发布时间：2025-09-04 04:40:48 人气：
异步电机直接转矩控制算法梳理
异步电机直接转矩控制算法梳理
异步电机直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）是一种高效的控制策略，其核心思想是通过直接控制定子磁链与转子磁链之间的夹角（即转矩角）来实现对异步电机转矩的直接控制。以下是对异步电机直接转矩控制算法的详细梳理：
一、控制思想
在异步电机实际运行中，保持定子磁链幅值为额定值，以便充分利用电动机铁心；转子磁链幅值则由负载决定。通过控制定子磁链与转子磁链之间的夹角，即转矩角，可以控制电动机的转矩。直接转矩控制的基本方法是通过选择电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，通过控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变转矩角的大小，达到控制电动机转矩的目的。
直接转矩控制采用两个滞环比较控制器，分别比较定子给定磁链和实际磁链、给定转矩和实际转矩的差值。然后，根据这两个差值查询逆变器电压矢量开关表，得到需要加在异步电动机上的恰当的电压开关矢量。最后，通过PWM逆变器实现对异步电动机的控制。
二、基本原理与控制模块
电压方程与磁链控制
异步电机在静止坐标系下的电压方程可以表示为公式（1）（具体公式已省略，但可通过中的公式查看）。当电机转速不是很低时，定子电阻上的压降对于定子磁链产生的感应电动势来说较小，可以忽略。
定子磁链旋转矢量可用特定公式表示，其矢量端的运动轨迹呈圆形，称为矢量圆。通过控制施加的电压矢量与当前定子磁链之间的夹角，可以控制定子磁链幅值的增减。
电磁转矩表示
在三相静止坐标系下，电磁转矩可以表示为电动机定子磁链和转子磁链的函数。通过改变定子磁链与转子磁链之间的夹角，可以直接控制异步电机的转矩。
逆变器电压矢量开关表
逆变器电压矢量开关表是实现直接转矩控制的关键。根据定子磁链和电磁转矩的偏差，通过查询开关表，可以得到适当的电压开关矢量。开关表分为加入零矢量和未加入零矢量两种类型。加入零矢量的开关表可以提供更多的控制灵活性，有助于减小转矩波动。
定子磁链观测器
定子磁链观测器用于观测定子磁链的实时值。常见的观测方法有电压型磁链观测器、电流型磁链观测器、混合模型磁链观测器和全阶磁链观测器等。
转速环
转速环用于控制电机的转速。PI参数的整定方法包括试凑法和计算法。通过调整PI参数，可以实现对电机转速的精确控制。
三、仿真分析
通过仿真分析，可以对比传统DTC和加入零矢量的直接转矩控制的性能。仿真设置给定转速为150/min，给定磁链为0.85 Wb，在0.4s时加载14nm。仿真结果表明：
零矢量的加入影响定子磁链的轨迹，使其更加平滑。零矢量的加入使得转速超调更小，提高了转速控制的稳定性。加入零矢量的DTC相比于传统的DTC，转矩波动明显减小，提高了转矩控制的精度。四、总结
直接转矩控制由于其快速响应特性，广泛应用于异步电机控制领域。然而，传统的直接转矩控制存在转矩波动等问题，影响了其控制性能。利用零矢量具有保持转矩的特性，将其加入到异步电机转矩控制当中，可以有效减小转矩波动，提高控制性能。
以下是相关展示：
电力电子技术专题--电流电压双环控制
电流电压双环控制
定义：
电流电压双环控制是一种在电力系统和电动机驱动中广泛应用的控制策略。该策略通过分为内部电流环和外部电压环来实现控制，从而形成一个二级控制结构。电压环用于监控和调节系统输出的电压信号，确保其符合设定值；电流环则用于控制电机的运行状态和转矩，通过控制给定的电流来实现高效的电机运行。
工作原理：
电压外环：
输入电压信号进入系统。
输入电压信号和期望电压信号进行比较，输出一个误差信号。
电压环误差信号进入PI控制环，输出电压环输出信号。
电流内环：
电压环输出信号与实际电流信号进行比较，输出电流环误差信号。
电流环误差信号进入PI控制环，输出电流环输出信号。
电流环输出信号作用于实际硬件电路。
针对问题：
上升太慢如何解决？
上升太慢通常意味着系统的响应速度不够快，这可能是由于控制环的增益设置过低或者系统存在较大的惯性。为了解决这个问题，可以采取以下措施：
增加控制环的增益：提高电压环和电流环的比例增益（Kp）可以加快系统的响应速度。但是，过高的增益也可能导致系统不稳定，因此需要在保证稳定性的前提下逐步增加增益。
