發布時間：2020-08-12所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:直接轉矩控制技術是目前一種先進的異步電動機變頻調速新技術。它以轉矩響應快、結構簡單、魯棒性好等一系列優點備受關注，但仍有許多問題阻礙其未來的發展。本文從總結綜述了直接轉矩控制技術的國內外研究現狀，分析了直接轉矩控制的控制原理,并討論了
摘要:直接轉矩控制技術是目前一種先進的異步電動機變頻調速新技術。它以轉矩響應快、結構簡單、魯棒性好等一系列優點備受關注，但仍有許多問題阻礙其未來的發展。本文從總結綜述了直接轉矩控制技術的國內外研究現狀，分析了直接轉矩控制的控制原理,并討論了其存在的缺陷,提出了相應的改進措施，在此基礎上對其未來發展趨勢進行了總結，為直接轉矩控制技術的進一步發展提供參考。
關鍵詞：直接轉矩控制;研究現狀;控制原理;改進措施;展望
引言
隨著計算機科技和自動控制技術的發展，工業生產對自動化控制的需求越來越大，交流調速技術也被不斷地改造和創新，其中以定子磁鏈為控制對象的電機直接轉矩控制技術(DTC)受到人們的廣泛重視。憑借其簡明的系統結構，優良的靜態、動態性能，直接轉矩控制技術得到了迅速的發展。直接轉矩控制與普通的矢量控制相比較而言，不需要進行旋轉3/2變換和脈寬調制，在簡化控制算法的同時便可實現轉矩的快速響應,簡便地得到各相輸出電壓。所以，直接轉矩控制技術是目前應用最廣泛的交流調速技術，其未來會向著高頻化方向發展, 與智能控制相結合，進一步提高控制性能和穩定性，使交流調速系統的性能出現本質上的提高。把握直接轉矩控制技術的未來發展方向對于我國實現高性能變頻調速技術的彎道超車具有重要意義。本文從直接轉矩控制技術的國內外研究現狀、核心控制技術和改進方案三個方面進行分析綜述，并對其未來的技術發展方向進行了總結。
國內外研究現狀
直接轉矩理論由德國學者M. Depenbrock教授首次提出。直接轉矩控制在不解耦的情況下簡化了交流電機的數學模型，降低了環境參數對控制的影響。尤其是在大功率機車中，若定子磁鏈控制成六邊形，功率管的切換次數減少，則可大大改善電力電子器件的發熱性能。定子磁鏈呈六邊形方案控制雖然簡單，但能夠使得電機的電磁轉矩脈動加大。在大功率的牽引機車中，由于較大慣性的存在，轉矩脈動能被大慣量濾去，轉速不會出現明顯波動;在大功率機車中，如果采用六邊形定子磁鏈控制，可以減少功率管的開關次數，大大提高功率電子器件的熱性能。雖然定子磁通六邊形方案簡單，但會增加電機的電磁轉矩脈動。在大功率牽引機車中，轉矩脈動可以用較大的慣性來濾波，而速度波動不大。而在中小功率系統中，六邊形控制方案產生的轉矩脈動使轉速產生明顯的大范圍波動，所以此情況下宜采用定子磁鏈控制成圓形的控方案制。日本便在此技術基礎上提出了側重于中小功率領域的應用的近似圓形磁鏈的控制方案。隨著高速數字信號處理器(DSP)的出現，直接轉矩控制(DTC)逐漸在工業生產中得到應用。國內對于直接控制技術的研究雖然起步晚，但是直接轉矩控制方法的眾多優點引起了大批國內學者的注意。清華大學、浙江大學、等院校在國外已有的技術和理倫的基礎上，主要圍繞著無速度傳感器控制、減少轉矩脈動兩個方面展開了直接轉矩控制的研究，提出了很多值得借鑒的技術方案。
雖然直接轉矩控制優點很多,但仍存在缺陷和不足，國內外學者針對此項技術的改善也提出了許多有價值的觀點:
(1)離散空間電壓調制型直接轉矩控制(DSVM-DTC)
(2)基于空間電壓矢量調制的連續型直接轉矩控制
由于交流調速方式研究在我國起步較晚，技術基礎薄弱，因此DTC技術的研究對于促進我國高性能變頻調速技術的發展具有積極的促進作用和重要的現實意義。
直接轉矩控制的技術方法
2-1 直接轉矩控制的控制原理
直接轉矩控制技術的核心問題是轉矩和定子磁鏈反饋模型，以及如何根據轉矩和磁鏈控制信號來選擇電壓空間矢量控制器的開關狀態。
可以通過保持定子磁通幅值穩定來充分利用電動機的鐵心。而負載的大小決定著轉子的磁通幅值。因此,定子通量的平均角速度旋轉交替可以調節控制零電壓空間矢量的狀態和工作狀態,由于轉子的轉動角速度變化不會突然改變,扭矩可以控制通過調節定子磁通的空間旋轉速度,從而控制電機轉速。
可見，通過合理的選擇加在電機定子繞組相上的電壓空間矢量，就可以調節電動機的定子磁鏈與電磁轉矩。由于電動機定子電壓空間矢量的選擇是根據逆變器的開關狀態來選擇的，所以選擇合理的逆變器開關狀態是非常關鍵的。
2-2 直接轉矩控制技術的問題與改進
盡管傳統的直接轉矩控制技術具有快速性、強魯棒性及結構簡單等諸多優點，但也存在著亟待優化改進的地方。比如，在數字控制系統的一個采樣周期內，只有有限且離散的電壓矢量向感應電動機供電，導致轉矩急劇變化;由于逆變器的開關頻率受滯環寬度、轉速及負載等因素影響，逆變器開關頻率難以保持恒定;特別是死區效應所積累的誤差使逆變器的輸出電壓發生畸變，進而使電流發生畸變，加重了系統運行的脈動和不穩定性。目前，針對直接轉矩控制技術的問題優化所提出的改進方案主要有：采用PWM和SV技術實現了直接轉矩控制的固定開關頻率運行方案。引入模糊控制和智能控制來解決轉矩脈動問題。改進后的開關表改善了控制參數與開關量之間的對應關系。采用矢量細分方法，消除了所選矢量在某些區域的不對稱作用，改善了磁通軌跡，改善了磁通轉速的對稱性，消除了電流的畸變。
結束語
直接轉矩控制技術是繼矢量控制技術之后的一種高性能的交流變頻調速技術。在理論研究與產品開發上，該項技術已取得了豐富的成果，并帶來了巨大的經濟效益。但其仍然存在著許多不成熟、不完善的問題，限制了直接轉矩控制技術的應用范圍。鑒于此，本文從直接轉矩控制技術的國內外研究發展、核心控制技術和改進方案三個方面進行分析綜述，并對其未來的技術發展方向進行了總結，為直接轉矩技術的進一步研究和發展提供參考。
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近年來，隨著電力電子技術的不斷發展，現代交流調速領域中的數字控制系統已逐步實現。隨著自適應控制理論的不斷完善，交流驅動電力系統的自動化程度將越來越高，直接轉矩控制技術將取得突破性進展。目前，國內直接轉矩控制技術的研究發展方向的重點在于：如何引進并深入學習國外先進控制技術,以提高國內交流調速系統的控制水平;同時開發出適合國情的變頻控制設備投入生產,實現核心設備與技術的產業化、國產化。——論文作者：顧攀 田嘉旭 周童
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