DTC的基本控制原理.pdf

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1、ABB变频器中DTC的基本控制原理众所周知，在ABB的交流变频器中，DTC技术已经广泛应用，那DTC究竟是什么东西，它是如何工作的呢？下文我们就介绍一下DTC的基本控制原理。DTC是英文DirectTorqueControl的缩写，它是最先进的一种交流传动技术，由ABB公司发展应用成功的。它将逐步取代传统的脉宽调制（PWM）传动。它之所以叫做直接转矩控制，是因为它对电动机输出转矩和速度的控制是基于电动机的电磁状态，DTC与直流传动的控制相似，但与传统的脉宽调制控制完全不一样。传统的PWM控制是基于电压和频率的

2、控制方式。关键词：DTC，速度控制环，转矩控制环，电机模型下面我们就根据框图逐步介绍一下DTC控制的基本原理。Figure1,直接转矩控制(DTC)的控制原理框图.Figure1:DTC由两个关键部分组成：:SpeedControlandTorqueControl框图表明，DTC有两个基本部分：TorqueControlLoop（转矩控制环）和theSpeedControlLoop（速度控制环）.现在我们根据框图分七步来逐步介绍每个基本部分以及它们是如何集成到一起的。我们先从转矩控制环（TorqueContr

3、olLoop）说起。Figure2转矩控制环结构框图1.电压电流的测量正常情况下，电机的两相电流、直流电压是和变频器功率元件的导通位置是同时测量的。2.自适应电机模型来自电机的测量信息反馈到电机模型。该电机模型非常复杂，但也只有这样复杂的电机模型才能对电机的数据进行精确的计算。在运行DTC传动装置之前，首先需要将电机的一些参数诸如：定子电阻、公共阻抗、饱和系数等等输入到电机模型里。这些参数是不需要手动输入的，而是在我们把正确的电动机铭牌数据输入到变频器后，再进行电动机识别运行后，它们就会自动输入到电机模型里。

4、当然，电机模型参数的识别也可以在不转动电机转子的情况下进行。也就是说，电动机的识别运行可以在零速下完成，这就使得DTC传动应用更为广泛。但如果控制精度要求比较高的话，电动机的识别运行还是要在非零速下完成。在静态精度要求低于0.5％的时候，DTC传动装置不需要编码器或测速机，事实上0.5％的静态精度能够满足大部分工业应用的要求。不需要速度反馈是DTC传动装置区别于其他交流传动的一个重要特性。事实上，电机模型是DTC传动在低速下能够有良好特性的关键。电机模型的输出控制信号就直接体现了电动机的实际转矩和实际磁通，同

5、时电动机的轴速度也是在电机模型中完成的。3.转矩比较器和磁通比较器转矩比较器和磁通比较器共同输出功率元件导通的脉冲控制信息。在比较器里，转矩和磁通的实际值与给定值每25微秒比较一次，同时转矩和磁通的实际状态是通过双滞环的控制模式计算出来的，这就保证了运算的精度和控制器的稳定。信号从这两个比较器输出后到了下一个环节――优化脉冲选择器。4.优化脉冲选择器在脉冲优化选择器中，采用了最先进的40MHzDSP（数字信号处理器）和ASIC硬件作为变频器功率元件开关逻辑的运算单元，所有的信号传输都是通过光纤来完成，保证了信

6、息的高速传输和极高的抗干扰能力。这样的硬件配置使得脉冲优化器的运算速度达到每25微秒一次，而用脉冲优化器作为变频器半导体元件触发脉冲的控制装置，就保证了变频器能够有精确的转矩输出。正确的开关脉冲组合决定每一个控制周期。对于开关脉冲的控制，没有一个固定的格式。DTC的理念是“just-in-time”开关,也就是说，根据实际的控制状态，及时调节半导体元件的开关，使得半导体元件的每一次开关动作都是必要和有用的，而不象传统的脉宽调制，多达30％的半导体元件开关动作是没必要的。极高的开关频率是DTC控制成功的基础。电

7、动机的主控制参数每秒更新40，000次，这样就允许轴端的输出可以有相当快的响应，也保证了电机模型能够及时的更新其所需信息。较快的处理速度带来了很高的控制特性，包括：没有编码器时的静态精度达到±0.5%，转矩的响应时间低于2ms.Figure3速度控制环结构框图5.转矩给定控制器在转矩控制器里，速度控制的输出由转矩和直流母线的电压限制。这种情况也适用于有外部转矩信号使用的速度控制。该功能快的内部转矩给定送到了转矩比较器。6.速度控制器速度控制器由一个PID调节器和一个加速补偿器组成。外部的速度给定信号与来自电机

8、模型的实际速度进行比较计算，计算出来的差值（速差）送到PID调节器和加速补偿器，速度控制器的输出是PID控制器和加速补偿器的输出之和。7.磁通给定控制器磁通给定控制器将一个电动机定子磁通的绝对值送到磁通比较器。这样通过控制和修改该绝对值就可以轻松地实现变频器的许多功能，如磁通优化和磁通制动等。以上就是对DTC基本控制原理的简单介绍，每一步的介绍都与框图中的数字相对应，阅读时可参照框图。