优化PI控制器参数：通过调整PI控制器的比例增益（Kp）和积分增益（Ki），可以优化控制器的性能，使其在保证稳定性的同时提高响应速度。
减少系统惯性：如果可能的话，可以通过优化系统结构或减小系统负载来减少系统的惯性，从而加快响应速度。
超调过大如何解决？
超调过大通常是由于控制环的增益设置过高或者系统存在非线性因素导致的。为了解决这个问题，可以采取以下措施：
降低控制环的增益：适当降低电压环和电流环的比例增益（Kp）可以减少超调量。但是，过低的增益可能导致系统响应速度变慢，因此需要在保证响应速度的前提下逐步降低增益。
调整PI控制器参数：通过调整PI控制器的积分增益（Ki），可以减小超调量并改善系统的稳定性。一般来说，增加积分增益可以减小超调量，但也可能导致系统振荡，因此需要根据实际情况进行调整。
引入非线性控制策略：对于存在非线性因素的系统，可以考虑引入非线性控制策略，如抗饱和控制、限幅控制等，以减小超调量并提高系统的稳定性。
增加系统阻尼：在某些情况下，可以通过增加系统阻尼来减小超调量。例如，在电动机驱动系统中，可以通过增加负载惯量或减小电动机的转动惯量来增加系统阻尼。
软件实现与实验：
通过提供的软件实现代码和实验，可以进一步理解电流电压双环控制的工作原理和实际效果。代码中通过模拟控制循环来模拟系统的动态响应，并通过可视化工具展示了电流和电压的控制效果。实验则展示了电压外环和电流内环的实际控制效果，有助于进一步理解控制策略的实际应用。
应用实例：
在实际应用中，电流电压双环控制被广泛应用于电动机驱动、逆变器和其他电力电子设备中。通过确定电流和电压的目标值，并在控制算法中调节反馈环的增益，可以实现快速响应和稳定性。同时，通过实施PID控制器来分别管理电压环和电流环，可以进一步优化系统的性能。
综上所述，电流电压双环控制是一种有效的控制策略，通过合理调整控制环的增益和PI控制器参数，可以解决上升太慢和超调过大等问题，提高系统的响应速度和稳定性。
三相逆变器的simulink仿真中电压电流双闭环控制参数到底如
在三相逆变器的Simulink仿真中，电压电流双闭环控制参数的设计与验证是关键步骤。首先，通过构建三相并网逆变器模型，确保数学模型能够与物理模型的输出相吻合，这为控制器设计提供了坚实基础。模型中通过加入电网电压前馈和解耦项，实现了对d、q分量的独立控制，使得在输入信号变化时，输出量不受影响，有效实现了解耦控制。
在控制器设计方面，采用PI控制器进行电流环控制。通过对比系统模型与典型二阶系统的特性，发现控制器参数设计时需考虑附加闭环零点对动态性能的影响。基于此，设计控制器参数以满足系统动态性能要求，如峰值时间提前、超调量增加等。同时，通过伯德图分析，直观验证了控制器设计的合理性。
针对调制器模型，详细讨论了开关过程中的调制器增益与控制延时。通过分析调制器输出特性，解释了其零阶保持器特性，以及控制周期内的延时效应。此外，系统模型中加入调制器增益与控制延时，确保了仿真模型的完整性与准确性。
总结而言，电压电流双闭环控制参数的设计需综合考虑数学模型与物理模型的匹配、解耦控制的实现、控制器动态性能的优化以及调制器特性的影响。通过上述步骤，能够有效设计出满足性能需求的控制器，确保三相逆变器在Simulink仿真中的稳定运行与高效控制。
永磁同步电机FOC算法仿真调试过程记录
本文通过SMULink搭建仿真模型，详细阐述了FOC算法的调试过程。由于缺乏实物设备，作者以仿真方式复习并分享FOC算法调试技巧，供有需要的学习者参考。
1. 仿真模型说明
仿真模型源自《现代永磁同步电机控制原理及MATLAB仿真》一书的随书仿真模型，对PMSM_PI模型进行了修改。
1.1 电机参数配置
1.2 仿真模型框图
1.2.1 总体框图
1.2.2 Clarke、invClarke、park、invpark模块
1.2.3 SVPWM模块
1.2.4 PID模块
1.2.5 PWM调制模块
1.2.6 逆变器模块
1.2.8 PMSM模块
1.3 模型差异说明
1.3.1 实际物理模型与仿真步长差异：
仿真采用离散时间仿真，步长为1e-6s，与实际物理模型存在差异。但控制器的步长与实际控制器步长保持一致。
1.3.2 控制器输出的电压分辨率有限：
