導(dǎo)讀：本期主要介紹異步電機傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制算法，包括開關(guān)表加入零矢量和未加入零矢量兩種類型。通過理論和仿真分析，將兩種傳統(tǒng)DTC的控制性能做一個對比。

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一、異步電機DTC控制

1.1控制思想

在電動機實際運行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動機鐵心；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負載決定。通過控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角即轉(zhuǎn)矩角可以控制電動機的轉(zhuǎn)矩。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其基本控制方法就是通過選擇電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度的大小，從而改變轉(zhuǎn)矩角的大小，以達到控制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。

直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩個滯環(huán)比較控制器，分別比較定子給定磁鏈和實際磁鏈、給定轉(zhuǎn)矩和實際轉(zhuǎn)矩的差值，然后，根據(jù)這兩個差值查詢逆變器電壓矢量開關(guān)表得到需要加在異步電動機上的恰當?shù)碾妷洪_關(guān)矢量，最后通過PWM逆變器來實現(xiàn)對異步電動機的控制。整個控制系統(tǒng)框圖如下：

圖1異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真 異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制是采用對電磁轉(zhuǎn)矩直接控制的思想，它摒棄了矢量控制方式， 需要眾多電機參數(shù)，對控制變量進行復(fù)雜的解耦的缺點。直接轉(zhuǎn)矩控制采用的是對電機的轉(zhuǎn)矩和磁鏈直接控制的方式，通過建立滯環(huán)比較器對轉(zhuǎn)矩給定與磁鏈幅值給定與各自對應(yīng)的實際值偏差進行調(diào)節(jié)，其控制方式簡單，動態(tài)響應(yīng)快。

圖2 定子磁場定向

1.2基本原理與控制模塊 異步電機在靜止坐標系下的電壓方程如公式（1）所示。

當電機轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻上的壓降對于定子磁鏈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來說較小，可以忽略。

在電機學中，當電機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速、等幅值旋轉(zhuǎn)，它的矢量端的運動軌跡呈圓形，一般稱為矢量圓。

定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示：

圖3磁鏈圓

簡單分析可知，當施加的電壓矢量與當前定子磁鏈之間的夾角等于90°時，定子磁鏈幅值不變，而當夾角小于90°時，定子磁鏈幅值增加，當夾角大于90°時，定子磁鏈幅值減小。

在三相靜止坐標系下，將電磁轉(zhuǎn)矩表示為電動機定子磁鏈和轉(zhuǎn)子 磁鏈的函數(shù)：

圖4定子磁鏈圓軌跡扇區(qū)圖

表1 逆變器電壓矢量開關(guān)表（加入零矢量） 表2 逆變器電壓矢量開關(guān)表（未加入零矢量） 1.2.1定子磁鏈觀測器

定子磁鏈觀測器一般觀測方法有電壓型磁鏈觀測器、電流型磁鏈觀測器、混合模型磁鏈觀測器和全階磁鏈觀測器等。

1.2.2轉(zhuǎn)速環(huán)

PI參數(shù)的整定方法：（1）試湊法；（2）計算法；

二、仿真分析 仿真設(shè)置：給定轉(zhuǎn)速150/min，給定磁鏈0.85 Wb，0.4 s加載14nm。傳統(tǒng)DTC和加入零矢量的直接轉(zhuǎn)矩控制的磁鏈、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果分別如圖5和圖6所示。

（a）開關(guān)表（加入零矢量）

（b）開關(guān)表（未加入零矢量） 圖5 異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真

（a）開關(guān)表（未加入零矢量）

（b）開關(guān)表（加入零矢量） 圖6 異步電機傳統(tǒng)DTC仿真波形變化情況

對比圖 6（a）和（b），可以得到以下結(jié)論：1）零矢量的加入，影響定子磁鏈；2）零矢量的加入使得轉(zhuǎn)速超調(diào)更小；3）加入零矢量的DTC相比于傳統(tǒng)的DTC，轉(zhuǎn)矩波動明顯減小。

三、總結(jié) 直接轉(zhuǎn)矩控制由于其快速響應(yīng)特性，廣泛應(yīng)用于異步電機控制領(lǐng)域，然而，傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制存在轉(zhuǎn)矩波動等問題，影響了其控制性能。利用零矢量具有保持轉(zhuǎn)矩的特性，將其加入到異步電機轉(zhuǎn)矩控制當中，仿真結(jié)果表明，零矢量的加入能夠有效減小轉(zhuǎn)矩波動。