地铁VVVF中直接转矩控制（DTC）的实现原理与仿真

地铁VVVF中直接转矩控制（DTC）的实现原理与仿真

欧光婷1周俊成2钱彦秋3

（1云南京建轨道交通投资建设有限公司云南昆明650000；

23昆明地铁运营有限公司云南昆明650000）

摘要：本文主要对地铁车辆牵引系统VVVF逆变器中广泛采用的直接转矩控制策略（DTC）进行研究。以永磁同步电机（PMSM）为控制对象，利用Matlab/Simulink建立了永磁同步电机直接转矩控制系统仿真模型。通过建模过程和实验结果，了解直接转矩控制的原理和实现过程，且良好的仿真实验结果表明了直接转矩控制策略的可行性和完整性

关键词：直接转矩控制；MatlabSimulink；永磁同步电机

引言

随着交流传动调速技术的不断发展,直接转矩控制技术得到越来越多的关注,其在交流调速领域得到了广泛的应用。本文基于电力牵引系统中永磁同步电机直接转矩控制的基本数学模型,建立了永磁同步电机直接转矩控制系统的MATLAB/SIMULINK仿真模型,并进行了仿真实验，实验结果验证了直接转矩控制系统原理的可行性。

1直接转矩控制原理

永磁同步电机直接转矩控制的核心思想就是保持定子磁链幅值不变的情况下,控制定转子磁链的夹角来控制电磁转矩s。PMSM直接转矩控制系统原理框图如图1-1所示。

图1-1PMSM直接转矩控制系统原理框图

从图1-1可以看出，该控制模型中需要进行坐标变换，定子相电压计算，磁链估算，转矩估算，扇区选择和开关状态选择五部分，下面将分别对各个部分进行介绍和模型搭建[2]。

1.1坐标变换原理

图3-1速度响应波形

图3-1给出的是速度响应波形，由于在0.1s存在转矩突变，因为在图中0.1s处速度出现了一个短暂的回落，然后再次跟随于给定；在0.2s处产生了速度突变，从0.2s处可以看出，速度环的跟随能力较强，能够快速跟随给定变化。

图3-2给出的是电机定子电流波形，从图中可以看出，电流波形为正弦波规律变化，符合预期，在0.2s电机转速发生变化，相应的电机电流频率和大小都产生了相应的变化，从电流波形也可看出电机的运行较为平稳，控制效果较好。

图3-3为采用磁链估计模型得到的磁链波形，从图中可以看出，产生的圆形磁链效果较好，达到了预期的控制效果，说明了本文运用的磁链估计模型的正确性和可靠性。

图3-3磁链波形

4结论

本文给出了基于永磁同步电机直接转矩控制策略的研究，从数学模型到Matlab/Similink仿真模型的搭建都给出了详细的介绍，最后通过对于仿真实验结果的分析说明了本文给出的直接转矩控制策略的可行性和完整性，并且使用该策略达到了较好的仿真效果。与此同时，从中也暴露了一些问题，在电机定子电流的波形图中可以看出，当电机转矩发生突变时，会对电机转速产生较大的影响，说明此控制策略抗扰动能力还有待提高，这也是后期对控制策略进行改进的重点。

参考文献

[1]刘良杰.地铁VVVF中的磁链轨迹控制方式(TLC)研究[A].2013年轨道交通电气与信息技术国际学术会议（EITRT2013）论文集[C].2013

[2]谢爱华.基于空间矢量调制技术的永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[D].浙江工业大学.2009

作者简介

欧光婷（1990年生），女，本科学历，助理工程师，毕业于西南交通大学机械工程系铁道车辆。联系电话18388108872。

2014年1月-2018年4月，昆明地铁运营有限公司，负责车辆电气技术工作；

2018年5月至今，云南京建轨道交通投资建设有限公司，负责运营筹备前期与电气相关工作。