PWM频率为10K，仿真步长为1e-6(可理解为时钟为1M的PWM模块)，电压分辨率只有1M/10K/2=50，即一个电压矢量最小分辨率为2/3*Udc/50=4.14V。实际分辨率不够，但为了仿真速度，牺牲电压精度。实际PWM模块时钟频率一般超过50M，例如STM32F1的TIM1时钟频率可达72M，实际分辨率可达4.14/72=0.058V。
1.3.3 电流采样时间差异
实际物理模型中，一般在下管开通时采集流过采样电阻的电流，此时电流为平均采样电流。但在模型中采用实时采样电流，可能采集到尖峰电流，导致计算异常。
1.3.4 角度传感器差异
实际物理模型中，角度传感器一般为有限分辨率，例如1024线的光编，Pn=4，等效电角度分辨率为360*4/(1024*4)=0.35°。这个差异可以忽略，如果是hall做FOC控制，就不能忽略了。
1.3.5 MOS管死区效应
为了避免上下管直通，PWM发波时插入一段死区，保证上下管不会交叠。插入死区的时间长度根据开关管上升下降时间确定，一般量级在100ns-500ns左右。在该仿真中PWM脉宽时间长度为1/10K=100us，比例在0.1%~0.5%，仿真过程可以忽略。但如果开关频率继续提升或死区时间增加，会明显影响电流波形，引入EMC。
1.3.6 计算精度差异
仿真过程采用double类型，实际代码中一般采用single类型或16bit定点数据。
1.3.7 其他差异
。。。。啥时候想到了在说吧，有经验的同学可以帮忙在评论区补充哈。我尽量更新上来。
1.4 模型拓展说明
1.5 建议事项
检查模块实操过程中，一定要注意每个环节之间的量化关系，比如负载为10N.m，那么Iq的大小应该为Iq=10/Kt；转速为1000rpm，那么Vq或Vs的大小应该为Vq=1000/Ke(此处计算系数省略了)
仿真模型将会更新在github上，我现在还没学会怎么用gitbub，有需要模型的可以私信我。
2. 电压测试开环过程
开环过程有两种形式：静止坐标系Valpha和Vbeta以及旋转坐标系Vdq。
2.1 压开环测试目的：
开环测试过程主要是验证每个环节的正确性，包括
注意在调试实际电机和电路时，只需要关注软件模块以及SVPWM发波模块是否正常。
2.2 检查项
检查各模块之间的输入输出定量关系，波形之间的相位关系列表。
2.3 预定位过程说明
设置Vd=Vset时，当电流足够大时，转子的D轴将与alpha轴对齐，此时设置对应的传感器电角度为0。
2.4 旋转坐标系Vdq验证过程
输入为Vd、Vq，一个递增的角度。此处需要注意，设置Vq=0，Vd=Vset，此时才表示转子D轴与alpha轴对齐时，theta角度为零。
可以观察设定角度与电机角度的关系，一般实际情况为电机实际的角度滞后电压矢量的角度，记为[公式]，有效转矩为[公式]。
3. 电流闭环调试
3.1 基于整机模型的调试前准备
step1：该过程需要在预定位完成之后，获得相对准确的电角度。
step2：设置Iqref=0；Idref=Iset，给Id的原因是，Id增加电机不会转动，给Iq的话，电机会转动，若没有负载转矩卡住会导致电机疯狂加速。
3.2 电流环参数设计
参数设计参考文章：永磁同步电动机调速系统PI控制器参数整定方法_王莉娜.pdf
3.2.1 电流环模型等效
各模型的等效关系在论文中均有说明：
转速和电流控制器均采用PI控制器：
逆变器模型SVPWM
开关死区延时
电流采样滤波器（一般不会采用）
速度滤波器模型
3.2.2 参数设计准则
注意，在考虑电机
开环传递函数穿越频率限制：
在论文中详细描述了电流环开环传递函数的设计[公式]（单位rad/s）的设计范围：
参数计算方法：
方法1（一阶等效）：
在忽略SVPWM延迟、电流采样滤波器、开关死区与延时时，可简单将电流环等效为R-L系统加上PI控制器。此时为了保证电流环不会过冲，用PI控制器的零点与RL的极点进行对消处理。得到[公式]，[公式]为待设计的电流环带宽
在该方法中，[公式]的选取不能太高，否则其他假设将不成立。一个FOC控制周期的存延时为0.1ms（10K），相位延迟为-0.0001[公式]，取[公式]=10000rad/s时，相位滞后1rad=57.3°，因此需要将滞后相位角控制在5°以内，故此方法[公式]。
因此，可取[公式]=1000rad，Kp=L*[公式]，Ki=R*[公式]。
方法2（二阶等效）：
