间矢量；圆形磁链轨迹；异步电动机；磁链转矩估算引言11直接转矩控制技术概况21.1 直接转矩控制技术的产生及应用 21.2 直接转矩控制技术的发展21.3 论文内容

4、42直接转矩控制理论52.1 概述52.2 直接转矩控制的基本原理52.2.1 异步电机动态数学模型 52.2.2 三相电压型逆变器的输出电压状态 72.2.3 空间电压矢量82.2.4 异步电机的磁链观测模型 92.2.5 磁链、转矩与空间电压矢量的关系 102.3 直接转矩控制系统的基本组成 122.3.1 磁链调节器132.3.2 转矩调节器142.3.3 磁链扇区划分和确定单元 152.3.4 开关信号选择单元162.3.5 逆变器的开关频率调节172.4 本章小结173仿真工具与仿真算法的选择183.1 仿真工具的选择183.1.1 常用的仿真语言及仿真工具 183.1.2 MATL

5、AB/SIMULINKW介183.2 仿真算法193.2.1 常用的仿真算法 193.2.2 SIMULINK中的仿真算法 193.3 本文对算法的选择 193.4 本章小结204异步电机直接转矩控制系统的建模的与仿真 214.1 系统仿真模型的建立 214.1.1 磁链和转矩的估算模型 214.1.2 转速PI调节器224.1.3 磁链和转矩的滞环调节模型 224.1.4 磁链空间位置判断模型 234.1.5 开关信号单元一一电压空间矢量的选择 254.2 直接转矩控制系统仿真实验254.2.1 仿真参数254.2.2 仿真结果254.2.3 仿真结果分析304.3 本章小结30结论31致谢

6、32参考文献33异步电机直接转矩控制系统的设计引言电气传动是现代最主要的机电能量变换形式之一。在当今社会中广泛应用着 各式各样电气传动系统，其中许多机械有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造 纸机械、纺织机械等等，为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要调速的另一 类设备如风机、水泵等为了减少运行损耗，节约电能也需要调速。如果根据原动 机来分类，那么原动机是直流电动机的系统称之为直流电气传动系统；反之原动 机是交流电动机的系统，则称之为交流电气传动系统。如果根据转速的变化情况 来分类，电气传动系统又可分为恒速电气传动系统和变速电气传动系统两大类。在上世纪80年代以前，直流传动是唯一的电气传动方式。

7、这是因为直流电动 机调速方便，只要改变电机的输入电压或励磁电流，就可以在宽广的范围内实现 无级调速，而且在磁场一定的条件下它的转矩和电流成正比，从而使得它的转矩 易于控制、转矩的调节性能和控制性能比较理想。188外交流鼠笼型异步电动机的问世打破了直流传动作为唯一电气传动方式 的局面。由于它结构简单、运行可靠、价格低廉而且坚固耐用，惯量小，便于维 修，适用于恶劣环境等特点，使其在工农业生产中得到了极广泛的应用。如今交流调速领域相当活跃，新技术层出不穷。目前，交流调速系统正向集 成化、实用化、智能化方向发展。诸如交流电动机的审级调速、各类型的变频调 速、无换向电动机调速，特别是矢量控制技术、直接转

8、矩控制技术的应用，使得 交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快动态响应等良好的技术性能。 原来的交直流拖动分工格局被逐渐打破，在各工业部门用可调速交流拖动取代直 流拖动已指日可待，特别是在世界能源紧张、能源费用高涨的今天，交流调速技 术作为节约能源的一个重要手段，引起了人们的高度重视。总之，交流调速技术 的应用有着广阔的前景，随着生产技术的不断发展，交流调速逐步代替直流调速 的时代已经到来。41直接转矩控制技术概况1.1 直接转矩控制技术的产生及应用直接转矩控制变频调速技术，彳惠语称 DSR(Direkte Selbstregelung),英语称之为 DSC(Direct Self-Co

9、ntrol) 或DTC(Direct Trogue Control) ,是近十几年继矢量 控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的交流调频技术口。在1985年，德国鲁尔大学的M. Depenbroek教授首次提出了一种新型交流调速 理论一一直接$矩控制系统(DTC) 21不同于矢量控制技术，直接转矩控制有着自 己的特点。它在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易受电动机参 数变化的影响、实际性能难于达到理论分析结果的一些重大问题。直接转矩控制， 以转矩为主要对象进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链的控制。直接转矩 控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等变量间接

