1 引言
在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中，隨著對加工工件的要求越來越高，電動機(jī)的動態(tài)性能越來越受到重視。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，用空間矢量分析方法，直接在定子坐標(biāo)系下計算與控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)(bang-bang控制)產(chǎn)生pwm信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省去了復(fù)雜的矢量變換與電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的簡化處理。沒有通常的pwm信號發(fā)生器?？刂扑枷胄路f、結(jié)構(gòu)簡單、手段直接、物理概念明確、響應(yīng)迅速、無超調(diào)，是一種高靜動態(tài)性能的交流調(diào)速方法。
本文充分利用直接轉(zhuǎn)矩技術(shù)，使機(jī)床電機(jī)動態(tài)性能滿足越來越復(fù)雜的加工要求。對感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行了matlab的建模和仿真驗證。
2 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
交流機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型寫成狀態(tài)方程為:
(1)
運(yùn)動方程為
轉(zhuǎn)矩方程為 
式中:
分別為兩相靜止坐標(biāo)系下定子、轉(zhuǎn)子電壓和電流; 
分別為電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子自感和互感; 
分別為電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子電阻值;ω為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3 仿真系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要有磁鏈區(qū)間判別器、磁鏈計算、轉(zhuǎn)矩計算開關(guān)狀態(tài)選擇等組成。
圖1 感應(yīng)電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)圖
3.2 基本原理
逆變器可以看成是三組開關(guān)
，實現(xiàn)八種狀態(tài)((0, 0, 0)，(0, 0, 1)，(0, 1, 0)，(0, 1, 1)，(1, 0, 0)，(1, 0, 1)，(1, 1, 0)，(1, 1, 1))，相應(yīng)的電壓矢量也有八種
，其中兩種為零矢量
，其余六種為非零矢量，電機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶繛?
其中, 
為定子電壓, 
為定子電流, 
為定子電阻。
忽略在定子電阻上的壓降，
，該式說明:當(dāng)電機(jī)定子繞組上施加空間電壓矢量
，相同方向的磁鏈
，在電機(jī)氣隙內(nèi)產(chǎn)生，磁鏈的大小變化與施加空間電壓矢量和作用時間有關(guān)，但其方向則與該電壓作用前已存在的磁鏈的矢量和的方向一致。
將整個空間電壓矢量為中心線均勻分成6個區(qū)域，如圖2所示，分別為
個同心圓中，代表定子磁鏈的給定幅值，兩條實線之間表示定子磁鏈幅值的允許變化范圍。磁鏈區(qū)間判別模塊如圖3所示，具體原理參考文獻(xiàn)[3]。
圖2 空間矢量分區(qū)圖
仿真系統(tǒng)中的逆變器，根據(jù)其原理，可用圖4所示的模塊仿真。圖5為電機(jī)中磁鏈的控制規(guī)則，ψ為實際檢測磁鏈信號，
為給定磁鏈，
為給定磁鏈容差。轉(zhuǎn)矩控制按同樣的控制方法進(jìn)行。
4 仿真實驗結(jié)果
下面對數(shù)控機(jī)床直接轉(zhuǎn)矩控制進(jìn)行實驗仿真，電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)為:定子自感
，轉(zhuǎn)子自感為
，定、轉(zhuǎn)子互感為
，定子電阻
，轉(zhuǎn)子電阻
,額定定子磁鏈
, 磁極對數(shù)
,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速
。
圖3 磁鏈區(qū)間判別器模塊
圖4 逆變器仿真模塊
圖5 磁鏈容差判別器模塊
有式(2)(3)(4)可建立matlab下的仿真模型, 由相應(yīng)的控制策略建立相應(yīng)的仿真模型。系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖6所示，定子磁鏈如圖7所示。
圖6 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
5 結(jié)束語
本研究利用直接轉(zhuǎn)矩控制理論, 能夠設(shè)計出一個較好動態(tài)性能的控制器。研究結(jié)果表明:
圖7 定子磁鏈
（1) 利用直接轉(zhuǎn)矩控制理論設(shè)計出的電機(jī)具有良好的干擾抑制能力、魯棒性而且響應(yīng)速度比較快;
（2) 系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性, 可以達(dá)到較高的控制精度。本文所提出的控制方法是一種切實可行的感應(yīng)電機(jī)控制方案。
該控制方案，經(jīng)過適當(dāng)修改，可用于永磁同步電機(jī)、混合動力汽車電機(jī)等場合。簡單可靠而又高性能將使加權(quán)最優(yōu)控制的電機(jī)控制技術(shù)具有較強(qiáng)的競爭性與經(jīng)濟(jì)意義，必將有廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1991.
[2] 張志涌. 精通matlab. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.
[3] 李 夙. 異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997.
[4] r. ortega, n. barabanov, and g. escobar. "direct torque control of induction motors: stability analysis and perbbbbance improvement," ieee. trans. automat. contr., 2001(46):1209~1222.
[5] 周紹英，儲方杰. 交流調(diào)速系統(tǒng). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.
作者簡介
徐 進(jìn)(1970-) 男 講師/研究生 現(xiàn)于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)任教，主要研究方向為電力電子與電氣傳動。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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