矢量控制和直接转矩控制

xiayh_9808

请问：矢量控制和直接转矩控制的区别？他们的控制原理是什么？

asdzx

这是我以前学习收集的知识，不知道对楼主有没有帮助，楼主先看看吧。
矢量控制与直接转矩控制技术
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的
。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器，并需使用厂商指定的变频器专用电动机进行控制，否则难以达到理想的控制效果。目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。除了上述的无传感器矢量控制和转矩矢量控制等，可提高异步电动机转矩控制性能的技术外，目前的新技术还包括异步电动机控制常数的调节及与机械系统匹配的适应性控制等，以提高异步电动机应用性能的技术。为了防止异步电动机转速偏差以及在低速区域获得较理想的平滑转速，应用大规模集成电路并采用专用数字式自动电压调整（AVR）控制技术的控制方式，已实用化并取得良好的效果。
直接转矩控制也称之为“直接自控制”，这种“直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。
直接转矩控制技术，是利用空间矢量、定子磁场定向的分析方法，直接在定子坐标系下分析异步电动机的数学模型，计算与控制异步电动机的磁链和转矩，采用离散的两点式调节器（Band—Band控制），把转矩检测值与转矩给定值作比较，使转矩波动限制在一定的容差范围内，容差的大小由频率调节器来控制，并产生PWM脉宽调制信号，直接对逆变器的开关状态进行控制，以获得高动态性能的转矩输出。它的控制效果不取决于异步电动机的数学模型是否能够简化，而是取决于转矩的实际状况，它不需要将交流电动机与直流电动机作比较、等效、转化，即不需要模仿直流电动机的控制，由于它省掉了矢量变换方式的坐标变换与计算和为解耦而简化异步电动机数学模型，没有通常的PWM脉宽调制信号发生器，所以它的控制结构简单、控制信号处理的物理概念明确、系统的转矩响应迅速且无超调，是一种具有高静、动态性能的交流调速控制方式。与矢量控制方式比较，直接转矩控制磁场定向所用的是定子磁链，它采用离散的电压状态和六边形磁链轨迹或近似圆形磁链轨迹的概念。只要知道定子电阻就可以把它观测出来。而矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机转子电阻和电感。因此直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化影响的问题。直接转矩控制强调的是转矩的直接控制与效果。与矢量控制方法不同，它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量，对转矩的直接控制或直接控制转矩，既直接又简化。

从理论上说，直接转矩控制比矢量控制算法先进，实现后，直接转矩控制的速度控制精度、低频力矩等都会比无速度传感器矢量控制方式好的多，更主要的是动态响应快。还是从理论上看，直接转矩控制方式以后会有很大发展，但谈不上替代矢量控制方式，矢量控制方式随着技术的进步也还会更完善，但两种控制方式的应用场合会不同，各分千秋。至于，为什么还有一些厂家在开发矢量控制产品？，我想有三个方面，一是现已有可利用的芯片，并有可参照物，不必从零开始，二是在改进现有的矢量控制方式，提高产品性能，更新换代，三是，直接开发直接转矩控制方式，可投入的技术力量和财力有限，另外还有制造技术跟不上。