10、控制转矩，而 是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定 向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。直接转矩控制系统具有控制原 理简单、转矩动态响应快、需要传感器较少等优点。法国阿尔斯通公司在上海地 铁车辆上就是采用此种控制方式。为了得到高性能的速度控制，必须是电机气隙磁场尽可能为圆形。日本学者 1. Takahashi提出了直接转矩控制的另一种形式一一磁链轨迹的圆形方案，即让 磁链向量基本上沿圆形轨迹运动31这种控制方式能充分发挥新型中.力电子器件 (如IGBT)的开关频率优势，因而在中小功率场合获得广泛应用。1995ABB&司首先采用直接转矩控制技术，结合诸多

11、先进的生产制造工艺推 出的高性能变频器ACS60策列直接转矩控制通用变频器，动态转矩响应速度已达 到小于2m在带速度传感器时的静态速度精度达到0.01 % ;在不带速度传感器的情况下，即使受到输入电压的变化或负载突变的影晌，同样可以达到0.1 %0.5 %的速度控制精度。它具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制特 性、完整的保护功能以及灵活的编程能力。因而，它能够满足绝大多数的工业现 场应用，不使用电机轴上的脉冲码盘反馈，从零速开始就可以实现电机速度和转 矩的精确控制。1.2 直接转矩控制技术的发展对直接转矩控制系统而言，直接将瞬时转矩作为状态变量加以反馈调节，转 矩在定子侧展开，兼顾磁

12、链幅值的闭环控制，采用空间矢量PWM略，直接输出逆 变器开关状态，被公认为可使感应电动机达到高性能的新途径。但是实际上无法 达到矢量控制那种良好的低速性能，根源在于低速转矩控制特性变差，低速下定 子电阻影响、逆变器的死区效应、转矩脉动的产生及带负载能力下降，从而制约 了 DTCf法实用化的进程。因此，电动机直接转矩控制技术的发展主要以改进 DTCK统低速性能为研究方 向，相应地出现了很多研究方法。新的控制思想，特别是智能控制思想开始应用 到直接转矩控制中，提出了基于模糊控制、神经网络控制、变结构控制、滑模控 制、高级预测算法以及模型自适应法的转速辨识等新型直接转矩控制方法。总之 为了进一步提高

13、控制性能，消除低速脉动，交流调速向高频化方向发展。改进直 接转矩控制系统性能的研究有以下几种方法： a.智能开关状念选择器的研究传统方法用施密特触发器实现直接转矩控制的转矩调节和磁通调节，触发器 的容差大小将直接影响系统的性能。并且，根据转矩误差、定子磁链幅值误差来 选择逆变器的开关状念，对于一些不确定的因素引起的误差微小变化不能及时控 制，变化的参数对直接转矩控制系统的性能有直接影响。b.电压矢量选择方式的改进直接转矩控制通过定子磁通定向，直接对转矩进行控制，该方式在每个采样 周期所选用的电压矢量总是保证转矩在t=0时刻能最快地向着正确的方向变化。为 了改善这种情况，减小转矩的脉动，一些研究

14、者提出了一种新的电压矢量选择方 法一一预期电压法：首先根掘转矩偏差、磁通偏差和转速计算出个能达到最佳 控制的预期电压，然后用电压型逆变器的6个工作电压中与之相邻的两个电压矢量 来合成它，计算出各自的工作时间，然后用零电压补足采样周期。但是通过电压 合成，每个周期内一般有两个非零电压和一个零电压以最佳的时间搭配交替作用， 从而相当于将采样频率增到了两倍或两倍以上，使控制更加准确，性能在整个周 期内趋向最佳。c.改善低速性能的研究在一些文献早提到了一种基于模糊控制的定子电阻在线观测器。该观测器把 法定子电阻值影响比较大的三个因素一一定子电流、转速和运动时间作为输入量， 以定子阻值的变化作为输出，设

