摘要：傳統的異步電動機直接轉矩控制(D，rc)受電壓源逆變器(VsI)電壓矢量數量限制，不能合理地制定開
關表，造成了轉矩脈動過大。采用離散空間矢量調制(DsVM)方法對其進行改進，增加了可選擇的電壓矢量，使電壓
矢量在幅值和相位上較為連續，并且根據轉速不同分別制定了開關表．避免了較大轉矩脈動出現。仿真結果證明轉
矩脈動、電流脈動明顯減小。
關鍵詞：直接轉矩控制；離散空問矢量調制；轉矩脈動
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2IJIl9110—0053一03
O引 言
直接轉矩控制具有控制結構簡單、轉矩響應快、易于數字化實現等優點，但是也有開關頻率不固定、轉矩脈動大(尤其在低速)等缺點，從而限制了直接轉矩控制系統的應用范圍。針對這些缺點人們提出許多改進方案，例如智能控制法和預期電壓法。采用智能控制器代替滯環調節器來選擇逆變器開關狀態可以使控制效果變得更加理想；預期電壓法是計算出定子磁鏈所需要的變化量來補償磁鏈和轉矩的偏差，再用sVWM技術合成任意所需要的電壓矢量。但是這些方法大多解決了轉矩脈動問題后，使系統軟件結構復雜化計算周期變長，并且有些方法會增加對電機參數的依賴性。
在詳細地分析了傳統DTc產生轉矩脈動的原因基礎上，針對這些產生脈動的原因采用DsvM即離散空間矢量凋制技術，DsVM方法增加了電壓矢量的個數并且這些電壓矢量在幅值和相位上可以較
為連續的變化，利用多級滯環調節，結合轉速等因素制定開關表。這種方法在減小轉矩和電流脈動的同時不會增加控制計算復雜程度3】
1傳統DTc結構及轉矩脈動形成原因
傳統DTc基本結構如圖l所示。
在傳統DTc中，磁鏈、轉矩的給定值和觀測值的偏差通過滯環調節后，從逆變器的8個基本電壓
空間矢量中選擇合適的電壓矢量，實現對轉矩和磁鏈的砰砰控制，使轉矩和磁鏈跟蹤著給定值。
傳統DTC一般是采用零矢量和非零矢量交替使用來調節轉矩變化的。基本電壓矢量及扇區分布圖如圖2所示。 根據基本電壓矢量位置將坐標平面分為6個扇區。第一個扇區開關表如表1所示，CT表示轉矩滯環調節器的輸出值 ，輸出值表一表示需要減小磁鏈或轉矩幅值，-1表示需要增大磁鏈或轉矩幅值，O表示保持轉矩幅值不變。第一扇區可以選擇的電壓矢量有5個，u2使轉矩和磁鏈增大；u3使轉矩增大磁鏈減小；u5使磁鏈和轉矩減小；u6使轉矩減小磁鏈增大；u2可實現轉矩緩慢的減小，當cT=0時選擇u2。
傳統DTc通過滯環調節，一個周期僅能選擇一個基本電壓矢量，由于八個基本電壓矢量有限并且
不連續，容易使轉矩急劇地上升和下降，在很短的時間內到達所設定的轉矩容差上／下限，在一個周期剩余時間內還繼續增大或減小，最終超過轉矩容差造成轉矩脈動過大。并且根據公式推算，在不同的速度區間電壓矢量對轉矩的影響也不同，具體分析如下 數；ψs、ψr分別為定、轉子磁鏈；us為定子電壓空間矢量；Rs為定子電阻；is、ir，分別為定、轉子電流Ls、Lr分別為定、轉子電感；Lm為定子與轉子問的互感；ts為采樣周期；ω為轉子旋轉電角速度；p為微分因子。
通過式(6)可以看出，與轉矩變化有關的變量主要有us、ω、ψs、Te，其中ω、ψsTe在一個采樣周期內的變化相對于外加電壓的變化可以忽略不計認為是常數。但是ω在不同的速度區域對轉矩變化影響有很大的不同。下面重點對“us、ω與轉矩變化的關系以及所造成的轉矩脈動進行分析。
(1)us對轉矩脈動的影響
傳統DTc一個扇區內，可以選擇的電壓矢量過少，轉矩和磁鏈增大或減小的每種情況只能對應選
擇一個非零電壓矢量(如表1所示)。對式(6)分析，在一個扇區內所選的同一個us與ψs夾角θ隨
著ψs的轉動而變化，△Te也隨著θ的變化而變化在一個扇區內θ變化范圍較大，有時會使一個周期
內的△Te遠遠大于轉矩容差，造成轉矩脈動過大。
(2)ω對轉矩脈動的影響
高速狀態下的轉矩脈動除了受us因素的影響外，轉速對轉矩脈動的影響也很大。由于ψs×us
ω｜ψs｜2次方中的ψ過大，在滯環調節中易使轉矩減小值大于增大值。在一個扇區中的｜ψs×us｜值較小位置上，有些使轉矩增大的電壓矢量在高速時只能使轉矩減小。所以傳統直接轉矩在高速時比較容易超過轉矩容差下限，造成較大的轉矩脈動。