"请问:离散的两点式调节器（Band—Band控制）是一种什么样的控制方式?" 　　 "对于永磁同步电机,直接转矩控制国内好像还没有成熟的理论,那么国外有那些站点对这些理论有比较深入的阐述呢?也就是涉及到一些具体的控制过程,以及相应的数学模型!" 　　　　直接转矩控制中的离散的两点式调节（Band—Band调节）也称为两位式调节，即调节的是转矩实际值和转矩给定值的差ε，当ε＜－ε时，调节器输出为1态；当ε＞＋ε时，调节器输出为0态，实际上就类似一个施密特触发器。　　直接转矩控制是一种对电动机控制的算法，而不是电动机的控制方法，它的初始模型是异步电动机，但在一定条件下可以适应于其它感应电动机，如永磁同步电机，从永磁同步电机的结构上看，它的定子绕组与异步电动机相同（转子绕组完全不同），直接转矩控制的算法就是基于定子磁链（矢量控制算法也是，只是要进行坐标转换），那么它同样也适应于永磁同步电机，只是在运行控制方面要比异步电动机多一些限制，如要严格限制其过载，防止失步等，因此在用通用变频器控制同步电动机时，要选的容量大才行。这样也就不涉及更特别的控制过程及数学模型。顺便说一句，从通用变频器应用角度看，如果对转矩控制精度（波动）没有特别的要求的话，矢量控制和直接转矩控制方式的通用变频器没有什么两样，他们内部采用的具体算法对于用户来说没有什么用途。用户关心的是他们需要的通用变频器具体对于负载所能做出的表现，能满足要求就可以了。　　我不知道你是想作什么，如果是要研究理论的话，倒可以进一步研究研究，如果要研究产品的话，建议在现有产品的基础上研究研究它们的用法及注意事项，在产品说明书中说清楚，不必建数学模型了。　　　　　　　　回复wang_hl的问题：　　 "王老师能告诉我制砖机用的电机用什么类型变频器最省电" 　　制砖机目前由多种形式，有生产线、单机，有液压型的和电动型的等，但从电动机的使用类型上看，还是采用的Y系列电动机的多，采用液压的，需要用油泵电机，生产线有很多采用变频器控制了，如果是采用变频器控制，当然是采用变频电动机最好了，也最省电。不过对不同部位的电动机可以区别对待。　　　　　　　　以上仅供两位参考，另外多谢yzh的支持，希望能携手维护本论坛网友的利益，使论坛越办越好。

EMENCON.SM-K3系列智能型变频器采用的是当今最先进的DTC直接转矩控制。控制电路采用两片专用DSP控制芯片，控制方式采用自控式（磁通跟踪型）PWM方式，即直接转矩控制。控制原理如下：当忽略摩擦阻力矩时，电机的运动方程可表示为 T ― TL ＝ J • dΩr / dt （A）式中，T和TL分别为电磁转矩和负载转矩，J为机组转动惯量，Ωr为电机转子机械角速度。由式（A）可知，当负载转矩TL不变时，电机的电磁转矩T增大，电机将加速；而电磁转矩低于负载转矩时电机将减速。因此，交流电机的速度控制，实际上是电机的转矩控制。感应电机的电磁转矩可表示为 T ＝ KΨs × Is （B）式中，Ψs和Is分别为定子磁链矢量和电流矢量，K为一常数。由式（B）可看出，如果保持定子磁链Ψs不变，则可通过调节定子电流改变电磁转矩进而控制电机的转速。定子电流的调节又可通过改变定子绕组端电压来实现。因为电机的定子绕组电压方程可表示为 Us ＝ rsIs ＋ dΨs / dt （C）或 Ψs ＝ ∫（ Us － rsIs ）dt （D）式中，rs为定子绕组电阻。显然，当保持定子磁链Ψs不变时，定子电流Is随电压Us而变。通过改变定子绕组的端电压便可实现电机的转速控制。该控制系统的原理框图如下所示： DTC直接转矩变频调速器原理框图(可惜不能把图粘上) 将测得的电机三相电压和电流送入计算器，计算出电机的定子磁链Ψs和电磁转矩T，分别与给定值Ψs *和T *相比较，然后选择开关模式，确定PWM逆变器的输出。该种调速系统的核心是保持定子磁链不变，即实现定子磁链Ψs对给定值Ψs *的动态跟踪，而磁链等于磁通与绕组匝数的乘积，故可称为磁通跟踪式PWM逆变调速系统。但这个名字很少有人用，在国内外文献中有的称为直接转矩控制，因为由式（B）和式（D）可看出，通过改变定子绕组端电压可直接控制电机的电磁转矩。由于SM-K3智能型变频器采用的是两片高速DSP进行运算控制，运算速度比16位单片机快100倍以上。主电路增加了能量回馈单元，在制动或位能性负载下迅速将电动机发出的电能回馈给电网，既增加了制动的快速性，又把能量反馈回电网，大大节约了电能。

winterwave

谢谢楼主分享

bulletabc

顶一下赚积分，好东西要顶！

wfl19783

这个回复很简单，有没有专门讲矢量控制的（通俗易懂的）

chfuzh

很想了解这方面

薛佳雨

回复 2# asdzx
谢谢           

科比大地

直接转矩控制还真没接触到