通过磁通减弱速度的操作来研究对异步电机直接转
矩控制
概要-对于异步电机直接转矩控制，弱磁运行时需要当电机的运动速度超过额定速度。确定弱磁运行点的关键是速度的控制。在本文中，定子磁链的定义是通过最大平均同步速度来直接控制算法以及计算公式。在此基础上，通过torque-slip定子磁场来定向控制模型的建立。弱磁运行区域可通过2个必要条件，最大平均同步转速和扭矩必须分别超过额定转速和阻尼力矩（阻尼转矩和负载转矩时加载），并且弱磁运行点是根据定子铁芯确定的。功率和电流的公式，分别给出了弱磁通过运行点来检查安全领域的。实验结果证明了文中方法的正确性和有效性来确定弱磁的。
关键词—直接转矩控制，弱磁，感应电机。
一、简介
直接转矩控制（直接转矩控制）已发展为一个新的技术的交流驱动器[ 1]-[ 2]。今天，直接转矩控制和风险投资（向量控制）已成为最常用的方法在交流传动控制领域[ 3]-[ 7]。与传统的磁场定向控制技术，直接转矩控制算法不需要坐标变换和脉宽调制调节器，从而使控制策略与结构变得简单。在直接转矩控制提出和发展后[ 8]，该算法也被发扬光大在永磁同步电机[9]和[13 - 17]无刷直流电机控制领域。
电机在弱磁区的运作所需的许多应用中，[ 18 ]提出了最大转矩电流控制比方案，并在[ 19]永磁同步电机直接转矩控制，弱磁运行
中进行分析。对于无刷直流电机弱磁的运行，[ 20]和[ 21]已经作出的假设磁场分别是班轮和正弦。[ 22]用谐波分析方法，它采用d - q 模型分析了基波和谐波。
在本文中，定子磁链最大平均同步速度被定义，然后给出的估算公式之间的关系和对定子磁链给定最大平均同步转速和定子磁链振幅的分析，因此第一个必要条件异步电机磁通减弱的速度也就是定子磁链在弱磁点最大平均同步速度必须大于电机运行速度。然后torque-slip异步电机模型推导出最大平均同步速度，其中第二个必要条件，异步电动机的磁通减弱操作速度被获得，最大平均同步速度在弱磁点的扭矩必须大于阻尼力矩（当加载时的阻尼转矩和负载转矩）对于被两个必要条件和最佳的弱磁运行点获得的弱磁区的定子铁芯做出的利用分析。在权力的限制和目前的操作点进行检查。电机弱磁运行点所确定的算法，本文提出说明了实验结果。
二、最大平均同步速度
在异步电动机直接转矩控制算法中，定子磁链最大平均同步速度的定义是：当定子磁链继续循环转动时（这儿是非零向量和反向向量），这个平均速度就是定子磁链最大平均同步速度。
如图1所示的是定子磁链最大平均同步速度计算图表。在那里，
D是滞后的带宽，它已被假定为。点A是在α固定轴和以下方程获得的：
这儿是非零向量，并且定子磁链的运动周期是：
图1。最大平均计算定子磁链同步速度计算图表
然而它已被假定，根据几何关系，给出了下列表达式：
因此，定子磁链的最大平均同步速度大约可以计算如下：
当电机需要运行在，定子磁链已经减少，这时
获得。因此，异步电机弱磁运行速度的第一个必
要条件是在定子磁链已经减少后，最大平均同步速度要高于电机的运行速度，这时：
三、感应电机转矩模型
IM的稳态模型在同步旋转坐标d-q可以被表示成矩阵形式如下：
把带进去，力矩表示为：
当保持一定，图表中和的变化如图2所示。在图2中，点A 对应的最大理论扭矩，可以写为：
然后忽略定子和转子漏电感，假设，所以在电机正常
运作时，已假定。
在图2中重线显示的是作业区的感应电机。当电机运行在一定的速度，这是不可能有无负载或有不同的负载量，从而使电机的电磁转矩不同。在直接转矩控制中，图2中C点是操作点，当电动机在一定的速度（空载）。当需要运行在恒定速度（加载），当定子磁链在运动周期时，减少一些零向量可以提高定子磁链的平均同步速度，从而提高滑移和电磁转矩，并且使操作点从C点移动到D点。此外，如果负载增加，一些零向量必须相应降低，然后操作点D继续向上走直到达到极限点B。在这一点上，没有任何零向量和运行在最大平均同步速度的定子磁链，因此扭矩点B被定义为平均最大同步速度转矩。
在直接转矩控制感应电机系统中，定子磁链的振幅是恒定的，所以当电机工作在一定的速度，电机转矩变化会随着定子磁链平均同步速度的变化而变化。
图2。torque-slip模型图
图3。最大平均速度同步定子磁链和转矩的关系图
在一个中断周期，推进向量是用来增加瞬时滑动，从而增加电磁转矩。然而零向量的引进是为了立即改变负滑。从而电磁转矩会迅速下降。总的来说，在一个定子磁链运动周期，采用零向量实际上是调整的定子磁链平均速度，因此电机电磁转矩的变化，即实现速度控制操作。
电机机械运动方程（空载）是由:
对于稳定运行的速度，这就要求当电机转速，电机的最大平均同步速度转矩必须满足，如图3。图3显示当定子磁链的变化时电机最大平均同步转速（速度），其中的关键操作点是A和B.
