异步电机直接转矩(Asynchronous DTC)控制原理

异步电机直接转矩控制思想的产生

交流电机的调速技术在20世纪70年代发生了根本性的变化，矢量控制的出现颠覆了传统的交流调速系统控制方式，例如基于点击稳态模型的VVVFcontrol，vector control是基于交流电机的动态模型提出的高性能的调速技术。在调速领域内，交流调速可以与直流调速相媲美甚至跟优越，结束了直流调速系统一统天下的局面。

1985年，德国鲁尔大学Depenbrock教授提出直接控制异步电机的电磁转矩和定子磁链，删掉vector control中的电流环可以获得更快速的响应，动态性能。这种方法在大功率机车中，将定子磁链控制成六边形，可以减少功率器件的开关次数，极大的改善了电力电子器件的发热问题。这种控制方法称为Direct Self Control DSC。

但是DSC控制方法形成的定子磁链是六边形，控制方法简单，但是会导致转矩脉动加大，在大功率的牵引机车中，由于有很大的惯性，转矩脉动不明显，但是在小功率的场景下，转矩会出现明显的脉动，对电机动态性能造成极大的影响，因此希望产生的定子磁链为圆形。

1986年日本教授I.Takahashi提出了定子磁链为圆形的异步电机控制方案成为Direct Torque Control。

直接转矩控制是在转速环里面，利用转矩反馈控制电机的电磁转矩。

由此，经过不断的发展，vector control 和 DTC成为交流电机高性能调速系统的两大主要方法。

直接转矩控制的作用机理

分析磁链与电压的关系，异步电机中定子磁链满足如下的关系

忽略定子电阻可以看到得出下面公式

由上面的分析可以知道空间电压矢量us可以很容易的改变定子磁链的方向和大小。

异步电机电磁转矩的计算

在控制定子磁链幅值为常数的前提下，直接转矩的思想是直接以电磁转矩为控制目标，不同与FOC中间接的控制。

由上式可以看到当磁链的幅值给定后我们只需要控制定子电流就可以控制电磁转矩了，如果是这样的话就和矢量控制一样了，直接转矩控制走了一条不一样的路，利用计算到的Te和给定的Tref来比较决定下一步控制Te的大小。

改变Te的方法

DTC中电磁转矩控制的精髓“”用最快的速度“”提升或降低电磁转矩。

Takahashi教授推导出在磁链恒定条件下电磁转矩公式得到电磁转矩变化速度：

推导出不同转差时，转矩响应曲线。

直接转矩控制的精髓：在硬件和外界条件的允许下，确定一个可能的最大转差wslip，确保直接转矩控制中电磁转矩响应最快。异步电机DTC的理论是建立在转差这一概念上的，而同步电机宏观上不存在转差。