1 引言
在現代數控機床生產中，隨著對加工工件的要求越來越高，電動機的動態性能越來越受到重視。直接轉矩控制技術，用空間矢量分析方法，直接在定子坐標系下計算與控制交流電動機的轉矩，采用定子磁場定向，借助于離散的兩點式調節(bang-bang控制)產生pwm信號，直接對逆變器的開關狀態進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態性能。它省去了復雜的矢量變換與電動機數學模型的簡化處理。沒有通常的pwm信號發生器。控制思想新穎、結構簡單、手段直接、物理概念明確、響應迅速、無超調，是一種高靜動態性能的交流調速方法。
本文充分利用直接轉矩技術，使機床電機動態性能滿足越來越復雜的加工要求。對感應電動機進行了matlab的建模和仿真驗證。
2 異步電機的數學模型
交流機在兩相靜止坐標系下的數學模型寫成狀態方程為:
(1)
運動方程為
轉矩方程為 
式中:
分別為兩相靜止坐標系下定子、轉子電壓和電流; 
分別為電機的定子、轉子自感和互感; 
分別為電機的定子、轉子電阻值;ω為電機的轉速。
3 仿真系統
3.1 系統框圖
系統框圖如圖1所示，主要有磁鏈區間判別器、磁鏈計算、轉矩計算開關狀態選擇等組成。
圖1 感應電動機直接轉矩控制系統圖
3.2 基本原理
逆變器可以看成是三組開關
，實現八種狀態((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，電機的定子磁鏈矢量為:
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:當電機定子繞組上施加空間電壓矢量
，相同方向的磁鏈
，在電機氣隙內產生，磁鏈的大小變化與施加空間電壓矢量和作用時間有關，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。磁鏈區間判別模塊如圖3所示，具體原理參考文獻[3]。
圖2 空間矢量分區圖
仿真系統中的逆變器，根據其原理，可用圖4所示的模塊仿真。圖5為電機中磁鏈的控制規則，ψ為實際檢測磁鏈信號，
為給定磁鏈，
為給定磁鏈容差。轉矩控制按同樣的控制方法進行。
4 仿真實驗結果
下面對數控機床直接轉矩控制進行實驗仿真，電機系統參數為:定子自感
，轉子自感為
，定、轉子互感為
，定子電阻
，轉子電阻
,額定定子磁鏈
, 磁極對數
,電機額定轉速
。
圖3 磁鏈區間判別器模塊
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, 由相應的控制策略建立相應的仿真模型。系統的階躍響應如圖6所示，定子磁鏈如圖7所示。
圖6 電機輸出轉矩
5 結束語
本研究利用直接轉矩控制理論, 能夠設計出一個較好動態性能的控制器。研究結果表明:
圖7 定子磁鏈
（1) 利用直接轉矩控制理論設計出的電機具有良好的干擾抑制能力、魯棒性而且響應速度比較快;
（2) 系統具有較好的穩定性, 可以達到較高的控制精度。本文所提出的控制方法是一種切實可行的感應電機控制方案。
該控制方案，經過適當修改，可用于永磁同步電機、混合動力汽車電機等場合。簡單可靠而又高性能將使加權最優控制的電機控制技術具有較強的競爭性與經濟意義，必將有廣闊的應用前景。
參考文獻
[1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統. 北京:機械工業出版社,1991.
[2] 張志涌. 精通matlab. 北京:北京航空航天大學出版社，2003.
[3] 李 夙. 異步電動機直接轉矩控制. 北京:機械工業出版社，1997.
[4] r. ortega, n. barabanov, and g. escobar. "direct torque control of induction motors: stability analysis and performance improvement," ieee. trans. automat. contr., 2001(46):1209~1222.
[5] 周紹英，儲方杰. 交流調速系統. 北京:機械工業出版社，1996.
作者簡介
徐 進(1970-) 男 講師/研究生 現于南京農業大學任教，主要研究方向為電力電子與電氣傳動。
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