本文從以上原因入手采用了DsVM方法對傳統DTc進行改進。
2 DsVM直接轉矩控制系統
2 1基本思想
DsVM的基本調制思想是利用sVPwM方法，即基本電壓矢量合成方法，得到所希望的電壓矢量，
所不同的是DsVM用于合成的三個基本矢量作用時間無需經過計算，各作用一個1／3周期。傳統DTc扇區1可選的電壓矢量有5個，DsvM調制技術就是將這5個電壓矢量3個一組進行排列組合，
形成不同方向不同幅值的19個電壓矢量，如圖3所示
圖中每一個交點表示一個合成電壓矢量的終點，“23z”表示由V2、V3、零矢量所合成的矢量。這
樣DsVM調制方法就生成了大量可以選擇的電壓矢量，遠遠多于傳統的8個基本電壓矢量。
2 2 DsVM調制特點
DsVM調制技術合成了幅值和相位較為連續的電壓矢量，減小了由于電壓矢量過少且不連續所造
成的轉矩脈動。為了消除速度對于轉矩變化的不利影響，根據速度不同分為高、中、低三個速度區。高速時反電動勢大，即式(6)中的ω｜ψs｜2次方部分較大，能利用的電壓矢量較多，可以把每個扇區分為正負兩部分。為避免開關表頻繁切換，各速度區之間有一定重合。系統采用五級轉矩滯環調節和兩級磁鏈滯環調節。
DSVM的特點：
(1)每個扇區有19個可供選擇的電壓矢量，并且所選的電壓矢量在幅值和相位上更加連續，這樣
就不容易使轉矩脈動大于轉矩容差。
(2)轉矩調節為五級滯環調節。跟據轉矩偏差值大小不同，選擇幅值方向不同的電壓矢量。
(3)充分考慮到轉速對轉矩變化率的影響。根據不同的轉速制定開關表。
2 3電壓矢量的選擇
電壓矢量選擇的依據包括：(1)所處扇區；(2)滯環調節輸出值；(3)轉速。
如表2所示，以第一扇區為例，低速時cψ=1、cT= -1，這時轉矩偏差較小，需要選擇使轉矩增加較小的電壓矢量，即選擇3ZZ；當轉矩滯環調節值為一2時，應選擇333。這樣就避免了在轉矩偏差較小和較大時選擇同樣的電壓矢量，從而造成較大的轉矩脈動。
根據前面分析，高速時ω｜ψs｜2次方較大，這樣會造成轉矩減小幅度過大，以及有些使轉矩增大的電壓矢量此時會使轉矩減小。根據這樣的原則和轉矩滯環調節值對電壓矢量進行選擇，例如在高速+1扇區cψ=1，cT=2、l、O、一1、一2時分別選擇555、3zz、33z、333、333，因為此時3ZZ已經不能使轉矩增大而只能使其減小了，如果cT=l時還選擇5ZZ就可能使轉矩脈動遠遠超過轉矩容差。
3仿真及結果分析
分別建立DsVM DTc和傳統DTc的simulink仿真模型，電機額定轉速為1 430 r／m JfJ、額定功率為4 kw、額定頻率為50 Hz、極對數為2、定子電阻和電感為I 405 n和0 005 839 H、轉子電阻和電感為1.395 Ω和0.005 839 H、定轉子互感為0．172 2H。給定定子磁鏈1.2 wb，負載轉矩為25 N·m，轉矩PI調節上限為75 N·m，在轉速為100 r／min、1.100r／min時進行仿真。
如圖4～圖7所示，給定轉速為100 r／min時傳統DTc平均轉矩脈動幅值為4．2 N·m，DsVM—DTc為2 35 N·m，與傳統DTc相比DsVM DTc平均轉矩脈動幅值下降了44％，低速時DsVM調制技術使轉矩、電流脈動變得更小，并抑制了傳統DTc低速電流畸變。
如圖8～圖11所示，轉速為1 100 r／min時，傳統DTc轉矩平均脈動幅值為3 8 N·m，I)SVM—DTc為2 3 N·m，平均轉矩脈動下降了39 5％，轉矩、電流脈動明顯變小。
4. 結語
針對轉矩脈動產生原因，采用I)SVM調制方法進行改進，這種方法增加了可以選擇的電壓矢量，合理制定了開關表。分別建立傳統DTc和DsVM—DTc的仿真模型，在100r／min和1 100 r／min兩種情況下進行仿真，相對于傳統DTc，DsVM—DTc平均轉矩脈動分別下降了44％和39．5％。轉矩和電流脈動有明顯的減小，并且在低速時減小轉矩脈動的效果更明顯。
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