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直接转矩控制的 MATLAB 仿真

摘要：近来对于交流电机的控制主要有矢量和直接转矩控制：矢量控制通过坐标变换

来利用电流、磁链等量间接控制转矩，但要经过复杂的运算，而直接转矩控制把转矩直

接作为被控量控制，其实质是用空间矢量的分析方法，以定子磁场定向方式，对定子磁

链和电磁转矩进行直接控制的。这次直接转矩仿真把逆变器和交流电动机视为一体，按

照闭环负反馈跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，在 MATLAB 环境下，利用

SIMULINK，采用结构化和模块化的方法，构建异步电机直接转矩控制系统的仿真模型。

其主要功能模块包括：异步电机模块，功率变换模块，转速控制器模块， SVPWM—

DTC模块，信号检测模块。系统仿真模型结构如图 2所示。其中异步电机由一个通用逆

变桥组成的PWM电压源逆变器馈送能量。速度控制模块中的 PI控制器产生DTC模块所

需的转矩和磁通参考值。DTC模块计算电磁转矩和磁通估计值，分别和参考值比较，然

后由独立的PI调节器计算参考电压矢量。再通过DTC控制器模块，得到控制电机运行的

逆变器开关状态，总体仿真结果还算满意，并且足以使我对于电力电子与异步电机控制

有了深刻的了解。

关键字：直接转矩控制、异步电机、功率变换、磁通估计

1 引言

交流异步电机具有结构简单、可靠性高，宽调速范围和价格低廉等优点，广泛应用于

现代交流传动系统。然而，异步电机又是一个多变量、强耦合、参数时变的非线性对象，

很难对其进行高性能的控制。近年来，随着电力电子技术与计算机技术的进步，特别是

高速单片数字信号处理器(DSP)、高性能的智能功率模块(IPM)以及功能齐全和界面友好

的仿真工具的出现，许多复杂算法得以在异步电机控制中运用，大大提高了异步电机的

调速性能。

直接转矩控制系统简称 DTC ( Direct Torque Control) 系统，是继矢量控制系统之

后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面，

利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因而得名。

实际的控制系统中，由于转子磁通的定向受转子参数变化的影响，使实际的系统达

不到理论分析上的性能；同时矢量控制运算量大、控制复杂，对硬件的要求较高，这也

给实时控制带来困难。

1985年德国鲁尔大学的DEPENBECODK提出直接转矩控制（Direct Self-Control）

理论。直接转矩控制技术，是用空间电压矢量的分析方法在定子坐标系下计算、控制交

流电机的转矩，借助于双位模拟调节器产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行

最佳控制，以获得转矩的高动态性能。与矢量控制比较，直接转矩控制根据定子磁链和

转矩偏差，直接得到逆变器的开关状态，实现对电机输出转矩的控制。具有转矩动态响

应快，控制算法简单和鲁棒性强的特点。

由美国THE MATHWORKS公司推出的MATLAB是目前国际上最流行的科学与工程

计算的软件工具,它具有强大的运算能力,可以实现建模与仿真,数据分析,图象分析等功能。

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