V/F协调控制、磁场定向控制FOC、直接转矩控制DTC是如何实现电机磁场和力矩控制的?

V/F协调控制、磁场定向控制FOC、直接转矩控制DTC是如何实现电机磁场和力矩控制的?

V/f控制就是保证输出电压跟频率成正比的控制这样可以使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生,多用于风机、泵类节能型变频器用压控振荡器实现 ; V-F控制的原理是产生一个震荡频率的电路叫做压控震荡器,是一个压敏电容,当受到一个变化的电压时候它的容量会变化,变化的电容引起震荡频率的变化,产生变频.把这个受控的频率用于控制输出电压的频率,使得受控的电机的转速变化.异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的,在额定频率下,如果电压一定而只降低频率,那么磁通就过大,磁回路饱和,严重时将烧毁电机.因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生.这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器.
FOC无传感器的矢量控制技术（磁场导向控制）FOC的基本控制原理是在三相定子侧流动的电流可以合成一个等效的合成电流向量,它的旋转角速度就是输入电源的角频率ω.透过座标转换技巧,可以将此电流向量映射到两轴旋转座标中.如果此两轴座标也同样以角速度ω旋转,则在此座标中电流向量可视为是静止的；换言之,电流向量在此座标中是直流量,既然是直流量,这样就可让马达转矩与电流成正比例关系,但还需要满足一些条件,包括马达的转子磁通必须与图中的d轴重合,而且电流向量的d轴分量必须维持为定值.满足以上的条件后,交流马达的转矩将与定子电流成正比,所以控制定子电流的向量值就可以像控制直流马达般的简易且精准.
直接转矩控制（Direct Torque Control——DTC）,国外的原文有的也称为Direct self-control——DSC,直译为直接自控制,这种“直接自控制”的思想以转矩为中心来进行综合控制,不仅控制转矩,也用于磁链量的控制和磁链自控制.直接转矩控制与矢量控制的区别是,它不是通过控制电流、磁链等量间接控制转矩,而是把转矩直接作为被控量控制,其实质是用空间矢量的分析方法,以定子磁场定向方式,对定子磁链和电磁转矩进行直接控制的.1985年德国鲁尔大学的狄普布洛克（M.Depenbrock）教授首先提出了基于六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论,他称为Direct self-control——DSC.这种方法不需要复杂的坐标变换,而是直接在电机定子坐标上计算磁链的模和转矩的大小,并通过磁链和转矩的直接跟踪实现PWM脉宽调制和系统的高动态性能.
直接转矩控制的特征是控制定子磁链,是直接在定子静止坐标系下,以空间矢量概念,通过检测到的定子电压、电流,直接在定子坐标系下计算与控制电动机的磁链和转矩,获得转矩的高动态性能.它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量变换中的许多复杂计算,它也不需要模仿直流电动机的控制,从而也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型,而只需关心电磁转矩的大小,因此控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好,所引入的定子磁链观测器能很容易得到磁链模型,并方便地估算出同步速度信息,同时也很容易得到转矩模型,磁链模型和转矩模型就构成了完整的电动机模型,因而能方便地实现无速度传感器控制,如果在系统中再设置转速调节器,即可进一步得到高性能动态转矩控制了.需要说明的是,直接转矩控制的逆变器采用不同的开关器件,控制方法也有所不同.