该方法保留SVPWM等效的一个环节，将其等效为一个1.5Tpwm的一阶惯性环节。仍然按照零极点对消方法，将系统等效为一个二阶环节，然后取最佳阻尼比0.707，可计算得到[公式]，其闭环带宽约等于开环带宽，电流环会存在超调现象。
方法3（高阶调优）：
需要通过一些策略将电流环的带宽进行优化，尽可能逼近1/10PWM频率的上限，目前我也不会。。。。
可以参考以下链接：
3.2.3 仿真结果对比
方法1（一阶等效）：
Kp=5.25，Ki=958
采用简化模型与PMSM模型对比Id=20A阶跃对比
方法2（二阶等效）：
3.3 控制器性能评估
3.3.1 稳态性能
3.3.2 动态性能
3.3.3 电压谐波分析
3.4 鲁棒性分析？
想做但是现在还不会啊！有哪位大神可以帮忙介绍一下怎么做。。。。。。
校正电流环带宽是否匹配，查看电压输出噪声是否能够接受，来调节电流环带宽。
4. 转速闭环过程
4.1 基于整机模型的调试前准备
此过程需要准确的转速信息以及电角度信息
设置Id=0，Iqref=速度环输出
通过以下方式计算转速环参数
校正转速环带宽是否匹配，查看电流输出噪声是否能够接受，来调节电流环带宽。
校正采用什么方式？
4.2 参数设计
4.2.1 转速环模型等效
4.2.2 参数设计准则
4.2.3 仿真结果对比
4.3 控制器性能评估
4.3.1 稳态性能
4.3.2 动态性能
4.3.3 电流谐波分析
4.3.4 抗扰动性分析
4.4 鲁棒性分析
方法1：速度参考设置为chrip信号，观测速度跟随参考转速下降到0.707倍的频率，参考转速的设置以不会超过最大Iq电流限制为宜。
方法2：观察以下3个上升时间是否满足电机
什么是PI控制器？
PI控制的意思是指根据给定值与实际输出值构成的控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。
PI控制器各校正环节的作用如下：
1．比例环节。即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。通常随着值的加大，闭环系统的超调量加大。
2．积分环节。主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强。
扩展资料：
PI内部是没有物理量转换过程的，它仅仅是一个“有差就调”的原理，这也是为什么需要反馈的原因。
PI只是在不停的调制它的输出，它只需要给出一个比例值就行，并不需要给出真实的我们到底需要多大的电压，真实的电压到底等于多少是由逆变器上加的母线电压Udc和PI给的比例值经过ipark，svpwm运算后给出的两个基准电压和零矢量电压作用的时间来决定。
参考资料：
在分布式光伏中，如何解决电压越限、功率因数超标等问题？
在分布式光伏中，解决电压越限、功率因数超标等问题的方法主要包括安装无功补偿设备、采用智能控制策略服务器和虚拟电厂控制终端等。
一、电压越限问题的解决方法
分布式光伏并网点的电压升高或降低都可能导致一系列问题，如光伏逆变器跳闸、损坏用户用电设备等。针对电压升高越限问题，可以采取以下措施：
安装无功补偿设备：通过安装无功补偿装置，如电容器组或SVG（静止无功发生器），可以动态地补偿电网中的无功功率，从而调节电压水平。逆变器控制：光伏逆变器具有无功功率调节能力，可以通过调整逆变器的控制策略，使其在必要时发出或吸收无功功率，以维持电压稳定。安装储能：储能系统可以在电压波动时提供或吸收有功和无功功率，有助于稳定电压。调节有载调压变压器分接头：通过调整变压器的分接头位置，可以改变变压器的变比，从而调节输出电压。此外，CET中电技术推出的CET-7320智能策略控制服务器也是一种有效的解决方案。该服务器内置多种控制策略，可根据电压越限值自动调控逆变器无功功率输出，保证台区整体电压正常。同时，CET-7320还集成了CET自研的Psolution系统，可直观展示电压实时调控效果，并上传至监控运维云平台。
二、功率因数超标问题的解决方法
分布式光伏接入后可能会造成用户功率因数降低，导致用户出现功率因数调节费（力调电费）损失。针对这一问题，可以采取以下措施：
