1 前言
    隨著現代電力電子、微電子技術和控製理論的發展
，交流調速性能日益完善
，足以和直流調速媲美
，廣泛應用於工農業生產、交通、國防和日常生活。高性能的交流調速係統中主要有矢量控製和直接轉矩控製兩種。直接轉矩控製是由德國的Depenbrock教授於1985年nian提ti出chu的de。近jin年nian來lai
，結jie合he智zhi能neng控kong製zhi理li論lun與yu直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi理li論lun，提ti出chu諸zhu多duo基ji於yu模mo糊hu控kong製zhi和he人ren工gong工gong神shen經jing網wang絡luo的de直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi係xi統tong，進jin一yi步bu提ti高gao其qi控kong製zhi性xing能neng。目mu前qian它ta已yi成cheng為wei各ge種zhong交jiao流liu調tiao速su方fang法fa中zhong研yan究jiu最zui多duo
、應用前景最廣的交流調速方法之一。

2 直接轉矩控製基本原理
    直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi原yuan理li是shi利li用yong測ce得de的de電dian流liu和he電dian壓ya矢shi量liang辨bian識shi定ding子zi磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju，並bing與yu磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju給gei定ding值zhi相xiang比bi較jiao，將jiang其qi差cha值zhi輸shu入ru兩liang個ge滯zhi環huan比bi較jiao器qi，然ran後hou根gen據ju滯zhi環huan比bi較jiao器qi的de輸shu出chu和he磁ci鏈lian位wei置zhi從cong開kai關guan表biao中zhong選xuan擇ze合he適shi的de電dian壓ya矢shi量liang
，進jin而er控kong製zhi轉zhuan矩ju。其qi原yuan理li框kuang圖tu如ru圖tu1所示。

 交流電機的轉矩表達式如下：
    
    式中：δ為定
、轉子磁鏈夾角

，np為極對數。
    轉子磁鏈和定子磁鏈之間存在一個滯後慣性環節，當定子磁鏈改變時，認為轉子磁鏈不變。因此
，從式(1)知道

，如果保持定子磁鏈的幅值恒定
，通過選擇電壓矢量，使定子磁鏈走走停停

，改變定子磁鏈的平均旋轉速度，從而改變定

、轉(zhuan)子(zi)磁(ci)鏈(lian)夾(jia)角(jiao)
，就(jiu)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)對(dui)轉(zhuan)矩(ju)的(de)控(kong)製(zhi)。從(cong)這(zhe)裏(li)看(kan)，直(zhi)接(jie)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)的(de)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)如(ru)何(he)保(bao)持(chi)定(ding)子(zi)磁(ci)鏈(lian)恒(heng)定(ding)和(he)改(gai)變(bian)磁(ci)鏈(lian)夾(jia)角(jiao)。直(zhi)接(jie)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)自(zi)提(ti)出(chu)以(yi)來(lai)，各(ge)國(guo)學(xue)者(zhe)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)不(bu)斷(duan)改(gai)進(jin)，完(wan)善(shan)性(xing)能(neng)。這(zhe)些(xie)方(fang)案(an)雖(sui)然(ran)方(fang)法(fa)不(bu)同(tong)、原理各異，但都是期望選取適當電壓矢量來保證磁鏈的圓形軌跡，從而減小脈動。

3 直接轉矩控製改進方案
3．1 改進磁鏈辨識方法
    直接測量定子磁鏈很麻煩而且成本很高
，通常采用一些容易得到的變量(如U、I)來進行估算。常用的模型有U－I，模型
、I-n模型和混合U-n模型。U－I模型表達式如下：
   