因此，异步电机弱磁运行速度的第二必要条件已经获得，这是：在弱磁运行，该电机最大平均同步转度要高于，即：
如果电机加载，（20）变成为：
四、示例
A.最大平均同步速度的计算
放参数表TABLE I进入（1）到（9）可以获得：
这额定电压通量和非零向量种方法的情况下，，定子磁链的最大平均同步速度4917转作为一个运动周期。所以如果电机需要运行在5000转速，磁链弱化是必要的。图4显示的是最大平均同步速度和定子磁链的关系图。
如图4所示，如果电机要运行在5000转，定子磁链的幅值要小于0.0541wb。
图4。最大平均同步速度和定子磁链关系图
图5。最大平均同步速度转矩和定子磁链关系图
B .扭矩的计算
根据第二种情况，提出了
电机运行在5000转时，最大平均同步速度的转矩和定子磁链的关系图如图5所示。图5表明，最大平均同步速度的转矩高于阻尼转矩，
磁场的取值范围必须是，根据图4的结果，弱磁区的范围被确定为。
C.不同操作点在弱磁区的分析
选择不同的会导致不同的定子磁链的最大平均同步转速扭矩。在定子磁链的一个运动周期内，为了工作在5000转，不同数量的零向量是用来改变定子磁链同步转速，从而改变滑动和进一步控制扭矩。考虑到定子铁芯的使用，0.049wb是最接近额定磁通，因此弱磁运行点选择为
D.检查电机功率和电流
(1)检查功率
上述方程清楚地表明，当弱磁点的功率小于额定功率，电机有一个正常运作
(2)检查电流
五、实验
实验进行了一个异步电机采用来自德克萨斯仪器中的TMS 320 F 2812数字信号处理器（数字信号处理器）。电机参数在TABLE I中。
图6显示当定子磁链减少到0.048wb时的速度响应，这里的速度要求5000转。如图6所示，在弱磁运行时，电机可以稳定运行在5000转。当定子磁链的变化在15秒内从0.048wb到0.052wb，电机的速度响应如图7所示。图7清楚地显示当定子磁链逐步变化到0.052wb，这时超越的弱磁区，所以速度下降到4810转。
图8所示当定子磁链步的变化在15s内从0.048wb到0.050wb时的速度响应。
图6。在弱磁运行点速度响应的实验结果
图7。在磁通变化时的速度响应的实验结果
图8。在通量变化时速度和向量各自的响应的实验结果
如图8所示，当定子磁链逐步改变到0.050wb时，这时超出了弱磁区，因此速度下降到4915转。
于此同时，图8上面显示的向量信号已经被采用到电机中的每歌中断周期内，这儿高脉冲代表推进向量和低脉冲代表零向量。当
时，这时的速度还没有达到的要求的速度，这里转矩滞环控制器的输出是“零”，这时扭矩的需要增加，因此推进向量在这段时间里被使用，因此电机工作在最大平均同步速度并且产生的最大平均
同步速度转矩来迅速提高速度。然而当，电机转速达5000转时如图5所示，这里最大同步转矩高于阻尼力矩，因此零向量是常用来减小平均电磁转矩，操作点移动从C到D如图5所示，这表明带有理论分析的仿真结果的一致性。此外，当t>5秒，有非零向量，但由于在弱磁区外，即使电机工作在最大平均同步速度的状态下，速度仍然下降到4910转。在本文中实验结果与模拟结果的一致性验证了理论分析的可靠性，也验证了文中提出了确定弱磁运行点的两个必要条件的可
行性和正确性。
六、结论
（1）在感应电机的直接转矩控制算法中，当电机运行在恒转矩区域下面的额定速度，定子磁链的振幅是额定值；但当电动机运行在高于额定速度的恒定功率区域内时，这时必须需要弱磁运行。
（2）通过最大平均同步速度要高于电机运行速度和电机最大平均同步速度扭矩要高于阻尼转矩这两2个必要条件，可以确定磁链弱化了调速范围。为了定子铁芯充分利用，它应该选择接近在弱磁区的操作点额定值的通量值，。然后利用功率和电流限制检查弱磁操作点的表达式来保证这个店的安全性。
（3）从扭矩控制的角度来看，零向量的采用是为了改变这个平均滑动，并因此通过改变转矩来控制速度。如果电机工作在最大平均同步速度需要有非零向量这个限制条件。
（4）带有仿真的理论推导和实验结果的一致性验证本文算法可以初步用于确定通量削弱了操作点的速度在直接转矩控制的异步电动机中。
工具书类
[1]李亚元，唐浦华，宋常林。一个新的直接转矩控制通量估算理论[J ]。中国电机工程学报，2000 , 20（5）：22 - 24。
[2]卢伟杰，刘鲁源。异步电机直接转矩控制系统的定子电阻辨识中用到的小波网络[ J]。中国电机工程学报，2004，24（4）：116-119。
[3]Ｃ asadei D, Profumo F, Tani A，直接转矩控制：2可行方案的
异步电动机转矩控制[ J]。电力电子杂志，2002，17（5）：779-787。
[4]Hoang L H.磁场定向向量控制和异步电动机直接转矩控制的比较
[C]。 Phoenix, AZ, USA: Conf Rec IEEE 34th IAS Annu Meeting, 1999.
