异步机DTC调速

1、6.8 交流调速直接转矩控制交流调速直接转矩控制-DTC 矢量控制矢量控制VC: VC: 以转子磁链以转子磁链rr为基础为基础 , ,模型复杂模型复杂( (有定有定转转子参数子参数) ) 系统结构系统结构, ,控制与反馈观测算法复杂控制与反馈观测算法复杂 计算量大误差大计算量大误差大. . 直接转矩控制直接转矩控制DTC DTC 以定子磁链以定子磁链ss为基础为基础 , ,模型较简单模型较简单( (仅用定子参数仅用定子参数) ) 反馈观测算法较简单反馈观测算法较简单 , ,控制算法更简单控制算法更简单. . - -继继VCVC后的高动态性能的交流调速技术后的高动态性能的交流调速技术 6.8.1

2、 直接转矩控制系统结构与原理直接转矩控制系统结构与原理 (1)(1)结构：结构：n-Tn-T双闭环双闭环+s+s闭环：闭环：T T环调转矩，环调转矩，ss环恒磁环恒磁 (2) T,(2) T,反馈观测：实测反馈观测：实测n n与定子与定子u, iu, i再模型计算较简单再模型计算较简单 (3) T,(3) T,环用滞环控制器环用滞环控制器: :输出输出T,T,升降（升降（+/-+/-）指令）指令 (4) (4) 根据根据T,T,升降指令选择电压向量控制升降指令选择电压向量控制PWM PWM - -最直接简单明了的最直接简单明了的PWM PWM Tem，s计算计算 定子空间矢量方程定子空间矢量方

3、程: : 电压方程电压方程 u us s=R=Rs si is s+P+Ps s 定子绕组静止无切割电势定子绕组静止无切割电势 s s= =(u(us s-R-Rs si is s)dt )dt 转矩方程转矩方程 Tem=n Tem=np pi is ss s 计算模型如下计算模型如下 标标 量量 空间向量空间向量 Tem控制原理控制原理 ?1Tem?(?s?r)?s1?p（推导见后）（推导见后） 转子转子rr在在s s投影随投影随ss的上升有所下降的上升有所下降 当当ss不很大其下降比例不大不很大其下降比例不大 此时此时 Tem Tem “”( (正变于正变于)s, )s, 与稳态情况相似与

4、稳态情况相似 利用转差利用转差ss的的转矩控制方法：转矩控制方法： ss正转正转?ss增大增大?T T增大增大 ss停转停转?ss减小减小?T T减小减小 *Tem控制原理控制原理 旋转旋转d-qd-q系上相关系上相关,u,u方程方程: : ?sq?Lsisq?Lmirq?0?rq?Lmisq?Lrirqurq?Rrirq?p?rq?s?rd?0Lm1/Rrisq?rd?sLs1?pTem?np?sisq1Tem?s?rd?s1?p?(Lr?L /Ls)/Rrm24 4 电压向量选择电压向量选择 与与PWMPWM控制控制 设设ss正转到正转到S S6-46-4区，驱动电压向量为区，驱动电压向量

5、为u1u2 u1u2 T &T &指令指令 us us s s运动运动 PWM PWM导通开关导通开关 + & + u + & + u1 1 正转增幅正转增幅 612 612 + & - u + & - u2 2 正转减幅正转减幅 123 123 - & X - & X u u7 7/u/u8 8 停转保磁停转保磁 135/462 135/462 s运动轨迹运动轨迹 转矩与转速脉动 由于直接由于直接PWMPWM控制转矩控制转矩 稳态时转矩也脉动稳态时转矩也脉动 设振幅设振幅T,T,频率频率f fT T 1kHz 1kHz 转速脉动转速脉动 nnT/(J2fT/(J2fT T) ) 很小很小 J