    它簡單易實現，常用在高速場合，但采用純積分器
，因此存在累計積分誤差、漂移和飽和等問題
，文獻[2]給出一種低通濾波器取代純積分器
，並對其進行補償，取得較好效果。低速時，直接轉矩控製係統中磁鏈、轉矩脈動較大。此時
，定子電阻壓降所占比例增大
，不能忽略，經U－I
，模(mo)型(xing)會(hui)產(chan)生(sheng)誤(wu)差(cha)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)磁(ci)鏈(lian)和(he)轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)。采(cai)用(yong)精(jing)確(que)辨(bian)識(shi)定(ding)子(zi)電(dian)阻(zu)來(lai)補(bu)償(chang)其(qi)壓(ya)降(jiang)。當(dang)定(ding)子(zi)電(dian)阻(zu)壓(ya)降(jiang)得(de)到(dao)合(he)適(shi)的(de)補(bu)償(chang)
，就(jiu)能(neng)有(you)效(xiao)建(jian)立(li)定(ding)子(zi)磁(ci)鏈(lian)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)轉(zhuan)矩(ju)。其(qi)他(ta)還(hai)有(you)一(yi)些(xie)智(zhi)能(neng)技(ji)術(shu)，如(ru)神(shen)經(jing)網(wang)絡(luo)、mohujishuyeyongyubianshidingzidianzu，juyoulianghaoxiaoguo。cilianbianshibujingque，chanshengcilianzhuanjuwucha，congerxuanzecuowudedianyashiliang
，zuizhongdaozhicilianhezhuanjumaidong。youshiweicaiyongshibiedingzidianzu，ershizhijieduicilianjinxingbuchangyijianxiaowucha，zheyangjiunengcongDTC開關表選擇正確的電壓矢量來減小轉矩和定子磁鏈的誤差
，並逐漸減小速度誤差到零。這兩種方法可謂殊途同歸。
3．2 細分滯環比較器容差
    Bang－Bang控製是直接轉矩控製係統的重要特點之一。通常磁鏈
、轉矩滯環比較器由施密特觸發器構成，分別采用兩層和3層結構。由於滯環控製器固有的特性
，導致轉矩波動過大，影響其在高精度交流伺服控製係統中的應用。文獻[3]提出采用兩級容錯的滯環比較器結構，它與傳統的調節器相比，可多輸出8種狀態，以開關表包含更多的磁鏈和轉矩狀態信息，更加細化了係統的運行特征，從而增強控製效果。文獻[4]提出采用三點式轉矩調節器，結合兩點式磁鏈調節器，每個區間有4個工作電壓矢量和2個零矢量，比傳統方案多2個工作電壓矢量
，以此獲得近圓形的磁鏈。當然也可以用PI取代轉矩滯環控製器。其控製原理為：根據給定轉矩與電機模型估計出轉矩之差，經PI調tiao節jie後hou得de到dao電dian機ji的de轉zhuan差cha角jiao速su度du，結jie合he電dian機ji轉zhuan速su計ji算suan出chu一yi個ge控kong製zhi周zhou期qi內nei定ding子zi磁ci鏈lian的de角jiao度du增zeng量liang。由you於yu當dang前qian控kong製zhi周zhou期qi內nei的de磁ci鏈lian矢shi量liang是shi已yi知zhi量liang，從cong而er實shi現xian對dui電dian機ji轉zhuan矩ju和he磁ci鏈lian控kong製zhi的de目mu的de。文wen獻xian[5]提出注入抖動法，在轉矩和磁鏈滯環內疊加一個高頻三角波，其幅值和滯環容差寬度相當
，根據反饋值、△ψ和載波比較，根據差值來選擇適當的電壓矢量。三角波頻率增大．開關頻率也就得到提高。容差分級沒有一個明確的概念
，是一個模糊量

，因此文獻[6]yinrumohukongzhidegainian，yongmohukongzhiqiqudaizhihuanbijiaoqihekaiguanbiao
，tongguoqufenbutongcilianwuchahezhuanjuwuchadaxiao
，zuochubutongjuecelaiyouhuakaiguanzhuangtaidexuanqu
，congergaishanxitongxingneng。erzaicaiyongSVM技術的直接轉矩控製係統中

，由於是根據每個控製周期的磁鏈和轉矩偏差來合成電壓空間矢量，因此不再需要滯環比較器和開關表(可抽象看成將容差分為無限細。
3．3 增加逆變器輸出狀態
    在傳統的直接轉矩控製係統中
，通常采用三相兩點式逆變器．其結構如圖2所示。

