论文导读：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的一种新型高效的交流变频调速技术，它以结构简单明了、转矩快速响应、鲁棒性好等一系列的优点正受广大学者的青睐。u-i模型:由定子电压与定子电流确定定子磁链。尤其对于实际应用中不允许安装速度传感器的领域，无速度传感器技术显得突出重要。在对直接转矩控制技术研究热点进行了较详细的分析与讨论后，针对尚存在的问题，本文结合当前的科技发展情况和实际分析，对直接转矩控制技术的研究方向进行了展望。
关键词：直接转矩控制技术，定子磁链，无速度传感器，展望
引言
交流电动机自1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，而只被用于恒速拖动领域。近三四十年来，电力电子技术、微电子技术、现代控制理论的发展，为交流调速产品的开发创造了有利条件，使交流调速系统逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、快速动态响应和四象限运行等技术性能，完全可与直流调速系统相媲美。由于直流调速系统所固有的缺点，目前，无论是调速领域还是伺服领域，交流驱动系统已逐步占据主导地位并有逐渐取代直流驱动的趋势。直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的一种新型高效的交流变频调速技术，它以结构简单明了、转矩快速响应、鲁棒性好等一系列的优点正受广大学者的青睐。直接转矩控制技术自诞生以来，其理论研究和实验工作已取得了杰出的成绩，然而作为一门新兴的理论和技术，必然存在不成熟和不完善的地方。鉴于此，本文针对直接转矩控制技术的研究现状、存在的问题及未来的发展趋势进行了详细地叙述。
1、直接转矩控制技术概述
直接转矩控制技术（DTC）是继矢量控制后交流调速领域一种新的控制方法，其特点是采用空间电压矢量分析，直接在定子坐标系下计算并控制电机的转矩和磁通，采用定子磁场定向，进行bang一bang控制，产生PWM信号。系统通过保持磁链恒定， 对转矩直接控制。因此，控制性能不受转子参数的影响，控制思想独特，结构简单。
2、直接转矩控制技术研究热点
2.1 对定子磁链的研究
（1）定子磁链的数学模型
在直接转矩控制中，定子磁链的实际值取决于定子电压、电流和转速的检测值以及电机参数。目前，描述定子磁链的数学模型有3种: u – i 模型，i - n模型，u - n模型[1-2]。
u - i模型: 由定子电压与定子电流确定定子磁链。
该模型结构简单，受电机参数影响小。论文参考网。它采用开环积分法估计定子磁链，在电机高速运行时可以估计出定子磁链。所以，当 很大时， 与之相比可以忽略不计，控制精度较高。但在低速和零速运行时，较小，与之相比不能忽略，如果对 的估计误差大，将严重影响系统的控制性能。这时必须考虑的影响，需准确测定出因温度变化和磁通饱和而产生的变化量。
i- n 模型: 以转子磁链为中间变量，由定子电流与转速确定定子磁链。
在该公式中，没有出现定子电阻，因此不受定子电阻变化的影响。但是，i - n模型要利用转子时间常数及定、转子电感值，还要精确地测量出转子电角速度。这些参数的准确性以及速度的测量精度对定子磁链估计的精度程度都会产生较大的影响，另外这些电机参数也随着温度和磁路饱和程度的变化而变化。
u - n模型: 由定子电压和转速来获得定子磁链。这里仅给出改进后的u - n模型。
改进后的u - n 模型综合了u - i模型和i - n模型的优点，并通过修正项d完成了两个模型间平滑的切换，可以作为一个全速域的定子磁链观测模型。
（2）定子磁链的改进方法
针对异步电机DTC系统中采用u – i模型观测定子磁链时纯积分环节造成直流分量积分漂移，引起低速时转矩波动严重，采用一种具有幅值补偿环节的改进积分器算法取代纯积分环节克服积分漂移；针对六区段电压矢量开关表在定子磁链处于区段分界线附近控制性能差，引起低速运行时定子磁链内陷和电流畸变等问题，采用细分优化的十二区段选择电压矢量开关表来代替传统六区段电压矢量开关表。改善了异步电机DTC系统的低速运行性能。
近年来，许多学者为了解决定子电阻对磁链的影响，引入了现代控制理论和智能控制理论，通常采用的方法有: 模糊定子电阻估计、神经网络定子电阻估计、模糊神经网络定子电阻估计、最小二乘法定子电阻估计[3-5]。
另外， 一些学者对定子电阻温度变化对定子磁链估计的影响也进行了研究， 提出了一些控制方案，如定子电阻温度补偿、模型参考自适应在线辨识等。
2. 2 无速度传感器技术
传统的直接转矩控制中，低速运行时，如果选用与转速有关的定子磁链模型来确定磁链，那么就需要知道精确的转速信息；如果对速度的精确控制，需要转速反馈进行闭环控制，同样需要知道转速信息。传统的方法采用速度传感器，这样不仅增加成本，而且使系统的稳定性和可靠性变差。尤其对于实际应用中不允许安装速度传感器的领域，无速度传感器技术显得突出重要。论文参考网。