15、计了模糊观测器。定子电阻初值与变化值相加就 是控制中的定子电阻。这种观测方法能比较准确地观测电阻的变化，低速性能有 了比较好的改善。上面所提到的改进方法都是针对直接转矩控制系统的某一方面。虽然对系统的控制性能有一定的改进，但它毕竟不能从根本上改善系统的性能，要使系统性能 有一个根本的改善必须从整个系统方面着手。随着现代工业的发展，对交流调速 技术的要求越来越高。因此，研制开发高性能的交流调速装置是一项紧迫的课题， 对我国国民经济的发展具有重要的意义。1.3 论文内容直接转矩控制技术是本世纪80年代中期发展起来的新技术。它是继矢量变换控制技术之后，且与之并行发展的一种新型的高性能的交流调速传动的

16、控制技术， 以其新颖的控制思想、简洁的系统和优良的动静态性能得到了迅速的发展。本论 文在研究和分析直接转矩控制原理的基础上，利用图形仿真工具MATLAB/SIMULINK完成了直接转矩控制系统的近似圆形磁链控制方法的仿真实验。结合直接转矩控 制的算法，通过改变控制系统中直接影响电机性能的转矩滞环调节器和磁链滞环 调节器的参数，对仿真结果进行了具体分析，验证了直接转矩控制方法的可行性 和有效性。异步电机直接转矩控制系统的设计2直接转矩控制理论2.1概述直接转矩控制DTC(Direct Torque Control)变频调速技术是近十几年来继矢量控制变频调速技术之后发展起来的一种新型的具有高性能的

17、交流变频调速技 术。直接转矩控制技术基于定子两相静止参考坐标系，一方面维持转矩在给定值附近，同时另一方面维持定子磁链沿着给定轨迹(预先设定，如六边形或近似圆形) 运动。在经典DT的制结构中，采用Bang-Bang空制器对交流电机的电磁转矩和定 子磁链幅值直接进行闭环Bang- Bang空制，从而将转矩与磁链的脉动限定在预定的范围内，当实际值超过调节范围的上下限时，Bang-Bang空制器就会产生动作,输出的数字控制量就会发生变化。借助空间电压矢量的分析方法，利用该数字控 制量产生PWM号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制11。2.2直接转矩控制的基本原理2.2.1 异步电机动态数学模型由于直

18、接转矩控制是基于静止坐标系的，因此采用口-P坐标系上的数学模型。异步电机数学模型如下5：异步电动机在静止坐标系上的电压矩阵方程1 UsQ(R + Ls P0LmP01isotUsP0Rs +LsP0LmPisPur豆LmP叫Rr + L.P*irOt7rp 一1.-CLmLmP-eLrRr + Lr P -JrP .(2-1)36电动机的磁链方程巴-Ls0Lr01 iso(l0Ls0Lri sp%Lm0Lr0i rCt0Lm0LrJrP.(2-2)电动机的转矩方程Te-n p Lm (is/r ：工，irris：。(2-3)式中 Us 9 UsP、Ug、UrP、is isP、/ %、9 sp、

19、%、平产分别为 二一 0坐标系下定子、转子电压、电流、磁链值， Ls、Lr、Lm分别为定子、转子自感和 定转子见的互感；R、Rr分别为定、转子电阻；P为微分算子；。为电机转子角 速度；叫为电机极对数为了便于分析异步电机的数学模型，为了抽象出理想的电机模型，必须进行一些假设，这些假设是6(1)气殊均匀；(2)磁路线性；(3)定、转子三相绕组对称，其有效导体沿气隙空间作正弦分布；(4)忽略磁场谐波，即设磁场正弦分布；无论电机转子是绕线式还是鼠笼式，都将它等效成绕线转子，并折算到定子 侧，折算后的每相匝数都相等。在直接转矩控制的分析中，采用空间矢量的数学分析方法。图 1是异步电机的 空间矢量的等效电

20、路图。该等效电路是在正交定子坐标系( u-P坐标系)下型 等效电路图7L图1异步电机空间矢量等效电路图投影称为P分量d Us = Rsis+ dt0=Rr ir + j ,T TT:=：P L - ir srdr r dt(2-4)(2-5)(2-6)，二(Us-Rsis)dtUs 定子电压空间矢量is 定子电流空间矢量ir 转子电流空间矢量Q 定子磁链空间矢量Q 转子磁链空间矢量& 电角速度(机械角速度和极对数的积)并且规定，将旋转空间矢量在轴上的投影称为口分量，在正交的P轴上的由以上可知，异步电机在定子坐标系上由下列方程式表示:(2-7) -1(2-8).31 3-Te = n p （，a

