矢量控制与直接转矩控制的比较
矢量控制与直接转矩控制技术区别修订稿
矢量控制与直接转矩控制技术区别WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-矢量控制与直接转矩控制技术矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度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（同步电机是指转子定子同时通电，异步机就是电机的转子转动速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一样,有转差值，顾名思义,同步机则不存在转差）等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行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，对通用变频器的输出频率f进行控制的。
基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。
早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。
它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
交流传动中矢量控制技术(SLVCVC)与直接转矩控制技术(DTC)的比较
应用内容的比较2：MM440的SLVC控制，在50Hz范围以内的调速精度（设定转速与实际转速的误差精度）基本可以，能够达到0.2%以内，随着转速的升高（进入弱磁升速以后）设定的转速与实际的转速开始产生误差，在9000RPM时（150Hz）实际转速与给定转速的误差竟超过了100转。1%以上。太惨了。已经没有控制精度可言了。最可气的是，MM440自己的转速显示与设定值丝毫不差。仍显示9000RPM，我是采用另外一套转速检测装置校验出来的！MM440一直在“欺骗”着使用者呢！与之比较，ACS-800的DTC控制在全转速范围内的控制精度始终可以保持在0.2%以内。在15000RPM时，实际转速与设定转速仅差2转！也是采用另外一套转速检测装置校验的。
那么这两个品牌的性能比较，比的是什么呢？比的就是SLVC和无转速传感器的DTC两种控制方式的特性。不过，这回领略的是DTC控制的高精度转速调节性能的爽！SLVC的差距就太大了。（注：DTC控制叫直接转矩控制；SLVC控制叫无转速传感器反馈的矢量控制）
应用内容的比较1：采用国产的定制调频电机。MM440采用SLVC方式控制一台3KW电机，同步转速3000RPM，最高转速9000RPM，（注：MM440的SLVC方式所能控制的最高极限转速是12000RPM.）ACS-800采用DTC方式控制一台3KW电机，同步转速5300RPM，最高转速15000RPM。（注：ACS-800的DTC方式，所能控制的最高极限转速是18000RPM）由此结论，MM440的SLVC的极限频率是200Hz，而ACS-800的DTC的极限频率是300Hz。这就是两种控制方式的调速范围的差距。
变频器的应用]交流传动中矢量控制技术（SLVC/VC）Байду номын сангаас直接转矩控制技术（DTC）的比较
矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)区别
摘要：本文对目前交流电机变频调速控制系统流行的矢量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及无速度传感器控制进行了比较与探讨。
关键词：矢量控制，直接转矩控制，转矩响应，稳态特性，无速度传感器控制1．前言转载于自1971年德国西门子公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机矢量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机矢量控制得到了广泛地应用。
经过30年的产品开发和工程实践，矢量控制原理日趋完善，大大小小的交流电机变频调速控制系统大多采用矢量控制，使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。
1985年德国鲁尔大学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换矢量控制的另外一种交流电机调速控制原理——直接转矩控制（以下简称DTC），鲁尔大学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术，引起了学术界极大的兴趣和关注。
DTC原理具有不同于VC 的鲜明特点：·不需要旋转坐标变换，有静止坐标系上控制转矩和磁链·采用砰-砰控制·DTC与脉宽调制PWM技术并用·转矩响应快·应用于GTO电压型变频器的机车牵引传动DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮，国内不少高校对DTC技术及系统进行深入研究，不少文章提出一些有益的改进方法，对DTC理论与实践作出贡献。
但应该指出，DTC 引入中国的初期，人们的视角多集中在DTC的不用旋转变换和砰-砰控制上。
随着计算机技术的飞速发展，VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题，而由于DTC技术应用实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动，使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实用的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进行深入研究。
