异步电动机直接转矩控制的开关损耗最小化

可在www.sciencedirect.com上在线ScienceDirect电气系统与信息技术学报4（2017）225异步电动机直接转矩控制的开关损耗最小化作者：Suraj Karpe， Sanjay A.Arati M. DeokarDixit技术部，SPPU，印度接收日期：2015年6月15日;接收日期：2016年7月10日;接受日期：2016年8月15日2016年11月10日在线发布摘要直接转矩控制正逐渐成为感应电机转矩控制的工业标准提出了一种改进的异步电动机直接转矩控制（DTC）开关损耗最小化技术。电压型逆变器供电的异步电动机直接转矩控制（DTC）是一种计算时间不长、无需速度传感器、对参数变化不敏感的简单方案原则上，电机端电压和电流用于估计电机磁通和转矩。基于转矩和定子磁链幅值的瞬时误差以及磁链位置的估计在传统的DTC中，所选择的电压矢量适用于整个开关周期，而与转矩误差的大小无关。直接转矩控制驱动器提供可变的开关频率和高转矩脉动。直接转矩控制产生转矩和磁链波动，因为任何VSI状态都不能从开关表中产生使转矩电磁误差和定子磁链误差均为零所需的精确电压矢量。为了最大限度地减少这个问题，转矩滞环与变幅模糊逻辑控制器的建议。采用模糊控制器减小了磁链和转矩脉动，提高了直接转矩控制的性能，特别是在低速时。提出了一种基于直接转矩控制的逆变器供电感应电机占空比控制方案。占空比控制的使用提供了改善的稳态转矩响应，与传统的直接转矩控制相比，具有更小的模糊逻辑控制（FLC）用于实现占空比控制器。本文成功地计算了直接转矩控制和模糊直接转矩控制的电磁转矩、转子转速和定子电流的在具有占空比的FLC的帮助下，与DTC相比，转矩、速度和定子电流中的8% THD最小化（Uddin和Hafeez，2012）。本文提出了通过THD最小化实现开关损耗最小化的技术开关损耗被最小化，因为晶体管仅在需要将转矩和磁通保持在其滞后范围内时被切换，从而提高效率降低损耗。通过MATLAB SIMULINK仿真和实验验证了模糊控制器的直接转矩© 2016 电 子 研 究 所 （ ERI ） 。 Elsevier B. V. 制 作 和 托 管 这 是 CC BY-NC-ND 许 可 证 下 的 开 放 获 取 文 章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。关键词：直接转矩控制;感应电动机;模糊逻辑;转矩脉动最小化;模糊逻辑控制器*通讯作者。电子邮件地址：surajkarpe42@gmail.com，karpe suraj@yahoo.in（S。Karpe）。电子研究所（ERI）负责同行评审。http://dx.doi.org/10.1016/j.jesit.2016.08.0072314-7172/© 2016电子研究所（ERI）。制作和主办：Elsevier B.V.这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。226S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）2251. 介绍本机可采用变频、正弦电压、变速驱动。在电力电子中，逆变器通过开关提供这样的电压。逆变器可能会产生大量的电压电流谐波。这些谐波在电机绕组磁芯中造成额外的功率损耗，从而降低电机的寿命。畸变的电流波形也会引起转矩脉动，并可能损坏轴、联轴器等机械部件。通过提高开关频率，电机电流转矩的总谐波失真（THD）降低。逆变器中的开关损耗给出了驱动器中的功率损耗量在Takahashi和Nouguchi（1986）中，开关损耗最小化降低&了驱动器的制造维护成本。直接转矩控制（DTC）是近十年来感应电动机交流调速领域的研究热点。 这种控制策略首先由Takahashi在1986年引入（Takahashi和Nouguchi，1986），同时，在1988年以直接自我控制的名义开发了Tang等人，2003年）。然而，只有一家主要制造商在1995年推出了基于DTC的工业应用（Lai和Lin，2003）。直接转矩控制的主要优点是实现了高性能（解耦控制定子磁链和转矩、快速转矩响应和鲁棒性）以及方案的简单性（不需要坐标变换、调制模块和电流调节模块）。