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烦请详细指导直接转矩控制和矢量控制的区别

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问题描述

直接转矩控制和矢量控制是电机控制中很火的两种控制方式,请问二者的主要区别是什么?各有哪些优缺点和应用范围。

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吴斌·250.00

2017-02-03提问

分数   时间  

全部答案 5

1

DTC系统和VC系统有所不同:
(1) DTC系统中转矩和磁链的控制采用Bang—Bang控制器,也叫滞环控制器。这是一个离散控制器。在PWM逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形,从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量,省去了矢量旋转变换和电流控制,简化了控制器的结构;

(2) DTC系统选择定子磁链作为被控量,而不像VC系统那样选择转子磁链,计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响,提高了控制系统的鲁棒性。

(3)接第一点,由于转矩和磁链直接采用了转矩反馈的Bang—Bang控制,理论上在加减速或负载变化的动态过程中,可以获得快速的转矩响应。但实际应用时必须注意限制过大的冲击电流,以免损坏功率开关器件,因此实际的转矩响应也是有限的。

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  滴答·110.00

2017-02-13回答

0

上面已经说得很详细了,再补充一点吧。直接转矩控制的工程应用是非常难的,因为采用滞环控制,因而开关频率不固定,易引起变换器发热,参数设计困难等问题,且电流不能直接控制,故障状态下的限流控制等难以实现,容易烧毁变换器。而矢量控制则可以避免上述问题,因而在实际中得到广泛的应用。

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  Frances·0.00

2017-02-10回答

1
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   矢量控制(Vector Control,VC)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机的励磁电流和转矩电流进行控制,从而达到控制电机转矩的目的。具体是将电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,所以称为矢量控制。

        VC又有基于转差频率控制的VC、无速度传感器的VC和有速度传感器的VC等。这样就可以将异步电机等效为直流电机进行控制,获得与直流调速系统同样的静、动态性能。基于转差频率控制的VC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VC的最大特点是,可以消除动态过程中的转矩电流波动,提高通用变频器的动态性能。无速度传感器的VC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,但安装磁通检测装置非常困难。人们发现,即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置,也可以得到与磁通对应的量,并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。基本思想是根据输入的电动机铭牌参数,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VC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机产生的转矩。由于VC所依据的是准确的电机参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入电机参数,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VC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。

   直接转矩控制(Direct Torque Control,DTC)也被称之为Direct Self-Control,即DSC,以转矩为中心进行磁链、转矩的综合控制。和VC不同,DTC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。DTC技术利用空间矢量、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,它不需要模仿直流电动机的控制,由于它省掉了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VC比较,DTC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VC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DTC大大减少了VC性能易受参数变化影响的问题。DTC强调的是转矩的直接控制。与VC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。

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  123·320.00

2017-02-05回答

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异步电动机的数学模型是高阶、非线性、强耦合的多变量系统。矢量控制方式基于异步电动机的按转子磁链定向的动态数学模型,将定子电流分解为励磁分量和转矩分量,分别对两个变量进行控制,与直流调速系统中双闭环控制方式类似。该方式需要实现转速与磁链的解耦。随着该方式的实用化,应用范围迅速扩大。

矢量控制的稳态和动态性能都很好,但控制复杂。而直接转矩控制采用转矩反馈为控制内环,并采用砰-砰控制,可以得到转矩的快速动态响应,控制相对简单的多。

实质上来看,两种控制方式都是针对转矩和磁链两变量进行控制从而实现转速控制。而事实可得转速与磁链存在耦合,即想要得到的输出量却与控制变量有一定关系。只有采用反馈控制,将输出转矩量引入到输入端达到解耦的目的。这就是直接转矩控制的实质。

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  野马·0.00

2017-02-05回答

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总体上来说,矢量控制(转子磁场定向控制)从理论上解决了交流调速系统的静、动态性能问题,其动态性能好,调速范围宽

但在实际的应用过程中,我们发现电机转子磁链是难以准确观测或者测量的,而且在矢量控制下交流调速系统的特性受电动机参数(主要是转子电阻和电感)的影响较大,另外在模拟直流电动机控制过程(矢量控制的核心思想中所用矢量旋转坐标变换很是复杂,使得实际控制效果难以达到理论分析的结果,正如大家常说的,“理想很丰满,现实很骨感”。

鉴于电气机车等具有大惯量负载的运动系统在起、制动时需要快速瞬态转矩响应,1985年德国鲁尔大学的Depenbrock教授研制了直接自控制系统,并提出了直接转矩控制DTC理论。

他的这个控制理论是直接采用转矩模型和电压型磁链模型,以及电压空间矢量控制PWM逆变器,实现转速和磁链的砰-砰控制(Bang-Bang Control) 。这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影响的问题。但要说系统一点不受电机参数的影响那是不可能的,毕竟计算磁链要用到定子电阻。

DTC系统分别直接控制电动机的转矩(转速)和磁链,而矢量控制借助于对定子电流矢量的控制,将其分解成转矩分量和磁链分量两部分,所以我们说它是间接转矩控制。

直接转矩控制的转速调节器的输出作为电磁转矩的给定信号T*e,在T*e后面设置转矩控制环,它可以抑制磁链变化对转速的影响,从而使转速和磁链系统近似解耦。

两种控制策略,从总体控制结构上看,直接转矩控制系统(DTC)和矢量控制系统(VC)是一致的,都能获得较高的静、动态性能。

但在具体控制方法实现上,DTC系统和VC系统有所不同:
(1) DTC系统中转矩和磁链的控制采用Bang—Bang控制器,也叫滞环控制器。这是一个离散控制器。在PWM逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形,从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量,省去了矢量旋转变换和电流控制,简化了控制器的结构;

(2) DTC系统选择定子磁链作为被控量,而不像VC系统那样选择转子磁链,计算磁链的电压模型不受转子参数变化的影响,提高了控制系统的鲁棒性。

(3)接第一点,由于转矩和磁链直接采用了转矩反馈的Bang—Bang控制,理论上在加减速或负载变化的动态过程中,可以获得快速的转矩响应。但实际应用时必须注意限制过大的冲击电流,以免损坏功率开关器件,因此实际的转矩响应也是有限的。

总而言之,直接转矩控制之所以响应快速,一方面是因为直接转矩控制采用的离散滞环控制器,而矢量控制采用的是PI连续控制器;另一方面直接转矩控制能够控制精确,快速,是因为它无需进行从静止到旋转的复杂的一系列坐标运算,采用了电压空间矢量对三相PWM调制做统一处理。


实际应用中,矢量控制已经非常普遍,直接转矩控制很少采用,没记错的话目前仅有ABB的一款变频器采用这种控制方式。

希望有帮助

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  Kria·60.00

2017-02-03回答

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