[5]陈伯时。向量控制和直接转矩控制系统的理论基础和应用特征[J]。电力电子，2004 , 2（1）：5 - 9。
[6]Peter V.无速度传感器向量控制和直接转矩控制[M]。牛津科学刊物，1998。
[7]乾坤，谢寿生，高美艳，等。改进对直接转矩感应电动机控制方法的应用[ J]。中国电机工程学报，2004 , 24（7）：210-214。[8] Depenbrock M.异步电机变频调速的直接转矩控制（热）[ J]杂志。电力电子，1988,3（4）：420-429。
[9] Swierczynski D, Kazmierkowski M P.永磁同步电动机（永磁）的直接转矩控制使用空间调制（dtc-svm）-模拟和实验结果[ C]。塞维利亚，西班牙：iecon，2002。
[10] Haque M F, Zhong L , Rahaman M F。偏移误差的影响及对永磁同步电机的直接转矩控制的补偿[ C]。马萨诸塞州，美国：iemdc，2001
[11] Haque M F, Zhong L , Rahaman M F，直接转矩控制的永磁同步电机的无传感器转子初始位置的估计方法[J]。杂志。电力电子技术，2003，182（3）：1376-1383
[12]Jung-Woo Park，Dae-Hyun Koo 等人。内部永磁同步电机对于电
动车辆的控制特性的改进[J]。杂志。工业应用，2001，37（6）：1754-1760。
[13]Gosden DＦ，Chalmers B J 。磁场削弱组合式转子同步电机的性能[C]。emd97，1997。
[14] Nicola Binachi, Sileverio Bolognani。对fiux-weakening 应用的同步电机驱动的参数和伏安评级[J]。杂志。电力电子技术，1997 , 12（5）：49 - 53。
[15]Pragasen Pillay, Ramu Krishnan。永磁电机驱动的建模与仿真分析，第二部分：无刷直流电机驱动[ J]杂志。工业应用，1989,25（2）：274-279。
[16]Meshkat S。一种新的基于微处理器的最佳电流向量控制无刷伺服电动机放大器[ C]。in Proc.13th IMCSD Ann.Symp.,1984. [17]Tai J.最佳换向无刷电机[C ]。in Proc. IMCSD 11th Ann.Mtg.,1982.
[18]Zhong L，Eahman M F等。在永磁同步电机中对直接转矩控制的分析[J]。杂志。电力电子技术，1997，12（3）：528-535。
[19]Dou Ru-zhen, Wen Xu-hui。分析领域的弱磁运行的永磁同步电机直接转矩控制[J]。中国电机工程学报，2005 , 25（12）：117-121 [20]Jahns T M.在有矩形激励电流的永磁同步电机驱动中产生的扭矩[J]。杂志。工业应用，1984，（4）：803-813ia-20。
[21] Corzine K A,Hegner H J。一个整流无刷直流驱动器的分析[ M]。杂志。能量转换，1995 , 10（3）：438-445。
[22] Miti G K, Renfrew A C, Chalmers B J，无刷直流电动机瞬时功率理论[M ]。学报。电力电子应用。。2001148（3）：265-272。
异步电动机直接转矩控制系统 1 直接转矩控制简介 直接转矩控制（Direct Torque Control—DTC），国外的原文有的也称为Direct self-control—DSC，直译为直接自控制，这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制，不仅控制转矩，也用于磁链量的控制和磁链自控制。直接转矩控制与矢量控制的区别是，它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的。这种方法不需要复杂的坐标变换，而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小，并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能。直接转矩控制系统的主要特点有： （1）直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。 （2）直接转矩控制的磁场定向采用的是定子磁链轴，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。 （3）直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交流电动机的数学模型和控制各物理量，使问题变得简单明了。 （4）直接转矩控制强调的是转矩的直接控制效果。 直接转矩控制技术用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band）产生PWM 波信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。它省去了复杂的矢量变换与电动机的数学模型简化处理，没有通常的PWM 信号发生器。它的控制思想新颖，控制结构简单，控制手段直接，信号处理的物理概念明确。 为了让读者更好的理解直接转矩控制，在正式介绍三相异步电机的直接转矩控制系统前，先从直接转矩控制的基本物理概念讲起。 2 直接转矩控制的基本物理概念 2.1 直接转矩控制中磁通和转矩的测量 在几种用于控制感应电机的方法中，直接转矩控制（DTC）占有很重要的地位。DTC 将转矩和定子磁通分别控制在两个滞环内，这就意味着转矩和磁通各自被限制在最大值和最小值的范围内。
摘要：直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。在控制思想上与矢量控制不同的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。本文对直接转矩控制原理进行了简介，以及目前应用直接转矩控制的产品介绍。 关键词：直接转矩控制，异步电机
目录 1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 (3) 1.1直接转矩控制系统原理与特点 (3) 1.2直接转矩系统的控制规律和反馈系统 (4) 2 直接转矩控制的基本原理和仿真模型 (6) 2.1直接转矩控制的基本原理 (6) 2.2直接转矩控制的仿真模型总图 (7) 3 三相异步电机的数学模型 (8) 4 磁链信号和转矩信号产生 (10) 4.1定子磁链的观测控制 (10) 4.2 电磁转矩的有效控制 (11) 总结 (12) 参考文献 (13)