6、=GD J=GD2 2/4/4为转动惯量为转动惯量 一般直接一般直接PWMPWM控制系统控制系统 结构结构简单简单 输出必有输出必有脉动脉动 DTC的问题 (1)转矩脉动转矩脉动 (2) 磁链计算误差磁链计算误差 -影响动态响应影响动态响应 尤其低速。尤其低速。 定子磁链计算改进 s s的的u-iu-i模型模型 P Ps=us-Rss=us-Rs* *is is 只用只用RsRs参数，简单参数，简单 平均平均us Rus R* *i i相对误差相对误差 计算误差计算误差 高速高速( (频频) ) 较大较大 较小较小 小小 低速低速( (频频) ) 较小较小 较大较大 大大 低速时应改为其它模型

7、低速时应改为其它模型 例：例：-i-i-模型等，但要用转子模型等，但要用转子R R，L L等参数等参数 静止坐标等效电路 用用静止静止坐标坐标 转子转子,i,i均均归算归算 ( (* *Ls/Lm) Ls/Lm) 等效电路如图等效电路如图 * *相关方程相关方程 (0)us=Rs(0)us=Rs* *is+Pis+Ps -s -定子定子-u-i-u-i模型模型 (1)j(1)j r-Pr-Pr=Rrr=Rr* *ir ir 注注: :转子相对坐标系转速为转子相对坐标系转速为 (2)(2)r=r=s+Ls+L* *ir ir 注注:L:L 转子漏抗转子漏抗 (3)(3)s=Ls(is+ir) s

8、=Ls(is+ir) (1)&(2)&(3) (1)&(2)&(3) ? 定子定子-i-i-模型模型 定子磁链-i-模型 * *相关方程相关方程 (1)jr(1)jr- -Pr=RrPr=Rr* *irir (2)r=s+L(2)r=s+L* *ir ir (4)(4) (5) (5) (3)s=Ls(is+ir) (3)s=Ls(is+ir) 现导出现导出?isis模型模型: : (1)&(2) s(1)&(2) s?rr： r=Pr=P-1-1(Rr/L(Rr/L+j)r+j)r-(Rr/L-(Rr/L)s )s (4) (4) (2)&(3) sr(2)&(3) sr?is is is=

9、 is=（1/Ls+1/L1/Ls+1/L)s )s - (1 /L- (1 /L)r )r - (5) - (5) (4)&(5) (4)&(5) 得得s()s()?is is 模型如上图模型如上图 定子磁链 自适应计算模型 1) 1) 2) 2) 1)1)-u-i-u-i模型计算模型计算s s 3) 3) P Ps=us-Rss=us-Rs* *is is 2) 2) -i-i-模型模型?计算值计算值isis 3) 3) 实测实测is-is-计算计算is=is=计算偏差计算偏差 i i i i经经自适应自适应PIPI调节调节 增加增加 u u修正修正 -u-i-u-i模型模型RiRi误差误

10、差 4)4)转转1)1)至至 i=0i=0即计算即计算is=is=实测实测is is - -综合综合-u-i-u-i和和-i-i-模型模型( (自圆其说自圆其说) )精度提高精度提高 算法改进后算法改进后, ,低速性能有改善低速性能有改善, ,调速范围增大调速范围增大 DTC电流控制电流控制 DTC DTC无电流闭环直接限流无电流闭环直接限流 但磁链控制但磁链控制?间接限制定子电流励磁分量间接限制定子电流励磁分量 转矩控制转矩控制?间接限制定子电流转矩分量间接限制定子电流转矩分量 从而实现对定子电流的从而实现对定子电流的 间接控制间接控制 ? 性能比较 从总体控制结构上看，直接转矩控制从总体控

11、制结构上看，直接转矩控制(DTC)系统和矢量控制系统和矢量控制(VC)系统是一致的，系统是一致的，都能获得较高的静、动态性能都能获得较高的静、动态性能。 6.8.3 DTC与与VC比较比较 DTC DTC系统和系统和VCVC系统都是已获实际应用的高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。但两者在控制机动态数学模型的需要的。但两者在控制性能上却各有千秋。性能上却各有千秋。 表表6-1 DTC和和VC比较比较 性能与特点性能与特点 磁链控制磁链控制 转矩控制转矩控制 坐标变换坐标变换 转子参数