异步电机直接转矩控制转矩波动抑制研究

摘要

直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）具有控制结构简单、转矩响应快、系统鲁棒性好等优点，广泛应用于交流调速领域。传统的DTC控制策略存在一些缺陷，例如转矩波动较大、电机起动电流冲击较大、开关频率不固定等，因此，直接转矩控制系统性能改进的相关研究具有重要意义。 转矩波动包括转矩偏移和转矩脉动，本文针对这两个问题分别提出了改进方案。首先建立异步电机数学模型，根据三相静止坐标系下的物理模型和坐标变换，得到异步电机在两相定子坐标系下等效电路，推导出异步电机的磁链方程、电压方程、转矩方程以及运动方程。根据电机数学模型以及直接转矩控制算法，定量研究单位控制周期内转矩增量的主要影响因素，结合实际数字控制系统的工作特点分析了转矩偏移和转矩脉动的形成原因。 针对转矩偏移问题，本文提出了一种基于输出转矩平均值的转矩补偿器，采用带前馈的闭环PI调节器对参考转矩进行补偿，从而修正转矩偏移，使平均输出转矩跟随给定参考转矩。 针对转矩脉动问题，本文提出了一种离散占空比控制技术和矢量细分技术相结合的改进方法。从转矩控制方面考虑，将传统直接转矩控制方案中的两点式转矩调节器变为五阶转矩滞环比较器，根据转矩偏差程度有选择地在非零电压矢量作用周期中插入零矢量，从而抑制转矩过快增长；从磁链轨迹控制方面考虑，基于空间矢量脉宽调制原理由六个基本电压矢量得到十二个空间对称的非零电压矢量，将传统的六扇区细分为十二扇区，使得磁链控制更精细。最后整合离散占空比控制方法和矢量细分方法，并重新制定电压矢量表实现优化算法。 本文使用MATLAB对改进前后的DTC系统进行仿真。最后搭建实验平台验证改进策略的控制效果。仿真和实验结果表明，文中提出的改进策略可以显著校正转矩偏移，并且对转矩脉动具有较好的抑制效果。

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