1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。 1.1直接转矩控制系统原理与特点 如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号* T，在* T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得转速和磁链系统实现解耦。因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。 图1-1直接转矩控制系统图 的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链 s 保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。在直接转矩控
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究 异步电动机是工业中常用的一种电动机，其中的低速范围控制为很多应用中需要考虑 的问题。本文将探究一种基于直接转矩控制的异步电动机低速范围控制方法。 1. 异步电动机基本原理 异步电动机是一种传统的三相交流电动机，其转速的变化是通过改变电源频率或者改 变转子电阻实现的。其基本的结构包括一个定子和一个转子。定子上由三个相位电流流过，相互之间存在120度的相位差。通过磁场作用，转子会被拉到旋转的状态，并不断向磁场 弱的方向移动。异步电动机这种运动状态下，其排频与电网频率相同，称之为同步速度。 当负载变化时，其转速会有所波动，存在失速的现象。 通常情况下，异步电动机的控制主要通过改变电源频率来实现。如果在工作中要求电 机能够在低速范围内精确地控制，那么仅仅通过改变电源频率的方式显然无法实现要求的 控制效果。 2. 直接转矩控制原理 在直接转矩控制法中，通过对电机从相电压和相电流中得到转矩，实现对电机的精确 控制。在不改变电机的固有控制方式的情况下，通过控制转矩实现对转速的精确控制。 直接转矩控制法可以实现较高的控制精度，且对电机本身存在的非线性变化能够有很 好的适应性。通过直接控制转矩，可以消除电机存量误差，精确控制电机的转速。同时， 因为电机控制方式的原理没有变化，所以可以很方便地与其他控制策略相结合，为实现更 复杂的电机系统控制提供了可能。 在具体实施过程中，可以通过恰当的设计，实现不同转速区间的控制。换挡过程中， 控制算法需要进行相应调整，以保证电机的转速与负载之间的平稳配合。 4. 结论 通过直接转矩控制法，可以实现对异步电机在低速范围内的精确控制。该方法具有精 度高，反应速度快等特点，能够很好地满足工业应用的要求。在实际应用中，需要根据实 际情况进行相应调整，以实现更好的控制效果。
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的 比较 首先，我们来看看FOC方案。FOC方案是基于电机矢量控制理论而发展起来的一种控制方法，在控制异步电动机时，可以通过精确测量和控制转子磁链矢量的方向和大小，来实现精确控制电机的转矩和转速。其核心思想是将电动机的三相定子电流进行矢量拆分，分为一个磁场矢量和一个转矩矢量，从而实现转子磁链方向和大小的控制。 FOC方案的优点是控制精度高，响应速度快。由于可以实时测量和控制电机的磁链矢量，FOC方案可以精确控制电机的转矩和转速。此外，由于转子磁链矢量可以根据需要即时调整，FOC方案可以快速响应转矩和速度的变化，从而适用于需要快速响应和精确控制的应用。 然而，FOC方案也存在一些缺点。首先，FOC方案的实现较为复杂，需要进行电流和电压的矢量控制，以及相应的转子定位和速度估算算法。这些复杂的控制算法在实践中需要较高的计算能力和较多的计算资源，因此实现起来较为困难。其次，FOC方案对于电机参数和系统模型的准确性要求较高。由于FOC方案需要测量和控制转子磁链矢量，因此对电机参数和系统模型的准确性要求较高，如果参数不准确，将导致控制性能下降。 接下来，我们来看看DTC方案。DTC方案是一种基于直接转矩控制原理的控制方法，其核心思想是通过采用转矩和磁链两个控制变量直接控制电机的转矩和速度。DTC方案通过测量和计算磁链和转矩的误差，根据预定的控制规则直接调节电机的电压和频率，以实现对电机转矩和速度的控制。 DTC方案的优点是实现简单，控制快速。DTC方案不需要进行电流和电压的矢量控制，只需要测量和控制磁链和转矩的误差，因此实现起来相
异步电机控制算法基础 异步电机，又称感应电机，是工业应用中最常见的电动机类型之一。它的运行不依赖于外部的同步信号，而是通过内部的电磁感应产生转矩。由于其结构简单、维护成本低以及可靠性高等特点，异步电机在诸多领域，如制造业、风力发电、水泵系统等都发挥着重要的作用。随着电力电子技术、微处理器技术和控制理论的发展，异步电机的控制算法也日益丰富和精确。本文将详细探讨异步电机控制算法的基础理论，包括数学模型、控制策略及其在实际系统中的应用。 一、异步电机的基本数学模型 理解异步电机的控制算法，首先要从其数学模型入手。异步电机的数学模型相对复杂，但可以通过合理的简化和假设来降低其复杂性。常用的数学模型有dq轴模型、αβ轴模型以及基于这些模型的派生模型。 1. dq轴模型 dq轴模型是通过Park变换将三相异步电机的电压、电流和磁链等物理量从静止的abc坐标系转换到旋转的dq坐标系中。在dq坐标系下，电机的电压方程、磁链方程和转矩方程可以表示为相对简单的形式，便于分析和设计控制器。 2. αβ轴模型 αβ轴模型是通过Clarke变换将三相异步电机的物理量从abc坐标系转换到两相正交的αβ坐标系中。这种模型在分析和设计某些类型的控制器（如直接转矩控制）时特别有用。 二、异步电机的控制策略 异步电机的控制策略主要可以分为两大类：矢量控制（也称为场向量控制）和直接转矩控制。
1. 矢量控制 矢量控制是一种高性能的异步电机控制策略，它通过模拟直流电机的控制方式来独立控制异步电机的转矩和磁通。矢量控制的核心思想是通过坐标变换将异步电机的定子电流分解为产生磁通的励磁分量和产生转矩的转矩分量，然后分别对这两个分量进行控制。通过这种方式，矢量控制可以实现异步电机的高性能调速，包括快速的动态响应、高精度的速度控制和宽广的调速范围。 2. 直接转矩控制 直接转矩控制是一种直接控制异步电机电磁转矩的控制策略。它不需要进行复杂的坐标变换，而是直接在定子坐标系下计算和控制电机的转矩。直接转矩控制具有结构简单、动态响应快和对电机参数变化不敏感等优点。然而，由于直接转矩控制采用滞环比较器来实现转矩和磁通的直接控制，其稳态性能（如转矩脉动和磁通脉动）相对较差。 三、先进控制算法在异步电机中的应用 随着控制理论的发展，越来越多的先进控制算法被应用于异步电机的控制中，如模糊控制、神经网络控制、滑模控制等。 1. 模糊控制 模糊控制是一种基于模糊集合论和模糊逻辑推理的控制策略。它不需要建立精确的数学模型，而是根据专家的经验和知识来制定模糊控制规则，从而实现对异步电机的有效控制。模糊控制在处理不确定性和非线性问题方面具有独特的优势。 2. 神经网络控制 神经网络控制是一种模拟人脑神经网络结构和功能的控制策略。它通过学习和训练可以自适应地调整控制参数，以实现对异步电机的优化控制。神经网络控制在处理