无速度传感器技术常用的速度辨识方法包括:转差频率法、参考模型自适应法、卡尔曼滤波法、高频信号注入法、基于神经网络的辨识方法等。目前应用较好的方法是参考模型自适应方法及基于神经网络的辨识方法[6-7]。这种自适应闭环速度辨识方案，在一定的速度范围内，估计精度达到了相当高的水平，然而这些方法没有脱离电机的基本模型，在低速运行时受电机参数的影响严重，尤其在零定子频率运行时，由于电动机转速的不可观测性[8]，基于模型的辨识方案往往会失效。
鉴于此，不依赖于电动机模型而仅依赖于电动机本身特性的辨识方法应运而生。Zinger等人利用转子槽谐波可以调制出频率与转速成比例的定子磁链原理，应用锁相环技术来提取转速信息[9]。高频信号注入法弥补了零定子频率情况下的速度不可观测性，然而由于感应电动机常见的磁路饱和现象等不完善因素，导致了检测的速度信号中含有低频干扰信号。一旦检测的速度信号直接用于控制，必然导致控制系统动态、稳态性能恶化。如何结合高频信号注入法与模型参考自适应方法来获得整个工作范围内都能适用的速度辨识方案将是无速度传感器技术研究的核心内容。
3、直接转矩控制技术发展展望
在对直接转矩控制技术研究热点进行了较详细的分析与讨论后，针对尚存在的问题，本文结合当前的科技发展情况和实际分析，对直接转矩控制技术的研究方向进行了展望。
（1）针对传统的直接转矩控制方法存在转矩脉动大的问题，我们可以尝试通过设计基于模糊自适应PI调节器的多级模糊控制DTC调速系统来解决。在外环控制方面，为了实现在转速和转矩突变时系统的快速响应，可以采用模糊自适应PI调节器控制器代替传统的PI调节器；在内环控制方面，也可以采用模糊控制器代替传统的磁链两点式、转矩三点式的bang一bang控制，该算法能够克服传统直接转矩控制方法中根据转矩、磁链的大小程度简单的选择电压矢量这一缺点，全面综合考虑了转矩误差的大小程度，可以实现大误差大调节、小误差小调节的智能控制。
（2）针对无速度传感器技术尚存在的不足，我们可以尝试用基于改进型蚁群BP神经网络的速度辨识器来替代传统速度传感器的方法来对其控制。论文参考网。由于蚁群算法是一种较新型的寻优策略，与其它的智能算法相比较，具有良好的收敛速度，且能得到的最优解更接近理论最优解，同时易于与其它方法结合，具有较强的鲁棒性。相信这样能够更准确地辨识出电机转速，达到DTC系统的动、静态性能要求，实现无速度传感器直接转矩控制。
（3）近年来，直接转矩控制的研究取得了很大进展，特别是现代控制理论和智能控制理论的引入，在MATALB和DSP的基础上，为直接转矩的建模和实现控制提供了强有力的工具。现代控制理论和智能控制理论(以模糊控制、人工神经网络为主)等控制方案为提高直接转矩控制的动态性能和鲁棒性奠定了理论基础，并为提高直接转矩控制的性能提供了一种非常好的新思路，如最近研究十分活跃的模糊控制、神经网络控制、模糊神经网络控制、非线性控制、变结构控制等。可见直接转矩控制技术智能化是未来研究方向之一。
参考文献：
[1]巫庆辉,邵诚,徐占国.直接转矩控制技术的研究现状与发展趋势[ J ].信息与控制,2005
[2]王成元,夏加宽,杨俊友等.电机现代控制技术[M ].北京:机械工业出版社,2006.
[3]张春梅,尔桂花.直接转矩控制研究现状与前景[ J ].微特电机,2000
[4]赵伟峰,朱承高.直接转矩控制的发展现状及前景[ J ].电气时代,1999
[5]刘国海,戴先中.直接转矩控制系统的神经网络控制[ J ].电工技术学报,2001
[6] Schauder C. Adap tive speed identification for vector control of induction motors without rotational transducers [ J ]. IEEE Transactions onIndustry Applications, 1992
[7]Cruz P P, Rivas J J. A small neural network structure app licationinspeed estimation of an induction motor using direct torque control [A ]. Proceedingsof the 2001 IEEE 32nd Annual Power Electronics Specialists Conference [C ].USA: IEEE, 2001. 823～827.
[8]Holtz J. Sensorless control of induction motor drives [ J ].Proceedings of the IEEE, 2002, 90 (8) : 1359～1394.
[9]Zinger D, Profumo F, Lipo T A, et al. A directfield-orientedcontroller for induction motor drives using tapped statorwindings[A ]. Proceedings of the 1998 IEEE 19 th Annual Power ElectronicsSpecialists Conference [ C]. USA: IEEE, 1988. 855～865.
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