传统上，交流驱动器中使用的标准电压源逆变器（VSI）由每个桥臂的两个开关组成，其中负载可以连接到直流链路的上层或下层线路。这被称为两级VSI。然而，快速半导体在可处理的最大电压方面具有限制。串联连接对于高功率和高电压应用是必要的，因此需要电压平衡。此外，产生非常高的dV/dt，导致严重的电磁干扰（EMI）和高绕组绝缘应力。多电平逆变器是一种新兴技术，可以克服与标准低成本两电平VSI相关的限制（Lai和Lin，2003）。在过去的十年中，直接转矩控制成为感应电机矢量控制的可能替代方案之一。它的主要特点是性能优良，计算结果与经典方法相比精度更高，但控制图简单，具有许多优点。直接转矩控制（DTC）的特点，顾名思义，直接控制磁链和转矩意味着间接控制定子电压和电流。与传统的矢量控制相比，直接转矩控制具有一些优点，如定子电流和定子磁链近似为正弦，即使在堵转和静止时也具有高的动态性能，不需要坐标变换，不需要机械传感器、电流调节器、PWM脉冲产生、磁链和转矩的PI控制以及坐标变换，控制方案非常简单，计算时间短，降低了参数敏感性，具有优良的动态性能。传统的直接转矩控制也有一些缺陷，在启动和低速运行，可变的开关频率，这些都是我们想要通过使用模糊逻辑控制器来消除的缺点在下文中，我们将描述模糊逻辑在DTC控制中的应用（Kang和Sul，1999;Rumzi等人，2004;Abdalla，2005）。本文设计了两种不同的控制方法第一种是基于传统的DTC方案适用于一个两电平逆变器。第二种是基于模糊逻辑的控制器，用来取代传统的直接转矩控制中所使用的表格来进行逆变器的状态选择。直接转矩控制（DTC）是由Takahashi（Kang和Sul，1999）和Tang brock（Tang等人，2003年）。图1示出了感应电动机的DTC。在直接转矩控制中，通过选择最佳逆变器开关状态，可以直接控制定子磁链和电磁转矩。开关状态用于调节磁链和转矩误差在其各自的磁滞带内，并在每个时刻获得最快的转矩响应和最高直接转矩控制比磁场定向控制更直接，并且对电机模型的依赖性更小，因为定子电阻值是用于估计定子磁通的唯一机器参数。高转矩脉动是Kang等人（2005）提出的DTC的缺点之一。在稳定状态下的恒定负载下，主动开关状态使转矩继续增加超过其参考值，直到开关周期结束;然后在下一个开关周期施加零电压矢量，使转矩继续降低到其参考值以下，直到开关周期结束。降低转矩脉动的一种可能的解决方案是使用高开关频率;然而，这需要昂贵的处理器和开关器件。一个较便宜的解决方案是使用模糊逻辑占空比控制器。在具有占空比控制的DTC中，所选择的电压矢量被施加于开关周期的一部分，而不是如在传统DTC中的整个开关周期。S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225227通过仅在开关周期的一部分中施加非零电压矢量，并且在零电压矢量的剩余周期中有效开关频率加倍因此，对于任何单个切换周期，平均值以下和平均值以上之间的转矩变化此外，由于控制占空比，所以直接调节平均定子电压不需要通过使用具有非零电压矢量的多个开关周期或具有零电压矢量的整个开关周期来进行航向校正平均相电压调节更平滑，并且整体转矩脉动减小。本文成功地进行了THD在具有占空比的FLC的帮助下，与DTC相比，转矩、速度和定子电流中的8% THD最小化（Uddin和Hafeez，2012）。听听通过THD最小化实现的开关损耗最小化技术。开关损耗被最小化，因为晶体管仅在需要将转矩和磁通保持在其滞后范围内时被切换，从而提高效率降低损耗。Hazzab等人提出了使用占空比模糊控制器。（2007年）。本文的主题是通过仿真和实验来验证与占空比模糊控制器的直接转矩控制相比，传统的直接转矩控制减少转矩脉动。2. DTC原理图DTC方案如图所示。 1时，将信号传输到两个磁滞比较器。相应的数字化输出变量：磁通量的变化ΔT、机械转矩Δ T和定子磁通位置扇区S N创建数字字，其从开关表1中选择合适的电压矢量。该选择产生脉冲Sa、Sb、Sc以控制逆变器中的功率开关根据转矩控制器的输出采用三电平转矩控制器和两电平磁链滞环控制器，并从图1所示的开关表中选择适合两个逆变器的电压矢量的扇区信息。 2（Lee，1990）。 图 2显示电压Fig. 