直接转矩控制系统仿真实验

时间：2025-04-23

感应电机直接转矩控制系统的仿真

摘要：随着电力电子及数字信号处理技术的进步，变频调速技术得到了飞速的发展。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型、高性能技术。与矢量控制相比较，省去了复杂的矢量变化、克服了矢量控制系统对电机转子参数的依赖性等缺点，具有转矩响应快、控制结构简单、易于实现全数字化的特点。本文介绍了异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成，在此基础上，通过Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存

在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性.

关键词：直接转矩控制;异步电机;Matlab/Simulink仿真

Simulation experiment of direct torque control system

（Jiangnan University，School of Internet of Things Engineering）

As the electric electronic and digital signal processor technologyprogresses，the adjustable—speed technology with variable frequency has a rapidlydevelopment．The Direct Torque (DTC)following Vector Control is a new typeand high performance technology．Compare with Vector Control Which has complicatedcoordinate transformation and strong dependency of rotor parameters，the

DTCtechnique of induction motors is known to have a simple control structure、fast torqueresponses and easy to implement．The basic principle and structure of DTC have been introduced，on this ground，UsingMatlab／Simulink build the simulation models which form the whole DTC

simulationsystem．Then，DTC method prove to be of feasibility according to study and analyze thecharacteristic of the simulation system．.

Keywords: Direct torque control; Induction motor ; Matlab/Simulink

1 引言（Introduction）

德国鲁尔大学MDepenbrock教授于1985年首次

提出了直接转矩控制(DTC)理论。该理论的核心是摒弃了矢量控制技术中过于繁杂的解耦思想，简单地借助三相定子电压和电流在静止坐标系中直接计算磁链和转矩，与给定值进行比较后，再通过两点式或多点式调节控制实现高性能的调速控制。它在很大程度上解决了矢量控制中计算控制复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难于达到理论分析结果等一些重大问题。

直接转矩控制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，不像矢量控制，将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，更不需要模仿直流电动机的控制而要求利用解耦后的简化交流电动机数学模型来实现对转矩的间接控制，使系统结构变得十分简单，更为容易实现。

2 直接转矩控制系统的SIMULINK仿真

2.1 基本原理

异步电动机在两相静止坐标系（坐标系）

下的数学模型是在任意速旋转坐标系下数学模型当

转速等于零时的特例。当

dqs

=0时,

dqr=

,即转

速的负值。数学模型由以下方程表述

电压矩阵方程：

式中:

usd

，

usq

，

urd

，

urq

——dq坐标定子电压与转

子电压的两个分量；

RS,

——电阻；

dqs

dqr

——dq坐标系分别相对于定子,转

子的角速度；

isd

isq

ird

irq

——同上。

磁链方程：

式中:

s ， s ， r ， r ——dq子磁链的两个

分量；

is ,

ir ,

——dq系下定子电流与转子电

流的两个分量；

——定子与转子同轴等效绕组间的互感；

2.2 系统结构系统总图见附录

——定子等效两相绕组的自感； Lr

——转子等效两相绕组的自感；

电磁转矩方程：

式中:

——电动机转矩；np——电动机极对数； Lm

isq

ird

isd

irq

——同上

(4)运动方程

e TL

jnpdt

(2-4)

式中:

——负载转矩； ——电动机转速；

J——电动机转动惯量；Te, np——同上

以上构成异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型

直接转矩控制系统原理图：

磁链模型仿真模块

function

[sys,x0,str,ts]=fcc(t,x,u,flag) switch flag, case 0

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(t,x,u); case 3

sys=mdlOutputs(t,x,u); case{1,2,4,9} sys=[]; otherwise

error(['Unhandled flag=',num2str(flag)]); end;

function[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes(~,~,~) sizes=simsizes; sizes.NumContStates=0; sizes.NumDiscStates=0; sizes.NumOutputs=2; sizes.NumInputs=2; sizes.DirFeedthrough=1;

磁链控制模块

磁链合成模块

磁链合成S函数fcc.m如下： sizes.NumSampleTimes=0; sys=simsizes(sizes); x0=[]; str=[]; ts=[];

function sys=mdlOutputs(~,~,u) if u(1)==0 sys(1)=3;

sys(2)=(sqrt(u(1)*u(1)+u(2)*u(2))); else

sys(1)=4*S(-0.5*u(1)+sqrt(3)*u(2)/2)+2*S(-0.5*u(1)-sqrt(3)*u(2)/2)+S(u(1));

sys(2)=sqrt(u(1)*u(1)+u(2)*u(2)); end

function y=S(x) if x>0 y=0; elseif x<=0 y=1; end

转速控制模块

转矩控制模块

开关表控制

开关表（switch table）s函数switchtable.m如下：