通過Sa、Sb、Sc組合操作，共有8種開關模式，對應6個工作電壓矢量和2個(ge)零(ling)矢(shi)量(liang)。由(you)於(yu)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)數(shu)目(mu)有(you)限(xian)，要(yao)想(xiang)使(shi)磁(ci)鏈(lian)軌(gui)跡(ji)近(jin)似(si)圓(yuan)形(xing)，必(bi)然(ran)要(yao)頻(pin)繁(fan)切(qie)換(huan)和(he)引(yin)入(ru)大(da)量(liang)零(ling)矢(shi)量(liang)
，這(zhe)樣(yang)會(hui)導(dao)致(zhi)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)不(bu)穩(wen)定(ding)，增(zeng)加(jia)定(ding)子(zi)電(dian)流(liu)的(de)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)。因(yin)此(ci)，有(you)很(hen)多(duo)文(wen)獻(xian)都(dou)對(dui)逆(ni)變(bian)器(qi)進(jin)行(xing)改(gai)進(jin)。文(wen)獻(xian)[7]提出一種由普通逆變器和Boost電路組成的多電平逆變器
，可產生12個工作電壓矢量。這樣就可以控製磁鏈軌跡為十二邊形或圓形，從而減小磁鏈脈動，同時減小逆變器開關頻率。文獻[8]提出三相IGBT3點式逆變器，能提供19個工作電壓矢量。還有文獻采用兩個並聯連接的逆變器產生18個工作電壓矢量，但其硬件結構複雜
，本文不做介紹。
3．4 最優空間電壓矢量調製
    改gai進jin滯zhi環huan調tiao節jie器qi是shi通tong過guo細xi分fen滯zhi環huan容rong差cha來lai提ti供gong更geng多duo的de選xuan擇ze開kai關guan表biao機ji會hui。改gai進jin逆ni變bian器qi是shi通tong過guo硬ying件jian方fang式shi提ti供gong更geng多duo的de空kong間jian電dian壓ya矢shi量liang

，但dan都dou受shou硬ying件jian結jie構gou影ying響xiang，逆ni變bian器qi提ti供gong的de電dian壓ya矢shi量liang畢bi竟jing有you限xian。直zhi接jie轉zhuan矩ju控kong製zhi采cai用yongBang-bang控製，簡化了係統，但滯環比較器使得選擇電壓矢量時隻根據磁鏈、轉矩誤差的方向，而並沒有準確計算誤差大小
，也沒有足夠多的電壓矢量以供選擇
，這是產生磁鏈
、轉矩脈動的根本原因。因此
，如何構成任意電壓矢量以及精確估算磁鏈
、轉矩誤差

，並以此來選擇任意所需電壓矢量是改善直接轉矩控製低速性能的熱點之一。
3．4．1 空間矢量調製(SVM)
    傳(chuan)統(tong)直(zhi)接(jie)轉(zhuan)矩(ju)控(kong)製(zhi)中(zhong)，由(you)於(yu)采(cai)用(yong)滯(zhi)環(huan)比(bi)較(jiao)器(qi)，隻(zhi)有(you)當(dang)磁(ci)鏈(lian)和(he)轉(zhuan)矩(ju)誤(wu)差(cha)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)值(zhi)時(shi)
，逆(ni)變(bian)器(qi)才(cai)有(you)新(xin)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)
，且(qie)逆(ni)變(bian)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)狀(zhuang)態(tai)有(you)限(xian)，必(bi)然(ran)產(chan)生(sheng)較(jiao)大(da)的(de)轉(zhuan)矩(ju)脈(mai)動(dong)。SVM技ji術shu的de基ji本ben思si想xiang是shi，在zai每mei一yi個ge循xun環huan控kong製zhi周zhou期qi中zhong，通tong過guo計ji算suan得de到dao一yi個ge能neng夠gou恰qia好hao補bu償chang當dang前qian定ding子zi磁ci鏈lian和he轉zhuan矩ju誤wu差cha的de電dian壓ya矢shi量liang，該gai電dian壓ya矢shi量liang可ke以yi用yong兩liang個ge相xiang鄰lin的de基ji本ben工gong作zuo電dian壓ya矢shi量liang和he零ling電dian壓ya矢shi量liang合he成cheng得de到dao。很hen顯xian然ran，基ji於yuSVM技術的直接轉矩控製算法可以有效地減小輸出轉矩的波動。
    yinggaishuo，yinruxianjindekongzhicelvedoushijiyudianyakongjianshiliangtiaozhijishu。yinweizhiyouzheyang
，xitongcainengtigongxianjinkongzhicelvesuoxuderenyidaxiaohefangxiangdedianyashiliang。wenxian[9]提(ti)出(chu)的(de)無(wu)差(cha)拍(pai)控(kong)製(zhi)，就(jiu)是(shi)通(tong)過(guo)求(qiu)解(jie)方(fang)程(cheng)組(zu)得(de)到(dao)下(xia)一(yi)控(kong)製(zhi)周(zhou)期(qi)的(de)最(zui)優(you)電(dian)壓(ya)矢(shi)量(liang)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)存(cun)在(zai)計(ji)算(suan)時(shi)間(jian)過(guo)長(chang)不(bu)能(neng)保(bao)證(zheng)方(fang)程(cheng)組(zu)有(you)解(jie)和(he)依(yi)賴(lai)電(dian)機(ji)參(can)數(shu)的(de)缺(que)點(dian)。文(wen)獻(xian)[10]tichudecilianyucekongzhiqishishiyizhonggaijindewuchapaikongzhi