1. DTC方案框图。表1经典DTC切换表。磁通转矩扇区SΔ ΔτS 1S 2S 3S 4S 5S61 1 V2 V3 V4 V5 V6 V11 0 V7 V0 V7 V0 V7 V01 −1 V6 V1 V2 V3 V4 V5−1 1 V3 V4 V5 V6 V1 V2−1 0 V0 V7 V0 V7 V0 V7−1 −1 V5 V6 V1 V2 V3 V4228S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225图二.八个可能的电压空间矢量。图三.定子磁通矢量。当定子磁链矢量位于图3所示的扇区I时，这些矢量通常参与DTC方案。在每个循环周期的电压矢量的选择是用来保持转矩和定子磁通的限制内要实现快速的转矩响应，但是稳态性能给出了电流、通量和转矩中的不期望的纹波，这主要是由于在电压选择算法中缺少关于转矩和转子速度值的信息（Toufellow等人，2006;Halleh等人， 2008年）。S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）2252292DTVsd−R sI sd3. 直接转矩控制3.1. 电压的Concordia变换通过使用该变换，从所测量的电压U0获得两个电压Vsd和Vsq。V=.2个单位。S-1（S） +S）中国（1）sd30a2b c1Vsq=<$2U0（Sb−Sc）（2）其中，U0代表直流环节逆变器电压，Vsd和Vsq是定子电压矢量的实部和虚部。3.2. 电流的Concordia变换该变换用于从定子电流的Isa、Isb和Isc获得电流I sd和I sq我sd =.3I1（三）Isq=Isb−Isc（4）其中Isd和Isq分别是定子电流的直流分量和正交分量3.3. 磁通和转矩估计直接转矩控制指令基于磁链和转矩的估计 为了实现这些估计，我们使用了Orost等人给出的Concordia变换的结果。（2007年）。因为定子电压定义为：Vs= Rs ∗Is +。中文（简体）其中Vs和Is分别是定子电压和定子电流，Rs分别是定子电阻。阿勒特0（六）、Φsq=不客气。0Vsq−RsIsqDT（7）其中，Φsd和Φsq分别是定子磁链的d轴和q轴分量现在估计的扭矩计算为，τe=p<$Φsd Isq−Φsq Isd<$（8）4. DTC控制器Φsd=DTsa230S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225电压源逆变器的状态用于施加所需的定子磁通。定子电压通过忽略欧姆降直接影响定子磁通，其公式如下：ddts=u's（九）S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225231DT见图4。带占空比模糊控制器的直接转矩控制框图。或Δs=u<$sΔt（10）式中，d′s表示施加逆变器Vs引起的定子磁通变化。利用定子磁链空间矢量的径向和切向分量分别实现定子磁链模和转矩的解耦控制这两个分量与相应电压空间矢量在相同方向上的分量成正比滞后带必须设置得足够大，以将逆变器开关频率限制在通常由功率器件的热限制确定的特定水平由于迟滞带的设置是为了应对最坏轨迹的情况下，系统的性能不可避免地在一定的操作范围内，特别是在低速区域下降在转矩滞后控制器中，从下限移动到上限以及从上限移动到下限的经过时间可以根据操作条件而改变（Tang等人，2003; Lai和Lin，2003;Rumzi等人， 2004年）。5. 模糊逻辑控制器模糊逻辑控制器由四个主要模块组成：知识库，模糊化，推理机制，和去模糊化。知识库由数据库和规则库组成该数据库包含输入和输出隶属函数。规则库是由一组语言规则的模糊输入变量所需的模糊控制行动。模糊化转换清晰的输入信号，定子磁链位置和转矩误差和f（wm，T）。模糊逻辑控制器的输出是占空比（δ）（Lee，1990;Lai和Lin，2003;Orost等人， 2007年）。5.1. 占空比控制在传统的直接转矩控制中，电压矢量在整个开关周期内施加，这导致定子电流和电磁转矩在整个开关周期内增加。对于小的误差，电磁转矩在切换期间早期超过其参考值，并且继续增加，从而引起高转矩脉动。接着是开关周期，在该开关周期中应用零开关矢量，以便将电磁转矩减小到其参考值。