21、 is ： - s： is - ） =| ： s II ，sin ）ep sa s _s s、L 2 s2LT 2（2-9）上述公式中味 为电机转子时间常数，叫转子角速度日为磁通角。在实 际运行中，保持定子磁链向幅值为额定值，以便充分利用电机铁磁材料，转子磁链的幅值由负载决定。由于定子磁链发生变化时，转子磁链矢量基本上保持不变，因而只要改变定子磁链矢量的空间位置，就可以改变磁通角，从而改变电磁转矩。转子磁链可以根据式（2-6）通过改变转子电流来实现。而定子磁链可以根据式 （2-7）以定子电压的积分来改变。稳态转矩的计算根据式（2-9）通过对转子磁链与磁通角日的计算来完成。2.2.2三相电压型逆

22、变器的输出电压状态在众多的脉宽调制技术中，svpwM一种优化的pwM术，能明显减小逆变器 输出电流的谐波成分及电机的谐波损耗，降低转矩脉动，且其控制简单，数字化实现方便，电压利用率高，已有取代传统 SPWM趋势。图2-4所示简化三相电压型逆变器电路中，由于逆变器的开关是由自关断器件构成的，而且每相桥臂的开关器件是互锁的，因而六个开关器件的工作状态并不完全独立，实际上只有三个独立变量。这样逆变器可以用三个单刀双掷开关 Sa、Sb、Sc来表示。现在定义三个开关函数；Sa、Sb、Sc、Sx（x=a,b,c）=l，代表上半桥臂导通，当Sx （x=a , b,c）=0代表下半桥臂导通。因此共有23=8种

23、可能的开关组合；如表1所示。UdSaSbSc图2逆变器的结构图表1逆变器开关的8种组合状态状态01234567Sa01010101Sb00110011Sc00001111对应于逆变器的8种开关状态，对外部负载来说，逆变器输出 7种不同的电压状态。这7种不同的电压状态可分成两类：一类是 6种工作电压状态，它对应于开 关状态“1”至“6”分别称为逆变器的电压状态“ 1”至“6” ；另一类是零电压 状态，它对应于零开关状态“ 0”和“7”，由于对外来说，输出的电压都为零， 因此统称为逆变器的零电压状态。用符号Ust表示逆变器的输出电压（或简称为逆变器的电压）状态的空间矢量，则关 于逆变器的电压状态的

24、表示与开关状态的对照关系如表 2。表2逆变器的电压状态与开关状态与开关状态对照表状态工作状态零状态12345678开关状态011001101100110010000111状 态表不Us(t)Us(011)Us(001)Us(101)Us(100)Us(110)Us(010)U s (000)Us(111)表不Us(t)U S1Us2Us3Us4Us5Us6Us7表不Us(t)12345672.2.3空间电压矢量三相电动机的电压、电流、磁动势、磁链势等均是三相电磁量。若在复平面 中能用一个矢量来表示三相电磁量的合成作用，则可将三维物理量变为二维物理 量，为分析和计算带来很多方便。为此，引入 Pa

25、rk矢量变换。Park矢量变换是将 三个变量变换为一个矢量，这种变换对于时间函数同样适用。若用4。）、4、Uc分别表示三相电磁链在三相坐标系中的瞬时幅值函数，用靛)表示合成作用矢量，则Park矢量变换关系为2j2j4U(t) Ua(t) Ub(t)e 3 Uc(t)e 33 -(2-10)矢量U(t)成为Park矢量，它在某一时刻值代表三相电磁量合成作用在坐标系中的空 间位置，所以称为空间矢量。对于三相异步电动机来说，空间磁动势矢量、磁通矢量、磁链矢量是确实存 在的，而电流矢量和电压矢量并不存在。但是磁动势与电流相关，电压又与磁链 有关，所以仍可以定义电流空问矢量和电压空间矢量，它们分别表示三