采用虚拟电厂控制终端：CET推出的PMC-1606虚拟电厂控制终端，内置功率因数闭环调节策略。该终端可以接入逆变器、考核点电表等设备，以考核功率因数为目标值对逆变器进行动态闭环调节，平衡逆变器有功、无功出力，从而保证功率因数满足电网考核要求。优化光伏逆变器控制策略：为光伏逆变器设定电压调节和功率因数调节两种工作模式，并根据并网点状态在两种模式间切换。同时，采用更精确的控制算法，避免超调或欠调现象的发生。通过采用上述措施，可以有效解决分布式光伏并网引起的电压越限和功率因数超标问题。这些措施不仅有助于提升电网的稳定性和安全性，还能促进可再生能源的高效利用与深度整合，助力构建智能、绿色的电网体系。
以上展示了电压调控效果以及功率因数调节系统投入前后的对比情况，进一步验证了上述解决方案的有效性。
igbt和mos管的区别有哪些 igbt和mos管能互换吗
一、igbt和mos管的区别有哪些
1、什么是igbt
IGBT，绝缘栅双极型晶体管，是一种复合型半导体器件，由晶体三极管和MOS管组成。
2、mos管是什么
MOS管即MOSFET，又称为绝缘栅场效应管，是一种场效应管类型，分为N沟耗尽型、增强型、P沟耗尽型和增强型四大类。
3、igbt和mos管的区别
（1）在结构上，MOSFET和IGBT虽然外观相似，但内部结构不同。IGBT拥有发射极、集电极和栅极端子，而MOSFET则包含源极、漏极和栅极端子。IGBT内部含有PN结，而MOSFET没有。
（2）在导通电压方面，MOSFET在低电流区的导通电压低于IGBT，在大电流区IGBT则具有更好的正向电压特性。
（3）IGBT在高温特性方面表现更佳，其导通电压低于MOSFET。
（4）IGBT适用于中到极高电流的传导和控制，而MOSFET适用于低到中等电流的传导和控制。
（5）IGBT在高频应用中的性能较差，适合在千赫兹频率范围内运行。MOSFET特别适合高频应用，可在兆赫兹频率下运行。
（6）IGBT的开关速度较低，而MOSFET的开关速度非常高。
（7）IGBT可以承受极高的电压和大功率，而MOSFET仅适用于低至中压应用。
（8）IGBT的关断时间较长，而MOSFET的关断时间较小。
（9）IGBT能够处理瞬态电压和电流，但在瞬态电压出现时，MOSFET的运行会受到影响。
（10）MOSFET器件成本较低，价格便宜，而IGBT至今仍属于较高成本器件。IGBT适用于高功率交流应用，MOSFET适用于低功率直流应用。
二、igbt和mos管哪个好
IGBT和MOSFET各有优势和缺点，选择时主要根据实际应用场合来决定：
1、IGBT的主要优势在于能够处理和传导中至超高电压和大电流，拥有出色的栅极绝缘特性，且在电流传导过程中产生极低的正向压降。即使在浪涌电压出现时，IGBT也能正常运行。与MOSFET相比，IGBT的开关速度较慢，关断时间较长，不太适合高频应用，但更适合高压大电流应用。
2、MOSFET的优点在于非常适合高频且开关速度要求高的应用。在开关电源（SMPS）中，MOSFET的寄生参数至关重要，它决定了转换时间、导通电阻、振铃（开关时超调）和背栅击穿等性能，这些都与SMPS的效率密切相关。对于门驱动器或逆变器应用，通常需要选择低输入电容（利于快速切换）以及较高驱动能力的MOSFET。
三、igbt和mos管能互换吗
不能。
IGBT和MOSFET的工作特性不同，一般情况下不能互换。但在考虑具体技术细节的情况下，可以用IGBT替代MOSFET，但需要考虑以下问题：
1、电路的工作频率
IGBT的工作频率较低，通常25KHz是上限。如果电路的工作频率超过IGBT的频率上限（以具体管子数据手册为准），则不能替换。
2、驱动电路的关断方式
MOSFET可以通过零压关断或负压关断。而IGBT只能通过负压关断。如果电路的驱动电路仅支持零压关断，则不能替代。
3、功率管并联
MOSFET具有正温度特性，可以直接并联以扩大电流。而IGBT具有负温度特性，不能直接并联。如果电路中使用了多个并联的MOSFET，则不能用IGBT简单替换。
4、电路是否需要开关器件续流二极管
MOSFET自带寄生二极管，而IGBT则需要额外添加。为了保险起见，应选择带有续流二极管的IGBT。
5、IGBT输入电容
IGBT的输入电容应接近原电路中MOSFET的输入电容。这只是考虑驱动电路的驱动能力，与MOSFET和IGBT的特性无关。
6、过流保护电路
对于过流保护电路，IGBT的要求更高。如果没有电路图，则可以通过短路试验来确定能否替换。
对于常见的简单电路，考虑上述因素后，可以使用符合功率耐压要求的IGBT替代MOSFET。
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