转矩和磁通中的纹波可以通过施加所选择的逆变器矢量来减少，而不是像在传统的DTC感应电机驱动器中那样在整个开关周期内施加，而是仅在开关周期的选择必须施加非零电压矢量的时间，以仅将电磁转矩增加到其参考值，并且零电压矢量被施加到逆变器中的半导体开关的数量增加的其余部分。在零电压矢量的应用过程中，机器没有吸收任何功率，因此电磁通量几乎是恒定的;它只略有下降图4示出了具有占空比模糊逻辑控制器的DTC感应电动机驱动器在应用每个开关矢量期间，电机的平均输入直流电压为δVdc。通过在0和1之间改变占空比，可以在每个开关周期期间向电机施加平均值在0和Vdc因此，转矩脉动232S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225图五.模糊逻辑占空比估计器。表2DTC和DTC模糊逻辑控制器中的%THD计算类型扭矩（%THD）转速（%THD）定子电流R-ph（%THD）定子电流Y-ph（%THD）定子电流B-ph（%THD）DTC62.28%88.47%86.52%62.39%60.82%模糊直接转矩控制55.07%75.70%79.86%45.79%51.55%与在整个开关周期内施加全DC链路电压相比 这增加了电压矢量的选择，而不会增加逆变器中半导体开关的数量（图10）。 5）。每个开关周期的占空比是电磁转矩误差、定子磁链误差和定子磁链空间矢量的位置的非线性函数。因此，很难对这种非线性函数进行建模。然而，通过使用基于模糊逻辑的DTC系统，可以执行基于模糊逻辑的占空比控制，其中在每个开关周期期间确定占空比在这样的模糊逻辑系统中，有三个输入，定子磁链位置和转矩误差和f（wm，T）。 模糊逻辑控制器的输出是占空比（δ）（Aimer等人， 2009年）。根据转矩误差的大小和定子磁链的位置，通过在每个开关周期内改变所选电压矢量的占空比，实现了更好的驱动性能。本文提出了一种直接转矩控制方法的占空比控制方案。占空比控制的使用提供了改善的稳态转矩响应，与传统的直接转矩控制相比，具有更小的转矩脉动。模糊逻辑控制用于实现占空比控制器。在具有占空比的FLC的帮助下，转矩、转速和定子电流中的8%THD最小化，如表2所示。有许多类型的模糊逻辑控制器用于此特定应用。对模糊控制器的输入和输出进行赋值。 三角形隶属函数如图所示。 六、使用仿真调整转矩误差和占空比的论述范围，以获得最佳的转矩脉动减小。模糊规则的重点是减少转矩脉动。通常，占空比与转矩误差成比例，因为转矩变化率与施加的电压矢量和定子磁通之间的角度成比例，所以占空比也占空比被选择成与转矩误差的大小成比例，因此如果转矩误差是小的、中等的或大的，则占空比分别是小的、中等的或大的。5.2. 开关损耗半导体中的损耗可以分为两部分，即开关损耗（当器件接通或关断时产生）和传导损耗（由于欧姆电阻）。这些损耗取决于所施加的电压、换向电流和半导体特性。观察到在VSI逆变器中，每个半导体看到的电压总是总DC链路电压的一半，这导致理想的开关导通（能量）损耗1Eon=eon2Vdc iph（11）其中eon是系数，Iph是相电流。对于理想的开关，关断损耗，对应的方程的结果与系数e关闭。通常，eoff比eon大一个数量级。对于二极管，接通损耗实际上为零。然而，作为反向恢复损耗的关断损耗在电压中是线性的，但是S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225233NZPS0s25641S78642隶属度1 10.8 0.80.6 0.60.4 0.40.2 0.20-0.02-0.015-0.010.005 0.005 0.01 0.0150.02慈廉（一）0-3 21（b）第（1）款0Theta1 2 3100.00.00.00.电话：+86-21 - 55111111传真：+86-21 - 5511111砖咀00 1 2 3 4 5 6 7output1(c)（d）其他事项见图6。(a)定子磁链位置的隶属函数。(b)转矩误差的隶属函数。(c)f（wm，T）的隶属函数。(d)占空比（δ）的隶属函数。整流相电流的非线性。与开关损耗类似，传导损耗也取决于所施加的电压和相电流。