1995年瑞士ABB公司第一次将DTC技术应用到通用变频器上，推出采用DTC技术的IGBT 脉宽调制变频器ACS600，随后又将DTC技术应用于IGCT三电平高压变频器ACS1000，近期推出的用于大型轧钢，船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采用了DTC直接转矩控制技术。
矢量控制与直接转矩控制的区别
矢量控制与直接转矩控制技术矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度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（同步电机是指转子定子同时通电，异步机就是电机的转子转动速度与定子所产生的旋转磁场的旋转速度不一样,有转差值，顾名思义,同步机则不存在转差）等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行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，对通用变频器的输出频率f进行控制的。
基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。
早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。
实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。
它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照转矩计算公式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较首先，我们来看看FOC方案。
FOC方案是基于电机矢量控制理论而发展起来的一种控制方法，在控制异步电动机时，可以通过精确测量和控制转子磁链矢量的方向和大小，来实现精确控制电机的转矩和转速。
其核心思想是将电动机的三相定子电流进行矢量拆分，分为一个磁场矢量和一个转矩矢量，从而实现转子磁链方向和大小的控制。
FOC方案的优点是控制精度高，响应速度快。
由于可以实时测量和控制电机的磁链矢量，FOC方案可以精确控制电机的转矩和转速。
此外，由于转子磁链矢量可以根据需要即时调整，FOC方案可以快速响应转矩和速度的变化，从而适用于需要快速响应和精确控制的应用。
然而，FOC方案也存在一些缺点。
首先，FOC方案的实现较为复杂，需要进行电流和电压的矢量控制，以及相应的转子定位和速度估算算法。
这些复杂的控制算法在实践中需要较高的计算能力和较多的计算资源，因此实现起来较为困难。
其次，FOC方案对于电机参数和系统模型的准确性要求较高。
由于FOC方案需要测量和控制转子磁链矢量，因此对电机参数和系统模型的准确性要求较高，如果参数不准确，将导致控制性能下降。
接下来，我们来看看DTC方案。
DTC方案是一种基于直接转矩控制原理的控制方法，其核心思想是通过采用转矩和磁链两个控制变量直接控制电机的转矩和速度。
DTC方案通过测量和计算磁链和转矩的误差，根据预定的控制规则直接调节电机的电压和频率，以实现对电机转矩和速度的控制。
DTC方案的优点是实现简单，控制快速。
DTC方案不需要进行电流和电压的矢量控制，只需要测量和控制磁链和转矩的误差，因此实现起来相对简单。
此外，DTC方案由于直接控制电机的电压和频率，可以快速响应转矩和速度的变化，适用于需要快速相应和简单控制的应用。
然而，DTC方案也存在一些缺点。
首先，DTC方案的动态性能较差。
由于DTC方案是基于磁链和转矩误差进行控制的，其控制性能受到不可避免的误差和延迟的影响，因此其动态性能较差，不能达到FOC方案的精确度和响应速度。
矢量控制与直接转矩控制的比较
矢量控制与直接转矩控制的比较矢量控制与直接转矩控制的比较矢量控制是交流电机最为完美的控制方案；直接转矩控制是一种粗况的控制方案。
1971年，F Blaschke比较系统地提出了矢量控制理论。
矢量控制是通过坐标变换和矢量旋转，将交流电机完全等效为直流电机，然后应用成熟的直流电机控制方案，控制交流电机。
因此从控制方案上讲，应用矢量控制的交流调速系统和直流调速系统具有同样的控制性能。
又由于交流电机没有换向器，而且转子结构的特殊性，使得交流调速系统的最终控制性能要优于直流调速系统。
矢量控制系统的原理框图如下，矢量控制理论的提出，被认为是交流电机控制理论发展过程中的里程碑。
同其他理论一样，矢量控制理论从提出到在实践中获得成功应用，也经历了坎坷的过程。
1．在当时的情况下，矢量控制的计算量相对较大，各个子单元的计算速度能否满足控制系统整体要求，2．磁场定向的准确性，受电机参数时变的影响较大。
因此，在应用的初期，实际效果差强人意。
人们在理论的先进性，和实际的应用效果之间做了一定的取舍。
在此背景下，于1977年，A.B.P iunkett在IEEE 杂志上首先提出了直接转矩的控制思想，1985年，由德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次取得了实际应用。
直接转矩控制德语称之为Direkte Selb-Stragelung, 英语称之为Direct Self-Control。
由于它控制的是转矩，因此后来也经常称之为Direct Torque Control。
直接转矩控制的思想源于矢量控制，其原理框图如下，P214 图6-62由于直接转矩控制是在两相静止坐标系内，省去了矢量控制中的旋转变换，因而使计算量减少，从而提高了系统整体的运行速度。
这在90年代初，鉴于当时的集成芯片的水平，这样的减少还是很有必要的。
另外，由于直接转矩控制采用定子磁场控制，避免了转子电阻时变的影响，因此在一定程度上减弱了电机参数时变对系统的影响。
交流异步电机变频调速系统矢量控制与直接转矩控制算法比较
３ 直接 转 矩 控 制
直接转矩 控制 是 １ ９ ８ ５年 由德 国鲁 尔 大 学 Ｍ． Ｄ ｅ ．
由于矢量变换控制将一台三相感应电机等效为一台直 流 电机来 控 制 ， 因而获 得 了与直 流 电机调 速 系统 同样 优 良的静态 、 动态性能 ， 开创了交流调速与直流调速竞 争 的时代 。 虽 然矢 量变换 控制 在磁 场定 向坐标 系统 中实现 了