，liyonglingdianyashilianghefeilingdianyashiliangduicilianbutongzuoyong，yucexiayikongzhizhouqishicilianwuchazuixiaodedianyazuoyongshijian(非零電壓和零電壓矢量)。
3．4．2 占空比技術
    若設定逆變器開關頻率為廠，在整個開關周期內，所選空間電壓矢量一直作用於感應電機，磁鏈、轉zhuan矩ju都dou會hui朝chao一yi個ge方fang向xiang變bian化hua。在zai誤wu差cha較jiao小xiao的de情qing況kuang下xia，所suo選xuan的de電dian壓ya矢shi量liang在zai較jiao短duan的de時shi間jian內nei就jiu使shi轉zhuan矩ju達da到dao參can考kao值zhi，而er餘yu下xia的de時shi間jian沒mei有you發fa生sheng逆ni變bian器qi開kai關guan狀zhuang態tai轉zhuan換huan．suoxuanzedianyashiliangrengzuoyongyudiandongji，shizhuanjujixuyanyuanlaifangxiangbianhua
，yinerchanshengjiaodacilianhezhuanjumaidong。zaimeigecaiyangzhouqizhong，shuchudianyashiliangzhizuoyonggaizhouqideyibufenshijian，ershengyushijianxuanzelingdianyashiliang。ruhequedingmeigecaiyangzhouqizhongshuchugongzuodianyashiliangdezuoyongshijian(即占空比)是占空比控製技術的核心問題。從這方麵來看
，占空比技術是利用所選電壓矢量Vk和零矢量來合成所需電壓矢量，因此，也是SVM技術的一個特例。針對如何設置占空比，很多文獻提出了不同的方案
，文獻[11]中提出采用模糊控製器確定占空比。
3．4．3 優化開關表
    開關表是根據係統預先設置好的一些規則
，規則的優化能對改善控製效果起到一定的作用
，但畢竟傳統直接轉矩控製中隻有6個工作電壓和2個零電壓矢量，開關表改進的餘地有限。
3．4．4 折角調製
    六邊形磁鏈軌跡中，諧波分量較大
，有文獻提出在正六邊形的每個頂點的附近分別產生一個對稱的折角(缺口)，使其軌跡向圓心靠攏一些

，能夠起到了一定的作用。文獻[12]提出對六邊形磁鏈峰值進行折角處理，內折邊平行於六邊形相應的邊
，形成內陷十八邊形磁鏈軌跡。

4 結論
    直接轉矩控製自1985年由德國Denprocktichuhou，geguoxuezheduiqijinxingbuduangaijin，yiqihuodegenghaodetiaosuxiaoguo。suiranzhexiegaijinshijiyubutongdechufadian
，danguigendaodishiduiciliankongzhidegaijin。duizhexiefanganjinxingledazhifenlei
，jieshaogezhongfangfadetedianyubuzu。meizhongfangandoushizhijiezhuanjukongzhidexingnengdedaogaishan，dandouzengjialexitongdefuzachengdu，shizhijiezhuanjukongzhishiquqijiegoujiandandeyoudian。yinci
，ruhegaishanzhijiezhuanjukongzhixingnengeryoubuzengjiaxitongdefuzadu
，shiweilaixuezhemenzhongdianyanjiudewentizhiyi。
來源：電子工程世界