异步电动机直接转矩控制原理与展 望 一、引言 电动机调速是各行各业中电动机应用系统 的必需环节。直流电动机因其磁链与转矩电流各自独立，不存在耦合关系，能够获得很好的调速范围和调速精度，静、动态特性均比较好而获得广泛应用。 交流电动机结构简单却因其磁链与电流强 耦合，而且是多变量非线性系统，调速难度大，长期以来在调速系统的应用受到限制。直到近三十年来，一系列新型的传动调速技术的出现才开始了交流传动的新篇章。1．交流传动的发展简述 首先是变压变频调速系统，后来出现了矢量控制和直接转矩控制调速系统。由于VVVF 系统只是维持电动机内的磁链恒定，并没有解决磁链和电流强耦合的问题，其调速范围窄，调速性能也不佳。矢量控制是以转子磁场定向，采用矢量变换的方法，通过两次旋
转坐标变换，实现异步电动机的转速和磁链控制的完全解耦。但实际上由于转子磁链很难准确观测，系统特性受电机参数的影响较大，且计算也比较复杂。 1985年，德国的和日本的先后提出直接转矩控制理论。直接转矩控制在定子坐标系下，避开旋转坐标变换，直接控制转子磁链，采用转矩和磁链的bang-bang控制，不受转子参数随转速变化而变化的影响，简化了控制结构，动态响应快，对参数鲁棒性好，因而得到广泛的深入研究和应用。 2．矢量控制和直接转矩控制的简略对比 控制原理：FOC是在转子磁通坐标系中，通过分别控制q轴和d轴定子电流分量，实现转速和磁链的解耦控制。其实质是通过坐标变换重建的电动机数学模型等效为直流电 动机，从而象直流电动机那样进行快速的转矩和磁通控制。DTC是在定子坐标系下通过检测电动机定子电压和电流，采用空间矢量理论计算电动机的转矩和磁链，并根据与给定值比较所得差值，实现转矩和磁链的直接控制。
直接转矩控制 一. 矢量控制理论简介: 70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。 采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。 二. 直接转矩控制简介:
在80年代中期，德国学者Depenbrock教授于1985年提出直接转矩控制，其思路是把电机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通过跟踪型PWM逆变器的开关状态直接控制转矩。因此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复杂计算，控制结构简单。 直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器(Band—Band控制)，把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM 脉宽调制信号，直接对逆变器的开 关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩而是取决于转矩的实际状况，它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。 直接转矩控制系统(DTC) 直接转矩控制系统简称DTC(Direct Torque Control)是在20世纪80年代中期继矢量控制技术之后发展起来的一种高性能异步电动机变频调速系统。1977年美国学者A.B.Plunkett在IEEE杂志上首先提出了直接转矩控制理论，1985年由德国鲁尔大学Depenbrock教授和日本Tankahashi分别取得了直接转矩控制在应用上的成功，接着在1987年又把直接转矩控制推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制，直接转矩控制具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题
异步电机直接转矩控制系统研究开题报告开题报告 一、选题背景及意义 异步电机是一种常用的电动机类型，具有体积小、重量轻、可靠性高 等优点，广泛应用于工业生产中。在传统的异步电机控制系统中，通常采 用矢量控制或者传统的感应电机转矩控制方法。然而，这些方法存在一些 问题，如控制精度不高、系统响应时间长等。为了解决这些问题，越来越 多的研究者倾向于使用直接转矩控制（DTC）方法来控制异步电机。 直接转矩控制是一种开环控制方法，通过检测电机内部变量来实时调 整控制策略，从而实现对电机转矩的直接控制。相比传统的闭环控制方法，直接转矩控制具有响应快、控制精度高等优点。因此，研究异步电机直接 转矩控制系统具有重要的理论和实际意义。 二、研究目标及内容 本次研究的目标是设计和实现一种高性能的异步电机直接转矩控制系统。具体而言，研究内容包括以下几个方面： 1.异步电机的数学模型建立：通过对异步电机的电磁特性进行分析， 建立电机各个变量之间的数学关系。 2.直接转矩控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电 机的直接转矩控制策略，使得控制系统能够实现对电机转矩的直接控制。 3.控制系统的硬件实现：搭建实验平台，选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置，实现控制系统的硬件部分。
4.控制系统的软件实现：通过编程语言，编写控制系统的软件程序， 实现控制策略的实时调整和电机转矩的控制。 5.控制系统的性能评估与优化：通过实验测试，对控制系统进行性能 评估，分析其控制精度、响应时间等指标，并对系统进行优化。 三、研究方法与技术路线 本次研究将采用实验研究的方法，具体分为以下几个步骤： 1.理论研究和调研：对异步电机直接转矩控制系统的相关理论进行研究，了解目前的研究现状和存在的问题。 2.数学模型的建立：通过分析异步电机的电磁特性，建立电机各个变 量之间的数学关系，得到电机的数学模型。 3.控制策略的设计：基于数学模型，设计一种适用于异步电机的直接 转矩控制策略，并进行仿真验证。 4.实验平台的搭建与调试：搭建实验平台，选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置。 5.软件程序的编写与优化：通过编程语言，编写控制系统的软件程序，实现控制策略的实时调整和电机转矩的控制，同时对程序进行优化。 四、拟解决的关键问题 1.如何建立异步电机的数学模型，并建立与电机转矩之间的数学关系。 2.如何设计一种适用于异步电机的直接转矩控制策略，并实时调整控 制策略以实现对电机转矩的直接控制。 3.如何选择合适的控制器和传感器，并进行硬件的连接与配置。
