SVPWM矿山牵引电机车控制系统的研究与仿真(3)
本文从目前国内矿用电机车改造的具体情况出发, 建立矿山牵引电机车矢量控制仿真模型, 验证矢量控制方案是可行的。下面分别对各个控制策略进行简要的介绍。
1.2.1直接转矩控制
上世纪八十年代，一种新型高性能异步电动机变频调速技术开始发展，那就是直接转矩控制技术[Direct Torque Control]即DTC。八十年代中期，德国Depenbrock和日本的Takahashi相继提出了异步电机直接转矩控制技术，该方法在提出时立即在各国交流传动界引发了激烈的讨论，它抛弃了矢量控制中的解耦思想，转而考虑定子，计算出定子磁链和转矩，直接对它们进行控制。该方法不但在很大程度上解决了矢量控制中的一些重要技术问题，例如计算复杂、特性易受电动机参数变化的影响、实际性能难以达到理论分析结果。直接转矩控制方法简捷明了，易于实现实时控制，不容易受电动机电感等参数变化的影响[4]。
具体特点有：
(1) 直接转矩控制直接对电机转矩和定子磁链进行控制，这种控制方法重点关注的是转矩的效果，其控制效果的好坏取决于转矩的实际输出状况，与电动机的数学模型是否能够简化没有太大关系。
(2) 和以往的控制方法有很大区别的是，直接转矩控制采用了特别的方法——空间矢量分析方法用以分析异步电机的数学模型和控制量，这种空间矢量方法大大简化了问题。
(3) 在直接转矩控制中需要观测的量是定子磁链，我们只要得到这个电机的参数如定子电阻，就能得到定子磁链，这样一来电动机其它参数对整个控制系统性能的影响就相对减弱，控制系统性能相对提高。
(4) 在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，对异步电动机的定子磁链和转矩进行高性能控制。它不需要解耦，避免了矢量控制大量繁琐的计算，控制方法简单明确，容易实现实时控制。
直接转矩控制的控制思想不同以往经典控制，由于其控制结构比较简单，控制手段更加直接，反应灵敏快速，并且没有超调，成为当今世界十分先进又倍受欢迎的一种高性能交流调速方法。
1.2.2转差频率控制
基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U/f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的[5]。转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，它不用繁琐复杂的磁通检测和坐标变换，首先只要能文持转子磁链的大小不变，再检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两项同步旋转坐标系上的数学模型运算就可以间接的进行磁场定向控制。采用这种控制方法可以在很大程度上提高了控制系统的静，动态性能，还能消除系统在调速过程中由于转矩电流不稳定而产生的扰动，并且比其他矢量控制方法更加方便，结构简单，准确率也高。
1.2.3矢量控制
现如今, 在交流电机的控制领域中，矢量控制处于高水平地位，通常将有矢量变换的交流电机的控制都叫做矢量控制，建立等效直流电动机模型，再通过转子磁场进行控制定向,可以使电动机有最好的动态性能。
1968年Darmstader工科大学的Hasse博士最早提出磁场定向控制理论， 1971年德国西门子公司F.Blaschke博士随后提出的感应电机磁场定向的控制原理和美国P.C.Custman与A.A.Clark申请的专利感应电机定子电压的坐标变换控制奠定了矢量控制的基础。矢量控制成功让交流电机磁通和转矩解耦，这种控制方法完全颠覆了以往控制思想，不仅大大完善了交流驱动系统的动态特性，成功开拓了交流传动的新领域，并且它的控制性能也和直流电机一样方便。通过检测和控制异步电动机的定子电流，并根据磁场定向原理异步电动机的励磁电流和转矩电流进行分开控制，从而控制异步电动机转矩，这是矢量控制的基本控制原理。其实矢量控制的核心思想就是将磁链和转矩解耦，只有这样才能分别设计磁链调节器和转矩调节器，这可以实现更高性能交流电机的调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无位置传感器矢量控制方式和有位置传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机直接等效为直流电机来进行控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。