摘 要

近年来随着数字信号处理技术以及电力电子器件的不断进步，变频调速技术也得到了

飞速的发展。直接转矩控制（DTC）技术是出现在矢量控制技术以后的另一种高性能的变频调速技术，它的根本思路是精确观测定子磁链空间大小、位置，然后保持它的幅值基本恒定并且精确计算负载转矩的条件下，通过改变电机的电压输入瞬时值来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变定子磁链对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机转速的目的。

本文着重研究了异步电动机的直接转矩控制系统的基本组成和工作原理，建立了异步电机基于DTC的仿真模型。采用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。 仿真结果表现了DTC系统具有动态响应快，精度高，易于实现的优点。 模拟成果也验证了模型的正确性和控制系统的有效性。

关键词：直接转矩控制（DTC）；Matlab；感应电机

Abstract

In recent years, with the digital signal processing technology and the continuous improvement of power electronic devices, frequency control technology has also been rapid development. Direct torque control (DTC) technology is another kind of high performance frequency conversion technology after the vector control technology. Its basic idea is to accurately observe the stator flux space size and position, and then keep its amplitude basically not Variable and accurate calculation of the load torque under the premise of the motor by controlling the instantaneous voltage input to control the motor stator flux instantaneous rotation speed, to change its rotor instantaneous slip rate, to achieve direct control of the motor output purposes.

In this paper, the basic composition and working principle of the direct torque control system of the asynchronous motor are studied, simulate the Direct torque control system of asynchronous motor. The results show that the DTC system has advantages of fast dynamic response, high precision and easy realization. Simulation results verify the correctness and effectiveness of the control system of the model.

Key words: direct torque control (DTC); Matlab; induction motor

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 交流调速技术的发展概况 1

1.2 直接转矩控制技术的现状及发展趋势 2

1.3 课题研究的背景、目的及其意义 5

1.4本课题需要完成的工作 6

第2章 直接转矩控制基本理论 7

2.1直接转矩控制的基本原理 7

2.1.1 异步电机动态数学模型 7

2.1.2 异步电机的磁链观测模型 8

2.1.3 三相电压型逆变器开关状态与输出电压状态 10

2.2 定子磁链、电机转矩与空间电压矢量的关系 12

2.2.1 空间电压矢量对定子磁链的作用 12

2.2.2 空间电压矢量对定子磁链的作用 13

2.3 直接转矩控制系统基本结构与组成 14

第3章 基于Matlab/Simulink的感应电机DTC仿真系统 15

3.1 磁链和转矩的估算模型 15

3.2 转矩与磁链调节模型 16

3.3 磁链空间位置判别模型 17

3.4 DTC系统仿真实验 18

第4章 结论 22

4.1 本文的主要工作 22

4.2 展望 22

参考文献 23

致谢 24

第1章 绪论

1.1 交流调速技术的发展概况

自十九世纪下半叶以来，自从电动机诞生以来,它已经持续了一个多世纪。电力拖动已渗透到人类生活的各个领域,为社会的发展做出了无数贡献，从人民的生活到冶金办公，化工，轻工等行业。上世纪九十年代之前，因为直流调速系统比交流调速系的性能好，所以直流调速系统一直处在速度控制领域。如五十年代和六十年代用磁力机控制发电机电机单元，七十到九十年代晶闸管直流电机调速系统占据主要位置，主要是直流调速比较方便，精度高，因此,广泛应用于冶金、轧制、轻工、造纸、高动态、静态等领域。伴随电力电子技术的不断发展,各种大功率半导体器件不断涌现,如功率场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管，使交流驱动速率在过去十年中迅速发展，高性能交流调速系统与学生。此时,直流电动机与交流电动机相比,缺点越来越明显,如用电刷和变频器,因此必须始终检查维护,其使用情况有限,换向能力限定了直流电动机的容量和转速等。因此,采用交流可调变速器代替直流调速传动的趋势越来越明显,交流驱动控制系统已成为电气驱动控制发展的主要方向。

在现实利用中,作为电能转换为机械能的首要设备,电机必须具备较高的电-机能转换效率;二是应该可以按照生产过程要求来调节电机,并调节电机转速的速率。机能对提高产品质量、提高劳动生产率和节约电力有直接而决定性的影响。因此,速度控制技术一直是热门的钻研方向。长期以来,直流电机因其性能优越、速度快、结构复杂而在工程中获得了广泛应用。当直流电机工作在额定转速时,励磁电流保持稳定,并通过改变电枢电压来实现恒定转矩转速。当额定转速运行时,电枢电压保持稳定,,经由过程转变励磁体例实现恒功率调速。采用速率和电流双闭环直流调速系统,能够有良好的静态和动态速率特性。所以,在20世纪80年代以前,在变速驱动范畴,直流速率一直占主导地位。近年来科技的飞速发展为交流速率控制技术创造了非常有益的技术前提和物质基础。交流电机调速系统的性能不仅与直流电机性能相同,而且成本和维护费用低于直流电机系统,可靠性更高。目前国外先进工业生产的直流驱动装置基本呈现下降趋势,交流变频控制装置产量大幅增加。在日本,例如,在1975,在调度领域,占80%,AC占20%;在AC,占80%和DC占20%。到目前为止,日本继续使用直流电动机驱动器,除了个别地点,几乎所有的速度控制系统均采用交流变频装置。因此,采用高效、经济的交流调速系统代替现有的直流调速系统,电机转速是发展新趋势。

在整个交流调速技术的发展过程中，有以下几个方面：

1. 智能控制方法对交流调速系统的影响;

（2）提高交流调速系统的效率研究;