永磁同步电机直接转矩控制学习

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导读：本期文章主要介绍永磁同步电机直接转矩控制，通过MATLAB仿真建模来学习DTC的基本原理，后期会介绍基于两电平三电平SVPWM改进的PMSM直接转矩控制。

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一、工作原理不同于矢量控制技术，DTC利用Bang-Bang控制（滞环控制）产生PWM信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而获得转矩的高动态性能。 DTC具有自己的特点，它在很大程度上解决了矢量控制中存在的一些问题，如计算的复杂特性，易受电动机参数变化的影响， 实际性能难以达到理论分析结果等。 DTC摒弃了传统矢量控制中的解耦思想，而是将转子磁通定向更换为定子磁通定向，取消了旋转坐标变换，减弱了系统对电机参数的依赖性，通过实时检测电机定子电压和电流，计算转矩和磁链的幅值，并分别与转矩和磁链的给定值比较，利用所得差值来控制定子磁链的幅值及该矢量相对于磁链的夹角，由转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达到磁链和转矩直接控制的目的。



图1 永磁同步电机直接转矩控制框图


图2永磁同步电机DTC系统开关表

二、仿真建模



图3 永磁同步电机直接转矩控制系统仿真



图4电压型磁链观测器观测的磁链
估算的磁链不怎么正弦，后面换个观测器试试！


图5 电机转矩波形仿真
转矩脉动较大。


图6 定子磁链圆旋转轨迹



图7 定子磁链幅值波形情况

三、总结

传统的DTC采用滞环控制器和开关表对电机磁链和转矩进行定性增减控制，结构简单，动态响应速度快，但由于控制简单粗放，存在转矩脉动较大的问题。

DTC算法简单，参数鲁棒性强，理论上来说DTC只需要电机的定子电阻Rs即可实现高性能调速控制。但由于DTC采用滞环比较器只考虑了误差方向而没有考虑误差大小，因此为实现优良的稳态性能必须采用很高的采样率（通常不低于20kHz）。

后续会尝试对DTC的改进方法进行浮现对比，比如引进SVM、占空比、MPTC以及无差拍等。如果有学友对DTC及改进DTC感兴趣，欢迎关注微信公众号：浅谈电机控制，一起交流学习。