26、相电流的 合成作用和三相电压的合成作用在坐标系中所处的位置。以下的分析均是建立在空间矢量的基础上。一个空间矢量可由两个正交的坐标表示，所以三相电机转化成两相电机模型，从而更方便问题的分析。6图3空间电压矢量2.2.4 异步电机的磁链观测模型在直接转矩控制中，无论是按圆形轨迹控制还是按六边形轨迹控制，都需要己知定子磁链。采用直接检测的方法获得定子磁链，存在各方面的条件限制，在 实际系统中使用较少。较为通用的方法为间接测量的方法，即通过易于测量的电 机其它物理量(如定子电压、定子电流和转速等)，建立定子磁链的观测模型 口，在 控制中实时地推算出定子磁链的幅值和相位。定子磁链的观测准确性直接影响系

27、统的性能，可以说是DT做术实现的关键。本文选取根据定子电压与电流的检测值估算的 u-i模型。由公式(2-7),可以得到以定子电压和定子电流表示的异步电机定子磁链u-i模型(如图4所示)用上式来确定异步电机的定子磁链的方法有一个优点，就是在计算过程中唯一所需要 了解的电机参数是易于确定的定子电阻。 式中的定子电压Us和定子电流is。同样也 是易于确定的物理量，它们能以足够的精度被检测出来。U-i模型只有在被积分的差值，也就是iUS-RsTi的值较大时才能提供正确的结果。其误差是由定子电阻 引起的。由于这个原因，U -i模型只有在10%额定转速以上时，特别是在30%额 定转速以上时，测量误差及积分

28、漂移的影响才变得微不足道，采用此模型才能比 较准确地观测出定子磁链。但是当速度低于 30%额定转速时，用这种方法来确定 定予磁链是不可能的，因为用作积分的定子电压和定子电阻压降之间的差值消失 了，以致在稳定情况下只有误差被积分。所以 ui法一般应用在30%基速以上调 速区域的定子磁链观测中。图4定子磁链的的u-i模型此模型因其物理概念明确、实现简单，故使用最为广泛。其主要特点是1）结构简单，在中高速区域有较高的精度：2）只受定子电阻参数的影响，鲁棒性较高；3）误差小、收敛，稳态时始终含有定子电阻偏差引起的观测误差；4）电机不转时，定子反电动势为零，不能按公式（2-7）计算定子磁链，同时也无法

29、建立初始磁链512.2.5 磁链、转矩与空间电压矢量的关系1、空间电压矢量对定子磁链的作用可=点Rsis）dt+q % 直dt +忆（2-11 ）公式（2-11）中晨 表示定子磁链的初始值，由此可知定子磁链空间矢量顶点的运动方向和轨迹对应于相应空间电压矢量的作用方向，E的运动轨迹平行于所给的电压空间矢量Us指向的方向。通过逐步合理地选择电压矢量，可以使定 子磁链矢量s的运动轨迹纳入一定的范围，沿着预定的轨迹移动。电压空间矢量 对定子磁链矢量的影响可以通过以下两种方式来实现。在有效空间电压矢量的作用期间以一定的规律插入零矢量，有效空间电压矢 量作用时，定子磁链沿空间电压矢量作用的方向旋转；零矢量

30、作用时，定子磁链；，停止不动。由于零矢量的插入，：走走停停，所以旋转速度变慢了。如果在插入零矢量后仍保持每个有效空间电压矢量的总的作用时间保持不变，则定子 次暗恋矢量的幅值将不变。用这种方法可以控制异步电机的恒磁通转速，亦即包 转矩调速。空间电压矢量对磁链幅值的作用如图5所示，其中Us为施加的电压矢量， 日为电压矢量与磁通矢量的夹角。由图5分析可得，当所施加的电压矢量与磁通的 夹角0小于90 ：时，该电压矢量作用的结果使磁链幅值增加， 当6大于90 ：时，电压 矢量作用的结果使磁链幅值减小；当 日等于90或施加的是零矢量，磁链幅值基本 保持不变。sT定 usAt s图5定子磁链和电压矢量的关系

