交流电动机自从1885年出现后由于一直没有理想的调速方式，而只被用于恒速拖动的领域，近三十年来，电力电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展为交流调速产品的开发创造了有利条件，是交流调速系统初步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应和四象限运行等技术性能，完全可与直流调速系统相媲美，由于交流调速系统所固有的缺点，目前无论是调速领域还是伺服领域，交流驱动系统已逐步占据主导地位并有取代直流调速的趋势。

随着生产技术的发展，对电气传动的调速精度、调速范围、静态特性、动态响应和转矩脉动等方面提出了更高的要求，基于稳态模型的控制策略也就是标量控制方式，如转速的开环恒压频比控制、转速闭环转差频率控制等控制策略已经不满足高精度的工艺要求。为了获得高动态性能，控制策略必须依据电机的动态数学模型，最理想的方式便是像直流电动机那样同时控制电机的励磁和转矩分量，基于此人们利用解耦思想将复杂的交流调速系统分解为转矩环和磁链环，及将其分解为转矩和磁链两个独立的线性子系统，并能够利用线性系统理论为其综合设计控制器。

永磁同步电机的直接转矩控制是近年来继矢量控制技术后发展起来的一种新型的具有高性能的交流变频调速技术。在1985年德国和1986年日本的两位教授分别提出直接转矩控制的思想，随后通过在异步电动机调速系统中的大量应用，直接转矩控制技术慢慢的开始应用于永磁同步电机，1996年英国的两位学者发表了关于永磁同步电机直接转矩控制的论文，1997年又提出永磁同步电机直接转矩控制的方案。之后，永磁同步电机的直接转矩控制成为热点。就目前而言，对永磁同步电机的研究主要集中在：低速转矩脉动的抑制、磁链观测的改进和无速度传感器等方面的研究。与世界交流调速技术迅速发展势头相比，在理论研究与产业形成方面，中国大约落后15-20年。直接转矩控制技术在异步电动机的控制中获得了成功的应用，在永磁同步电机的应用近年来才有报道。作为一种优秀的控制策略，直接转矩控制技术在永磁同步电机中的应用对我国交流调速系统的发展具有实际意义。

永磁同步电机效率较同容量的异步电机而言效率有了大幅度提升，功率因数也较好，研究永磁同步电机的直接转矩控制系统有利于节约能源，同时直接转矩控制系统与矢量控制不同，控制思想新颖，控制结构简单，控制手段更为直接，转矩响应迅速，是一种性能较好的交流调速方法。

2. 研究的基本内容与方案

直接转矩控制（Direct torque control）是一种变频器控制三相电机转矩的方式。其做法是依靠测的电机的电压及电流，去计算电机磁通和转矩的估测值，而在控制转矩后，也可以控制电机的速度，直接转矩控制技术是欧洲ABB公司的专利。

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。直接转矩控制也具有明显的缺点即：转矩和磁链脉动。

在直接转矩控制中，定子磁通用定子电压积分而得到。而转矩是以估测的定子磁通向量和测量得到的电流向量内积为估测值。磁通和转矩会和参考值比较，若磁通或转矩参考值的误差超过允许值，变频器中的功率晶体会切换，使磁通或转矩的误差可以很快的缩小。因此直接转矩控制也就可以视为一种磁带或继电器式控制。

在直接转矩控制中，电机定子磁链的幅值通过上述电压的矢量控制而保持为额定值，要改变转矩大小，可以通过控制定、转子磁链之间的夹角来实现。而夹角可以通过电压空间矢量的控制来调节。由于转子磁链的转动速度保持不变，因此夹角的调节可以通过调节定子磁链的瞬时转动速度来实现。

假定电机转子逆时针方向旋转，如果实际转矩小于给定值，则选择使定子磁链逆时针方向旋转的电压矢量，这样角度增加，实际转矩增加，一旦实际转矩高与给定值，则选择电压矢量使定子磁链反方向旋转。从而导致角度降低。通过这种方式选择电压矢量，定子磁链一直旋转，且其旋转方向由转矩滞环控制器决定。