目录 摘要： (1) Abstract： (2) 1 前言 (3) 1.1 交流电机控制技术的发展与展望 (3) 1.2 直接转矩控制技术的优点 (5) 1.3 直接转矩控制技术的现状及发展趋势 (6) 2 三相异步电机直接转矩控制基本原理 (8) 2.1 三相异步电动机的数学模型 (8) 2.1.1 三相异步电机的数学模型 (8) 2.1.2电压空间矢量对定子磁链的影响 (9) 2.1.3电压空间矢量对电机转矩的影响 (11) 2.2三相异步电机直接转矩控制系统的实现 (11) 2.2.1逆变器的开关状态和电压状态 (11) 2.2.2电压空间矢量 (12) 2.2.3圆形磁链轨迹的形成 (13) 2.3电压空间矢量开关信号的选择 (14) 2.4本章小结 (16) 3 三相异步电机直接转矩控制策略 (17) 3.1定子磁链矢量空间位置检测 (17) 3.2 定子磁链和电磁转矩的估计 (18) 3.2.1定子磁链估计 (18) 3.2.2 电磁转矩估计 (22) 3.3磁链调节和转矩调节 (22) 3.4 起动问题 (23) 3.5 直接转矩控制技术 (23) 3.6 本章小结 (25) 4 直接转矩系统MATLAB/SIMULINK仿真 (26) 4.1 仿真软件MATLAB简介 (26) 4.2 三相异步电机直接转矩控制系统的仿真 (28) 4.3直接转矩控制系统的仿真结果与分析 (29) 4.4本章小结 (30) 结论 (31) 谢辞 (32) 参考文献 (33)
三相异步电动机直接转矩控制研究 摘要： 异步电动机以其结构简单、制造方便、经济耐用的优点，在工、农、国防等诸多领域得到了广泛应用，其总用电量占全国工业用电量的60%以上。直接转矩控制是上世纪80年代继矢量控制之后的又一新型高性能交流电机控制技术，它直接对电机转矩进行控制，解决了矢量控制计算复杂、特性易受电机参数影响等问题。 本论文在掌握直接转矩控制理论的基础上，对异步电动机直接转矩控制系统进行了仿真研究。 本文首先概述了交流电机控制技术和直接转矩控制技术的发展过程，并对它们的发展趋势做了展望。 然后，阐述了直接转矩控制的基本概念，理论基础，数学模型。分析了电压空间矢量对磁链和转矩的作用及圆形磁链的形成原理。介绍了异步电动机直接转矩控制系统的各部分组成。 最后，运用MATLAB/SIMULINK进行了基于六矢量异步电动机直接转矩控制系统的仿真研究，搭建了系统的仿真模型。仿真结果体现了直接转矩控制的优点。 关键词:异步电动机;直接转矩控制;空间矢量;定子磁链观测; MATLAB仿真
低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法探究摘要： 随着电动机技术的不断发展，异步电动机因其成本低、可靠性高、维修方便等优点成为广泛应用的主流电机。在低速运行时，异步电动机发生电动机滑差，变得难以控制，为了能准确控制异步电动机在低速范围内的直接转矩控制，本文从异步电机的特性入手，对异步电动机的直接转矩控制方法进行探究，通过矢量控制和直接转矩控制的对比分析，提出了在低速范围内的异步电动机直接转矩控制方法，并进行了模拟仿真实验验证其控制效果。 关键词： 一、引言 随着工业自动化的不断发展，越来越多的机械设备需要通过电动机进行驱动，而异步电动机自问世以来，其成本低廉、维护方便、寿命长等特点，使得它成为了广泛应用的主流电机。尤其是在大功率驱动、速度调节等方面，异步电动机已经成为了不可或缺的驱动设备之一。 二、异步电动机的特性 异步电动机是利用异步电动机滑差原理工作的。在电动机运转时，由于电动机转子的预磁励，它在空载时开启时因转子磁场感应出定子线圈的磁通，即产生一个自感电动势。当电动机负载后，转子转速下降，产生了回转磁场，产生与旋转磁场反向的感应电动势，并加到原有的自感电动势上，使得电动势下降，电动机无法持续工作。 这时，转子产生了滑差，并消耗了一部分功率。而由于定子的磁通是恒定的，因此通过控制电机电压来控制电机的输出功率。在低速运行时，电机的功率输出可通过加大电磁励磁力，增加转子起动转矩来实现。 直接转矩控制是指直接控制电机的输出转矩大小，从而实现对电机的控制。而矢量控制则是在直接控制电机输出转矩大小的同时，还要控制电机输出的转速和转子磁通。 虽然矢量控制精度较高，但是在低速范围内，其准确度不如直接转矩控制。因此，在低速范围内，采用直接转矩控制能够更好地进行电机控制。 直接转矩控制方法的实现步骤如下： 1.确定输出转矩大小 2.计算输出电流
异步电机的直接转矩控制 异步电机通过直接转矩控制，有效结语了适量变化模式对应的坐标变换及计算和为解耦，使得异步电动机数学模型得以进一步简化。因此，其主要具有系统转矩响应速度快、控制信号处理概念明确以及控制简单等优势。作为一种具备动态、高静功能的交流调速控制模式，电机对应转矩具体大小和定、转子磁链的幅值和它们的火角的乘积表现为正相关的联系。现实使用过程中，额定值指的是保障定子磁链幅值，使得电动机铁芯能够得以充分利用，负债则直接决定转子磁链的幅值。所以，通过控制定、转子磁链，就能够实现针对电机转矩实施控制的目标。转矩要想得以改变，则需要通过针对磁链角实施控制来达成，而磁链角的变化需要电压矢量控制来达成，工作电壓矢量可以促进定子磁链走，而零电压则可以促使定子磁链停，通过针对电压矢量实施控制，能够促使定子磁链实现走走停停的目标。 标签：异步电机；直接转矩；控制 4 仿真结果 从图1中可以看出：圆形磁链控制的磁链增加的很快，自我调节性能很好，磁链一直在被限定的范围内。 起动时，转矩以平滑的曲线迅速上升，符合快速起动的要求；与六边形磁链控制相比，转矩上升的速度更加的迅速，因而起动性能比六边形优越。 5 结论 （1）直接转矩控制系统本身的性能通常不会受到电机参数造成的干扰。处在超低频状态下，定子电阻中的电压则会干扰整个系统，所以必须要进行准确的判断，并进行精准的补偿。 （2）直接转矩控制系统形成PWM。脉冲是以产生圆形气隙磁场为主要目标，使得电机的谐波损耗、温升、转矩波动和噪声降低。但是，根据开关频率和微机运行速度选择开关状态需要很大技巧。所以最佳开关策的研究是需要探讨的问题。 （3）方便数字化、结构简单以及容易实现属于直接转矩控制系统的主要优势。所以，达成数字化的目标具有重要的现实意义。当前索要解决的关键问题在于实时性，寻找折中的方案就成为社会各界共同关注的焦点。 参考文献： [1]陈时伯，电力拖动自动控制系统[M].机械工业出版社，2003.