31、改变有效空间电压矢量的交替作用时间，作用时间变短，面积将变小，定子磁 链矢量的幅值也将变小。因此用这种方法可以控制异步电机的弱磁升速，实现恒 功率调速。2、空间电压矢量对电磁转矩的作用由式(2-6)可知异步电机电磁转矩的大小不仅与定子磁链的幅值、转子磁链的 幅值有关，还和它们之间的夹角有关，夹角从 0二到90 =变化时，电磁转矩从 噪化 到最大值。在实际运行中，一般保持定子磁链幅值为额定值，以充分利用电机铁 心，而转子磁链幅值由负载决定，因此要改变电机转矩的大小可以通过改变定转 子磁链之间夹角的大小来实现。在直接转矩控制中，就是通过空间电压矢量面。来控制定子磁链的旋转速度，以改变定子磁链的平均

32、旋转速度的大小，从而改变 定转子磁链夹角的大小来控制电机的转矩。图6电磁转矩与电压矢量的关系若要增大电磁转矩，就施加正向有效空间电压矢量，使电压的幅值足够大，定子磁链的转速就会大于转子磁链，定转子磁链间的夹角9增大，从而使转矩增加。若要减小电磁转矩，则施加零电压矢量，定子磁链就会停止转动，定转子磁 链间的夹角日减小，从而使转矩减小。若要迅速减小电磁转矩，则施加反向有效空间电压矢量，定子磁链就会向反 方向旋转，定转子磁链间的夹角 日迅速减小，从而使转矩迅速减小。1 3Te 71 sll sinuL。2(2-12)转矩的大小与定子磁链幅值、转子磁链幅值和磁通角 a的乘积成正比。通过转 矩三点式调节

33、，控制电压空间矢量的非零电压空间矢量和零电压空间矢量的交替 出现，就能控制定子磁链空间矢量的平均角速度大小。通过这样的瞬态调节就能 获得高动态性能的转矩特性。2.3 直接转矩控制系统的基本组成通过前一节的介绍，直接转矩控制的基本方法已经得到，在此基础上，设计 了一个异步电机直接转矩控制的小系统，系统结构基本组成如图7所示。系统组成分成如图中所示的三个部分：控制部分、逆变部分、电机部分。控制部分的任务 主要由控制器来完成，如图所示主要进行定子磁链调节、转矩调节、磁链区间划 分，最终通过开关信号选择单元输出逆变器的开关状态。逆变部分和电机部分采 用前一节介绍过的理想模型。转速可调节器转矩 谓节器分

34、析器子链沿定窿现电压源 逆变器图7直接转矩控制系统的基本组成框图直接转矩控制系统的工作过程叙述如下：在电机启动时，定子磁链处于空间原点位置，给出一个初始开关工作状态， 使其脱离原点位置，通过对电流和电压采样信号进行 3/2相变换，计算出在-P 坐标下的投影矢量isa、isp, Usa, Usp, p,将这些量通过电磁转矩计算模块和矢 量分析器分别得到转矩反馈值Tf和磁链反馈阵，转矩反馈值Tf与转速PI调节器输 出量Tg通过转矩调节器得出转矩开关信号，同理可得到磁链开关信号，这两个开 g关信号和磁链所在扇区共同选择下一个周期的开关状态，对逆变器进行控制，从 而完成一个控制周期。2.3.1 磁链调

35、节器在直接转矩控制中，需要对不断变化的磁链幅值进行调节以使其限制在一定的容差范围内，首先要求检测出当前磁链幅值。对于圆形磁链，中a, Q,也不对称，因此需要用a、P分量计算：1cp.c；+昵2（2-13）电机运转过程中，由于定子电阻压降等因素的影响，定子磁链将会不断减小， 因此要求不断“校正”定子磁链到一个指定的变化范围内。为了避免定子磁链幅 值减小到容差以外，引入磁链调节闭环，由磁链调节器给出一个定子电压空间矢 量，加大定子磁链幅值，这就是磁链调节器所需完成的工作。磁链的调节过程是通过磁链电压来完成的。所谓磁链电压是指这样一个定子电压空间矢量，它的主 要作用是根据磁链调节器的作用，在需要时被开启用以增加或减小磁链幅值。根 据异步电机的数学模型，在式(2-11)中，若忽略定子电阻Rs则：二=仙Rsis)dtso -： !.Usdtso(2-14)从式(2-14)可以看出：定子磁链矢量 可，与定子电压空间矢量U。之间为近 似积分关系，并可由此得出定子磁链运