DTC控制.doc

直接转矩控制(DTC) 技术概述 1 引言交流电机传动系统中的直接转矩控制技术是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, 另一方面维持定子磁链沿着给定轨迹( 预先设定的轨迹, 如六边形或圆形等) 运动, 对交流电机的电磁转矩与定子磁链直接进行闭环控制。最早提出的经典控制结构是采用 bang-bang 控制器对定子磁链与电磁转矩实施砰砰控制,分别将它们的脉动限制在预先设定的范围内。 bang-bang 调节器是进行比较与量化的环节,当实际值超过调节范围的上、下限时, 它就产生动作, 输出的数字控制量就会发生变化。然后由该控制量直接决定出电压型逆变器输出的电压空间向量。这种经典的直接转矩控制技术具有: (1) 非常简单的控制结构; (2) 非常快速的动态性能; (3) 无需专门的 pwm 技术; (4) 把交流电机与逆变器结合在一起, 对电机的控制最为直接,且能最大限度发挥逆变器的能力; (5) 前面叙述的实际被控量必须发生脉动才能产生合适的数字控制量, 所以它不可避免地存在着一种与其特有的 pwm 技术密切相关的定子磁链与电磁转矩的脉动。 2 传统的直接转矩控制(dtc) 方案直接转矩控制技术于上世纪80 年代中期提出, 当时的控制系统有两种典型的控制结构: 德国学者的直接转矩自控制方案与日本学者的直接转矩与磁链控制方案。两者都属于直接转矩控制的范围,但仍有着较大的不同。下面对各种方案进行介绍与分析。 德国 depenbrock 教授的直接自控制(dsc) 方案[1] 直接自控制方案是针对大功率交流传动系统电压型逆变器驱动感应电机提出来的控制方案。由于当时采用大功率 gto 半导体开关器件, 考虑到器件本身的开通、关断比较慢, 还有开关损耗和散热等实际问题, gto 器件的开关频率不能太高。当时的开关频率要小于 1khz , 通常只有 500~600hz 。而即便到现在,大功率交流传动应用场合中开关频率也只能有几 khz 。在较低的开关频率下,直接自控制方案采用的是利用两点式电压型逆变器的六个非零电压矢量, 按照预先给定的定子磁链幅值指令顺次切换六个矢量, 从而实现了预设的六边形定子磁链轨迹控制。在定子磁链自控制单元的基础上, 通过实时地插入零电压矢量来调节电机的转矩在合适的范围内—这是转矩自控制单元的功能。在插入零矢量时, 合适地交替选择两个零电压矢量可以起到减小 gto 开关频率的作用,如图 1 所示。图1 德国 depenbrock 提出的直接自控制方案图2 日本 takahashi 提出的直接转矩与磁链控制方案六边形定子磁链轨迹运行时, 定子磁链中含有较多的谐波分量。经理论分析可以知道, 定子磁链与转子磁链之间是一阶函数的关系。当低速特别是大负载时, 此时的转子磁链不再是圆形, 含有较多的谐波分量, 使转矩的低频脉动明显化。对这种方案的改进可以采用下面几种: (1) 引入多边形定子磁链轨迹的控制( 但开关频率会增加), 例如通过在合适的位置引入相应折角的方案, 就可以显著减小逆变器直流环路中电流的 6 的整数倍数次谐波分量[1] 。(2) 从根本上来说, 引入占空比的控制, 以适当调节定子磁链旋转的平均角速度, 那么就会显著减小低速时转矩的脉动。(3) 引入采用空间矢量脉冲宽度调制(svpwm) 的间接定子量控制(is