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告 摘要：利用直接转矩控制( DTC )理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成 和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。结果表明: DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。 关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真 1 引言 自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。所谓矢量控制，就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦，然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。 直接转矩控制(Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的，是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM 逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比，它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世
直接转矩控制原理 直接转矩控制是现代交流电机控制的一种方法。该方法是控制电机强制控制其转矩以满足用户需求。最初用于永磁同步电机控制，但现在已被广泛使用于异步电机以及其他类型电机的控制中。 直接转矩控制原理基于电机的意图控制，这个意图是指在控制周期内，电机期望达到的转矩。控制器的目标是根据电机的意图控制电流并直接通过反馈测量进行修正，以控制电机的转矩输出。与传统的平衡系统控制不同，直接转矩控制借助测量或估算电机磁通，并通过控制电机的磁通与当前测量的电机的电流的相位差来直接控制电机的转矩输出。这种方法允许在没有传感器的情况下实现更短的响应时间，同时还可以更加准确地控制电机的转矩输出。 直接转矩控制的控制器由径向和切向两部分组成。在径向控制环中，电流被用来控制电机的轴向磁通，旨在单向控制电机的转矩输出。在切向控制环中，电流被用来控制电机的切向磁通，旨在控制电机的速度和位置。通过在磁通和电流之间建立一个直接关系，可以控制电机的转矩输出。 直接转矩控制的主要步骤包括： 1. 局部变量采集 控制器通过使用传感器来测量电机的电流、转速、位置和其他变量。这些变量被
用于计算电机的角度，以及对电机的转矩进行估算。 2. 确定电机意图 控制器根据控制周期之间的差异来确定电机的意图控制转矩输出。该意图旨在帮助控制器驱动电机的输出以满足一个给定的应用程序目标。 3. 估算磁通 控制器利用传感器数据对电机的磁通进行估算。这部分对控制系统的准确性至关重要。 4. 根据意图控制电流 控制器比较意图转矩与测量的电流，通过调整控制之间的差异，来控制电机的电流输出，以实现所需的电机转矩输出。 5. 调整控制器参数 根据测量的数据，控制器不断地调整其参数（如比例积分等），以实现更准确的转矩输出。
异步电动机直接转矩控制系统方案设计 摘要：针对直接转矩控制系统的基本原理进行了分析，给出了直接转矩控制系统的基本组成和控制方案，并利用MATLLAB建立了相应的仿真模型。在此基础上，采用六边形和在圆形磁链轨迹控制的方法，分别建立了相应的仿真模型，并进行了仿真研究。 关键词：直接转矩控制；异步电动机；仿真 1直接转矩控制系统的总体设计 1.1设计思想 在一些交流传动应用场合，要求实现快速的转矩控制，显然直接转矩控制非常适合这一类控制系统的应用。即使在转速是重要控制目标的场合，转矩控制也仍然显得非常重要，因为只有转矩才能影响转速。如果转矩控制性能好，则不难设计一速度调节器使速度环有良好的品质[1]。反之，若转矩控制性能不好，响应慢，相应的调速性能也好不了。因此调速的关键在于转矩控制。除了使系统具有较高的转矩动态性能外，还应使生产出来的设备经济、实用。本设计系统的基本思想是： （1）具备高可靠性。由于系统要用于现场，和经济效益直接联系，系统如果运行不可靠，将会对用户造成很大的经济损失。 （2）满足实时性。在很多场合，感应电动机在运行过程中，希望在转矩或磁链等发生变化时能够及时对其进行调节，这就要求对感应电动机进行闭环控制。并且设计是控制系统对各种数据的检测及运算进行实时处理，同时给电动机提供相应的控制信号[2]，以满足实时性的要
求。
（3）获得转矩的高动态性能。感应电动机转矩的动态响应效率直接影响着直接转矩控制系统的应用范围，因此开发高动态响应的直接转矩控制系统，使其应用范围更广是有重大意义的。 （4）尽可能减少逆变器的开关频率，减小定子电流、电磁转矩的脉动、逆变器的开关器件的开关频率都有一个上限，在符合开关频率上限的前提下，通过优化空间电压矢量的方法来减少逆变器的开关频率并提高磁链和转矩的控制精度，从而减小定子电流、电磁转矩的脉动以减少电力公害。 1.2直接转矩控制系统的总体结构 在立足于直接转矩控制规律的基础上，根据感应电动机的调速要求和调速发展的趋势，设计了一套具有高动态性能的直接转矩控制系统。包含了异步电动机的U-I模型，电流、电压坐标变换，转矩的闭环控制，磁链位置的测定，磁链的闭环控制，速度闭环控制，起动控制，磁链幅值计算，转矩计算，逆变器，优化开关表等控制环节[3]。 2电压空间矢量的优化设计 系统运行期间可供选择传统的直接转矩控制系统都是采用六电压矢量来实现磁链和转矩的控制，非零电压空间矢量只有六个，这样就无法实现磁链和转矩的精确控制，导致定子电流和转矩的大幅度脉动。为了能改善这方面的问题本论文采用二电压逆变器，这样每一相桥臂都有三个开关状态可供选择[4] 是一种有两个输入电压的逆变器，它是由普通逆变器和一个Boost电路组合而成，Boost电路是由功率开关S1控制的，其输出电压为：
