直接转矩控制技术的原理解析

图13-1的变频调速系统中，利用转矩闭环直接控制电动机的电磁转矩，因而得名“直接转矩控制”。经典的直接转矩控制是在定子静止坐标系中针对电动机的定子磁链和电磁转矩实施独立控制——通过在适当的时刻选择优化的电压空间矢量（通过查询电压矢量表获得）去控制电压型逆变器来实现两者近似解耦的控制效果。为配合该控制方法，定子磁链与电动机转矩的两个调节器不再选用PI调节器，而是采用具有继电器特性的砰砰调节器。控制系统具有较强的非线性特征，但系统的响应非常快速，可以充分发挥电压型逆变器的开关能力。

图13-1 永磁同步电动机直接转矩控制系统原理图

经典直接转矩控制交流调速系统具有下述特点：

1）基于静止坐标系对电动机进行闭环控制，控制系统简单，不需要磁场定向矢量控制技术中的旋转坐标变换。

2）没有电流调节单元，不需要磁场定向矢量控制技术中对定子电流的磁场分量与转矩分量进行闭环控制。(https://www.xing528.com)

3）没有专门的对定子电压进行脉宽调制的单元，不像磁场定向矢量控制技术中采用了专门的PWM算法（如空间矢量脉宽调制技术或者电流滞环脉宽调制技术等）。

4）特有的电压矢量选择表。这在其他控制技术中通常不会见到。

5）对定子磁链幅值、电磁转矩均通过砰砰滞环调节器实施闭环控制，这也是经典直接转矩控制系统所特有的。

对交流调速系统进行高性能的控制，必须尽量缩短电动机的电磁暂态过渡过程。在电动机运行过程中，如果通过合适的控制使电动机的定子、转子或气隙磁场中有一个始终保持不变，那么电动机中的暂态电流就基本上不会出现。磁场定向矢量控制尽量保持转子磁场的恒定，而直接转矩控制则是力图保持定子磁场的恒定——这是直接转矩控制的基本原理之一。具体过程是引导定子磁链空间矢量的轨迹沿着一条预先设定好的曲线（如准圆形、六边形或者十八边形等轨迹）做旋转运动，并且预先设定了一个误差带，实际的定子磁链被控制在该误差带内，由于该误差带是很小的，所以可认为其幅值基本不变。同时应当看出，定子磁链幅值的细小波动正是驱动直接转矩控制技术产生PWM信号的动力。

直接转矩控制技术将电压型逆变器与交流电动机作为一个整体进行控制，其控制效果是建立在逆变器输出的电压空间矢量基础上的。因此，下面从电压空间矢量入手，着重分析它对DTC的控制目标——定子磁链与转矩的控制作用。