導讀：本期文章對異步電機直接轉矩控制進行梳理學習。DTC包括轉速外環、磁鏈觀測器、滯環和電壓矢量離線開關表。離線電壓矢量開關表分為兩種：添加零矢量和未添加零矢量。

一、引言

不同于矢量控制技術，DTC利用Bang-Bang控制（滯環控制）產生PWM信號，對逆變器的開關狀態進行最佳控制，從而獲得轉矩的高動態性能。DTC具有自己的特點，它在很大程度上解決了矢量控制中存在的一些問題，如計算的復雜特性，易受電動機參數變化的影響，實際性能難以達到理論分析結果等。DTC摒棄了傳統矢量控制中的解耦思想，而是將轉子磁通定向更換為定子磁通定向，取消了旋轉坐標變換，減弱了系統對電機參數的依賴性，通過實時檢測電機定子電壓和電流，計算轉矩和磁鏈的幅值，并分別與轉矩和磁鏈的給定值比較，利用所得差值來控制定子磁鏈的幅值及該矢量相對于磁鏈的夾角，由轉矩和磁鏈調節器直接輸出所需的空間電壓矢量，從而達到磁鏈和轉矩直接控制的目的。

二、直接轉矩控制（兩電平6扇區）

圖2-1 異步電機直接轉矩控制框圖

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；轉子磁鏈幅值由負載決定。通過控制定子磁鏈與轉子磁鏈之間的夾角即轉矩角可以控制電動機的轉矩。在直接轉矩控制中，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速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉速度的大小，從而改變轉矩角的大小，以達到控制電動機轉矩的目的。

直接轉矩控制采用兩個滯環比較控制器，分別比較定子給定磁鏈和實際磁鏈、給定轉矩和實際轉矩的差值，然后，根據這兩個差值查詢逆變器電壓矢量開關表得到需要加在異步電動機上的恰當的電壓開關矢量，最后通過PWM逆變器來實現對異步電動機的控制。整個控制框圖如圖（2-1）所示。

三、開關表的確定

DTC基于定子磁鏈的位置信號以及轉矩與磁鏈幅值的誤差信號直接離線查找矢量表，得到最優電壓矢量。

圖3-1 電壓矢量開關表（未加入零矢量）

圖3-2 電壓矢量開關表（加入零矢量）

四、仿真系統搭建

圖4-1 異步電機直接轉矩控制系統仿真（兩電平6扇區）

（a）未加入零矢量

（b）加入零矢量

圖4-3 異步電機直接轉矩控制系統仿真波形變化情況（800r/min）

對比圖 （4-2）和（4-3），可以得到以下結論：1）零矢量的加入，影響定子磁鏈；2）零矢量的加入使得轉速超調更小；3）加入零矢量的DTC相比于傳統的DTC，轉矩波動明顯減小。

五、總結

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