文献综述

1.课题的背景与意义

继矢量控制技术之后，直接转矩控制简称 DTC（Direct Torque Control ）于 20 世纪 80 年代中期逐渐发展起来，成为一种高性能的异步电动机变频调速技术。

1977 年由美国学者 A.B.Plunkett 在 IEEE 杂志中首次提出了直接转矩控制思想，1985 年由德国鲁尔大学的 Depenbrock 教授首次取得了实际应用的成功，接着于 1987年又把它推广到弱磁调速范围[4]。较之 20 世纪 70 年代发展起来的矢量控制，直接转矩控制有着自己的特点和独到之处，它在很大程度上克服了矢量控制中计算复杂、特性易受电动机参数变化影响、实际性能难以达到理论分析结果等一系列技术缺陷。因此，直接转矩控制技术一经提出，就以自己新颖的控制思想，简明的系统结构，优良的动、静态性能受到了普遍的关注并得到了迅速的发展。

直接转矩控制技术，实质上是用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算并控制交流电动机的转矩，并采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Bang-Bang 控制）产生 PWM 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，进而获得转矩的最高动态性能。该控制方法不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量控制中的许多复杂计算；也不需要模仿直流电动机的控制，因此不需要为解耦去化简交流电动机的数学模型；且由于只关心电磁转矩的大小，在控制上对除定子电阻外其它电机参数的变化表现出较强的鲁棒性。直接转矩控制技术控制结构简单、控制手段直接、信号处理的物理概念明确、系统转矩响应迅速，是一种具有较高动态响应的交流调速技术。

目前，在德国兆瓦级的电力机车牵引系统中，直接转矩控制技术已实现了成功的应用。 日本研制成功的 1.5kW 直接转矩控制变频调速装置， 其转矩响应频率高达 2kHz，冲击转矩可瞬时达到额定转矩的 20 倍，使电机从 500～#8212;500r/min 的反转时间只有4ms。在电气传动领域中，这几项指标均居世界首位。当前，德国、美国、日本等都在竞相发展该项技术，且通过第四代电力电子器件（IGBT、IGCT#8230;）及数字化控制器件（如 TMS320CXX 数字信号处理器及其他 32 位专用数字化模块）的使用，不断推出面向工业生产应用的全数字化最优直接转矩控制变频调速装置，将成为直接转矩控制领域今后的发展趋势。

2.课题的国内外研究现状的介绍以及应用

开关磁阻电机基本原理的最早提出是在 19 世纪 40 年代。当时的研究人员认为，利用顺序磁拉力使电动机旋转是简单可行的。1842 年，英国的 Aberdeen 和 Davidson用两个 U 形电磁铁制造出了 ”电磁制动机” ， 既最初的 SRM 模型， 但是由于当时的条件限制，采用机械开关控制的 SRM 模型，运行特性、可靠性和机电能量转换效率都十分低下。因此直到功率电子开关问世前的 100 多年间，开关磁阻电机的发展缓慢。

20 世纪 60 年代中期， 随着大功率晶闸管的使用， SR 电机重新得到了人们的重视。开关磁阻电机（Switched ReluctanceMotor#8212;简称 SRM）一词最早出现在 1969 年美国学者 S.A.Nasar 撰写的论文中，文中阐述了 SR 电机的两个最重要的特征：①开关性：电机必须工作在连续的开关模式下。因此，随着新型功率半导体器件的不断出现，SR电机的研究才有了新的进展。②磁阻性：SR 电机是一种具有双凸极结构的电机，定、转子具有可变磁阻回路[1]。20 世纪 70 年代初期，美国福特电机公司研制出了最早的 SR 电机调速系统， 其结

构为轴向气隙电动机、晶闸管功率电路，该系统具有电动机和制动机运行状态和较宽范围的调速能力，特别适合于蓄电池供电的电动车传动系统。