变频调速系统中的矢量控制和直接力矩控制

    调速系统的任务是控制速度，速度通过转矩来改变，调速系统的性能取决于转矩控制的性能，矢量控制(VC)和直接力矩控制(DTC)的任务都是实现高性能的转矩控制，它们的速度调节部分相同。    异步机的转矩等于磁链矢量和定子电流矢量的矢量积。磁链不能直接测量，需要通过定子电压、电流及电动机参数算得。由于定子电压电流都是交流量，处理起来比较复杂，所以在VC控制系统中，借助于坐标变化，把它们变成dq坐标系的直流量，计算得到的控制量再经反变换回交流坐标轴系去产生PWM信号。为了在高速和低速均能取得好的性能，必须用电压电流两个模型，涉及到电机参数较多。    在DTC系统中用交流量直接计算力矩和磁链，然后通过力矩、磁链两个Band - Band控制器产生PWM信号，省去了坐标变换。在研制DTC的初期没有考虑低速运行工况，并以定子磁链为基础，涉及电动机参数只有Rs一个，因此DTC方式具有计算简单、涉及电动机参数较少、精度高等优点。实际上在考虑低速运行工况后，DTC也必须引入电流模型，也要用到转子磁链，涉及的电动机参数和VC控制方法一样多，所以精度也一样。DTC没坐标变换，计算公式简单，但为了实现Band - Band控制，必须在一个开关周期中计算很多次，要求计算速度快。以ABB公司的ACS600系列为例，它的计算周期是25μs。在VC控制中测量电压电流在一个开关周期内的平均值，然后一周期计算一次，对计算速度要求低。以Siemens公司的6SE70系列为例，它计算的周期是400μs，相差16倍。矢量变换计算只不过4个乘法和2个加法，以现在处理器的能力看，是完全胜任的。另外以定子磁链为基础也不是DTC的专利，有的VC控制系统也以定子磁链为基础。根据产品样本，ACS600 (DTC)转矩控制响应时间是5ms，6SE70（VC控制）也是Sms，再。陕的转矩控制响应机械设备也难以承受，也就没有实际意义了。    有人认为，DTC利用磁链幅值的Band - Band控制得到近似圆形磁场，磁链幅值的波动会导致转矩波动，而VC控制是连续控制，磁链幅值不变，无转矩波动。这种看法也欠妥，DTC中由于存在转矩Band - Band控制，转矩平均值不会受磁链变化影响而波动，磁链变化只影响电流波形；对于VC控制，由于变频器按PWM模式工作，在一个开关周期内是不可控制，也不是连续控制，同样存在电流脉动并导致转矩脉动的问题，6SE70的转矩脉动为2%。