ｐ ｅ ｎ ｂ ｒ ｏ ｃ ｋ教授 首先 提 出的转矩 直接 自控 制 （ Ｄ ｉ ｒ ｅ ｋ ｔ ｅ Ｓ ｅ ｌ ｂ ｓ ｔ Ｒ ｅ ｇ ｅ ｌ ｕ ｎ ｇ ） 思想 ， 随后 日本 学 者 Ｉ ． Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ａ ｓ ｈ ｉ 等也 提 出了类似 的控制 思想 。直接 自控 制 的基 本思想 是根 据交流电机转矩的需要 ， 直接选择合适的定子电压空 间矢量 ， 实现 交流 电机 电磁 转 矩 的快 速 响 应 。基 于这
（ Ｂ ｏ ｈ ａ ｉ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｌ ｉ ａ ｏ ｈ ｅ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ， Ｐ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ １ ２ ４ ０ １ ０ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
《 电气开关》 （ ２ ０ １ ３ ． Ｎ ｏ ． ４）
永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的对比研究
永磁同步电机矢量控制和直接转矩控制的对比研究郭力源，李美芳（山西大学，山西太原030013）第1期（总第244期）2024年2月山西电力SHANXIELECTRICPOWERNo.1（Ser.244）Feb.2024摘要：随着永磁材料的发现和现代电机控制技术的不断发展，三相永磁同步电机的控制方式逐渐演变为矢量控制和直接转矩控制两大流派，并各有千秋。
矢量控制和直接转矩控制虽然在控制系统组成、控制过程、形式以及效果等方面存在差异，但是2种控制方式拥有相同的理论基础，控制本质是一致的。
通过Matlab/Simulink 软件仿真和转矩公式分析进行了验证。
关键词：矢量控制；直接转矩控制；永磁同步电机中图分类号：TM341文献标志码：A文章编号：1671-0320（2024）01-0037-040引言目前，对三相永磁同步电机的控制应用有三大策略，分别为调压调频VVVF （variable voltage andvariable frequency ）控制、矢量控制FOC （field orient⁃ed control ）和直接转矩控制DTC （direct torque con⁃trol ）。
其中，VVVF 控制是早期对电机控制的一种策略，但是其控制系统中没有反馈的存在，所以这种控制策略不能实现对电机的精准调速，一般适用于定量控制和恒压恒频控制。
FOC [1-7]控制是20世纪70年代由西门子公司提出的，其关键是将电机的定子电流转换到以转子磁链定向的旋转坐标系下，然后对电机定子电流进行解耦，定子电流被分为与磁链同方向的励磁电流和与磁链正交方向的转矩电流。
控制励磁电流不变，通过改变转矩电流即可达到对电机的调速。
这一控制类似于直流电机，维持直流电机的励磁电流不变，改变电机的电枢电流可以达到调速效果。
矢量控制系统中一般会包含转速环和电流环的“双闭环”，使得对电机的调速更加精准。
但是，在矢量控制中对定子电流进行坐标变换及解耦的过程运算量极大。
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矢量控制与直接转矩控制的比较
矢量控制是交流电机最为完美的控制方案；直接转矩控制是一种粗况的控制方案。
1971年，F Blaschke比较系统地提出了矢量控制理论。
矢量控制是通过坐标变换和矢量旋转，将交流电机完全等效为直流电机，然后应用成熟的直流电机控制方案，控制交流电机。
因此从控制方案上讲，应用矢量控制的交流调速系统和直流调速系统具有同样的控制性能。
又由于交流电机没有换向器，而且转子结构的特殊性，使得交流调速系统的最终控制性能要优于直流调速系统。
矢量控制系统的原理框图如下，
矢量控制理论的提出，被认为是交流电机控制理论发展过程中的里程碑。
同其他理论一样，矢量控制理论从提出到在实践中获得成功应用，也经历了坎坷的过程。
1．在当时的情况下，矢量控制的计算量相对较大，各个子单元的计算速度能否满足控制系统整体要求，
2．磁场定向的准确性，受电机参数时变的影响较大。
因此，在应用的初期，实际效果差强人意。
人们在理论的先进性，和实际的应用效果之间做了一定的取舍。
在此背景下，于1977年，A.B.P iunkett在IEEE 杂志上首先提出了直接转矩的控制思想，1985年，由德国鲁尔大学的Depenbrock教授首次取得了实际应用。
直接转矩控制德语称之为Direkte Selb-Stragelung, 英语称之为Direct Self-Control。
由于它控制的是转矩，因此后来也经常称之为Direct Torque Control。
直接转矩控制的思想源于矢量控制，其原理框图如下，
P214 图6-62
由于直接转矩控制是在两相静止坐标系内，省去了矢量控制中的旋转变换，因而使计算量减少，从而提高了系统整体的运行速度。
这在90年代初，鉴于当时的集成芯片的水平，这样的减少还是很有必要的。
另外，由于直接转矩控制采用定子磁场控制，避免了转子电阻时变的影响，因此在一定程度上减弱了电机参数时变对系统的影响。
直接转矩控制在克服了矢量控制弊端的同时，这种粗况式控制方式也暴露出固有的缺陷。
1．控制器采用Bang-Bang控制，实际转矩必然在上下限内脉动；
2．调速范围受限。
低速时，转矩脉动会增加，而且定子磁链观测值会不准。
另外，电机参数的时变对直接转矩控制也有影响。
直接转矩控制控制器采用Bang-Bang控制，实际转矩必然有脉动，所以转矩脉动是直接转矩控制的一项重要指标。
而矢量控制控制器是连续控制，理论上转矩没有脉动，所以通常也就没有转矩脉动这一指标。
随着计算机集成芯片的发展，计算速度和计算量现在已经不在是问题。
参数辨识、自适应理论和人工神经网络等先进的控制理论应用到矢量控制系统当中，较好地解决了电机参数变化的影响。
不同的大的传动公司有各自不同的方法。
MTIG。