通过磁通减弱速度的操作来研究对异步电机直接转 矩控制 概要-对于异步电机直接转矩控制，弱磁运行时需要当电机的运动速度超过额定速度。确定弱磁运行点的关键是速度的控制。在本文中，定子磁链的定义是通过最大平均同步速度来直接控制算法以及计算公式。在此基础上，通过torque-slip定子磁场来定向控制模型的建立。弱磁运行区域可通过2个必要条件，最大平均同步转速和扭矩必须分别超过额定转速和阻尼力矩（阻尼转矩和负载转矩时加载），并且弱磁运行点是根据定子铁芯确定的。功率和电流的公式，分别给出了弱磁通过运行点来检查安全领域的。实验结果证明了文中方法的正确性和有效性来确定弱磁的。 关键词—直接转矩控制，弱磁，感应电机。 一、简介 直接转矩控制（直接转矩控制）已发展为一个新的技术的交流驱动器[ 1]-[ 2]。今天，直接转矩控制和风险投资（向量控制）已成为最常用的方法在交流传动控制领域[ 3]-[ 7]。与传统的磁场定向控制技术，直接转矩控制算法不需要坐标变换和脉宽调制调节器，从而使控制策略与结构变得简单。在直接转矩控制提出和发展后[ 8]，该算法也被发扬光大在永磁同步电机[9]和[13 - 17]无刷直流电机控制领域。 电机在弱磁区的运作所需的许多应用中，[ 18 ]提出了最大转矩电流控制比方案，并在[ 19]永磁同步电机直接转矩控制，弱磁运行
中进行分析。对于无刷直流电机弱磁的运行，[ 20]和[ 21]已经作出的假设磁场分别是班轮和正弦。[ 22]用谐波分析方法，它采用d - q 模型分析了基波和谐波。 在本文中，定子磁链最大平均同步速度被定义，然后给出的估算公式之间的关系和对定子磁链给定最大平均同步转速和定子磁链振幅的分析，因此第一个必要条件异步电机磁通减弱的速度也就是定子磁链在弱磁点最大平均同步速度必须大于电机运行速度。然后torque-slip异步电机模型推导出最大平均同步速度，其中第二个必要条件，异步电动机的磁通减弱操作速度被获得，最大平均同步速度在弱磁点的扭矩必须大于阻尼力矩（当加载时的阻尼转矩和负载转矩）对于被两个必要条件和最佳的弱磁运行点获得的弱磁区的定子铁芯做出的利用分析。在权力的限制和目前的操作点进行检查。电机弱磁运行点所确定的算法，本文提出说明了实验结果。 二、最大平均同步速度 在异步电动机直接转矩控制算法中，定子磁链最大平均同步速度的定义是：当定子磁链继续循环转动时（这儿是非零向量和反向向量），这个平均速度就是定子磁链最大平均同步速度。 如图1所示的是定子磁链最大平均同步速度计算图表。在那里， D是滞后的带宽，它已被假定为。点A是在α固定轴和以下方程获得的：
异步电动机直接转矩控制基本原理 从1985年德国鲁尔大学德彭布洛克（Depenbrock ）教授首次提出直接转矩控制理论以来，短短十几年时间，直接转矩控制理论以它简明的系统结构，优良的静、动态性能得到迅猛发展和应用。 1 异步电动机的数学模型 异步电机数学模型是一个高阶、强耦合、多变量、非线性系统。理想状态下（一般这样假设）电机三相（定、转子）均对称，定、转子表面光滑，无齿槽效应，电机气隙磁势在空间正弦分布，铁心涡流、饱和及磁滞损耗不计。在固定坐标系下（α，β，0），用异步电机转子的量来表示异步电机数学模型（则有r u α＝r u β＝0） 。基本方程如下： ⎥⎥⎥⎥ ⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤ ⎢⎢ ⎢⎢⎢⎢⎣ ⎡ +--+++=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡r r s s r r r m m r r r m m m s s m s s s s i i i i L R L L L L L R L L L L R L L R u u βαβαβαωωωω.. . .. . . . 000 000 （1） )()(r s r s m p s s s s p e i i i i L n i i n T βααβαββαψψ-=-= （2） p e p n F TL T dt n Jd ω ω--= （3） s R 、s L ：定子电阻和自感 r R 、r L ：转子电阻和自感 m L ：定子互感 ω：电机转子角速度，即机械角速度 s u α 、s u β：定子电压（α、β）分量 s i α 、s i β：定子电流（α、β）分量
r u α、r u β：转子电压（α、β）分量 r i α、r i β：转子电压（α、β）分量 J ，F 分别为机械转动惯量和机械磨擦系数 本文均采用空间矢量分析方法，图1是异步电机的空间矢量等效图，在正交定子坐标系（βα- 各个物理量定义如下： )(t u s —定子电压空间矢量 )(t i s —定子电流空间矢量 )(t i r —转子电流空间矢量 )(t s ψ—定子磁链空间矢量 ω —电角速度 依图1以下表达式表示异步电机在定子坐标系下的方程： s s s s i R U ψ += (4) 0 =r r i R -r ψ +j ωr ψ (5) s ψ=L u i (6) r ψ =s ψ-r i L σ (7) 定子旋转磁场输出功率为（下式s ω表示定子旋转磁场的频率）： P=d s T ω= *}{2 3s s i RE ψ =)(23 ββααψψs s s s i i + (8) 并且有 s . ψ＝)(βαωs s s ji i L j + (9)