1、矢量控制理論簡(jiǎn)介:70 年代西門子工程師F.BIaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理 論來(lái)解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè) 量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電 動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流 分量（勵(lì)磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控 制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以 稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率 控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的 矢量控制方式等。這

2、樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái) 控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。矢量控制算法 已被廣泛地應(yīng)用在siemens, AB, GE Fuji等國(guó)際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電 動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。 由于矢量控制方 式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)， 有的通用變頻器在使用 時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度 傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng) 機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻 器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地

3、對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的 參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)， 并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)， 從而對(duì) 普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。二. 直接轉(zhuǎn)矩控制簡(jiǎn)介：在 80 年代中期，德國(guó)學(xué)者 Depenbrock 教授于 1985 年提出直接 轉(zhuǎn)矩控制， 其思路是把電機(jī)和逆變器看成一個(gè)整體， 采用空間電壓矢 量分析方法在定子坐標(biāo)系進(jìn)行磁通、轉(zhuǎn)矩計(jì)算，通過(guò)跟蹤型PWM逆變 器的開關(guān)狀態(tài)直接控制轉(zhuǎn)矩 。因此，無(wú)需對(duì)定子電流進(jìn)行解耦，免去 矢量變換的復(fù)雜計(jì)算，控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)， 是利用空間矢量、 定子磁場(chǎng)定向的分析方法， 直接在定子坐標(biāo)系下分析異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型， 計(jì)算與控制異步電 動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，采

4、用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器（ BandBand 控制）， 把轉(zhuǎn)矩檢測(cè)值與轉(zhuǎn)矩給定值作比較， 使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)限制在一定的容差范 圍內(nèi)，容差的大小由頻率調(diào)節(jié)器來(lái)控制，并產(chǎn)生 PW脈寬調(diào)制信號(hào)， 直接對(duì)逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩輸出。 它的控制效果不取決于異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化， 而是取 決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它不需要將交流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作比較、 等效、轉(zhuǎn)化，即不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，由于它省掉了矢量變 換方式的坐標(biāo)變換與計(jì)算和為解耦而簡(jiǎn)化異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型， 沒有 通常的PWM脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生器，所以它的控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制信號(hào) 處理的物理概念明確、 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速且

5、無(wú)超調(diào)， 是一種具有高靜、動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速控制方式。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) (DTC)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 DTC(Direct Torque Control) 是在 20 世 紀(jì) 80 年代中期繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種高性能異步電動(dòng) 機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。1977年美國(guó)學(xué)者A.B.PIunkett 在IEEE雜志上首 先提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論， 1985年由德國(guó)魯爾大學(xué) Depenbrock 教 授和日本 Tankahashi 分別取得了直接轉(zhuǎn)矩控制在應(yīng)用上的成功，接 著在 1987 年又把直接轉(zhuǎn)矩控制推廣到弱磁調(diào)速范圍。不同于矢量控 制，直接轉(zhuǎn)矩控制具有魯棒性強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、控制結(jié)構(gòu)

6、簡(jiǎn) 單等優(yōu)點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量控制中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、計(jì)算量大、 對(duì)參數(shù)變化敏感等問題傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的主要問題是低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大。 為了 降低或消除低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩控制精度，擴(kuò)大直接 轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍， 近些年來(lái)提出了許多新型的直接轉(zhuǎn)矩控制 系統(tǒng)。雖然這些新型直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在不同程度上改善了調(diào)速系統(tǒng) 的低速性能， 但是其 低速性能還是不能達(dá)到矢量控制的水平 。最近出 現(xiàn)了一種間接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)， 受到了很多學(xué)者的關(guān)注。 間接轉(zhuǎn)矩控制 技術(shù)具有優(yōu)良的低速性能， 另外由于其獨(dú)特的控制思想可以降低逆變器的開關(guān)頻率，從而特別適用于大容量調(diào)速場(chǎng)合直接轉(zhuǎn)矩控制的目標(biāo)是：通過(guò)選

7、擇適當(dāng)?shù)亩ㄗ与妷嚎臻g矢量，使 定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的跟蹤控 制，其基本原理如圖1所示。在圖1中，定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩分別采 用閉環(huán)控制，s*、Tei*分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的給定信 號(hào)，、分別為定子磁鏈模值和電磁轉(zhuǎn)矩的估計(jì)值， 作為反饋信號(hào)使用。 根據(jù)誤差信號(hào)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)矩增、減控制信號(hào)CT;磁鏈調(diào)節(jié)器輸出磁鏈增、減控制信號(hào) CW。開關(guān)表根據(jù)OF、CT以及估計(jì)器輸 出的磁鏈扇區(qū)信號(hào)，選擇正確的定子電壓空間矢量，輸出控制字 SA,B,C給逆變器。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)從圖1中可以看出，和矢量控制相比直接轉(zhuǎn)矩控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快、對(duì)參數(shù)變化魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制的主要缺點(diǎn)是在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大，其主要原因是：(1) 由于轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)器采用滯環(huán)比較器，不可避免地造成了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；(2) 在電動(dòng)