尽管中性点波动，DC链路电压是恒定的相电流是电流纹波和基波分量之和，而基波分量又仅取决于由转矩和速度给定的工作点，而不取决于开关模式。由于纹波与基波电流相比很小（对于3电平逆变器，通常在10%的范围内），因此可以认为导通损耗与开关模式无关。6. 仿真结果对四极感应电机的常规直接转矩控制和模糊直接转矩控制进行了仿真比较.已使用15 Nm和0.9 Wb的恒定扭矩和通量命令。感应电动机的参数如下所示。感应电动机的额定功率为5 HP，440 V，50 Hz，1440 RPM星形连接感应电动机。对于所有模拟，将使用电机特性，如下所示：定子电阻（欧姆）= 1.405转子电阻（欧姆）= 1.395定子自感（H）= 0.005839转子自感（H）=0.005839互感（H）= 0.2037极数= 4惯性矩（kg m2）= 0.02负载扭矩（Nm）= 15采样时间= 1 s第六第七第八第九第十第十一第十第一第二第三第四第五NL1NS泽PSPL.8.6.4.20隶属度隶属度隶属度234S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225图7.第一次会议。（a）异步电动机直接转矩控制的MATLAB，SIMULINK模型（b）异步电动机直接转矩模糊控制的MATLAB，SIMULINK模型S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225235直接转矩控制器的磁链扇区的确定和开关矢量的选择，利用MATLAB代码文件进行了仿真。在MATLAB模糊逻辑控制器中采用了占空比模糊控制器的实现.模拟中使用的Mamdani型模糊推理机。使用仿真调整隶属函数和模糊规则，直到实现最佳的转矩脉动减小 传统感应电动机直接转矩控制的SIMULINK模型和采用模糊逻辑控制器的模型如图所示。 7（a）和（b）。 图图8（a）和（c）分别示出了对于15 Nm的阶跃转矩命令，使用传统DTC和具有占空比模糊控制的DTC的电动机的转矩响应，其中驱动输出以1 kHz的速率更新。在两个控制器中，扭矩在不到20 ms的时间内达到其稳态值在DTT和DTC中的转矩特性与模糊如图12（a）和（c）所示。图12（b）和（d）示出了具有DTC和具有模糊逻辑控制器的DTC的感应电动机的转子速度。图图8（c）当使用占空比模糊控制时，定子电流纹波减小 同时，在案例研究中，直接转矩控制与模糊逻辑控制器减少了转矩和磁链的波动，它提高了性能直接转矩控制，特别是在图中所示的低速。 7与Uddin and Hafeez（2012）相比。未来的发展方向是将预测转矩控制方法应用于多电平逆变器，以提高系统的性能。如果应用多电平逆变器，我们可以想象PCC算法将大大减少计算时间。7. 为例所提出的方案显示出更好的响应相比，传统的速度，转矩和定子电流在瞬态条件下的纹波 图图12（a）和（c）给出了两种DTC方案的相应转矩响应。 可以比较的是，在稳态下，传统方案中的转矩脉动约为6Nm，而在所提出的方案中，转矩脉动仅为4 Nm，这证明了所提出的DTC方案与Uddin和Hafeez（2012）相比优于传 统方案。 与Uddin和Hafeez （2012 ）相比 ，本文使用MATLAB 2013成功计 算了总谐波失 真（THD）。 模糊逻辑控制用于实现占空比控制器。 在DTC SIMULINK模型中电磁转矩的THD计算如图所示。图10（a）和图11（a）中示出了在DTC中具有模糊的电磁转矩的THD计算，并且在DTC和具有模糊的DTC中定子电流I R、I Y、I B的THD计算在图11（a）中示出。10（与Uddin和Hafeez（2012）相比，在具有占空比的FLC的帮助下，与表2所示的DTC相比，转矩、速度和定子电流中的8% THD最小化。8. 实验装置和结果具有占空比模糊控制的DTC已经使用由六步电压逆变器和控制并产生用于逆变器栅极驱动电路的开关命令的TMS320F240数字信号处理器（DSP）组成的设置来实现（图1和图2）。（第13和14段）。以一台定子电阻为1.405 ▲的4极5马力感应电机为例，采用常规DTC控制和DTC占空比模糊控制，开关频率设定为5kHz。控制器每隔200 µs读取电机电流，并决定定子电压矢量和占空比。使用15 Nm和0.9 Wb的转矩和磁通指令，DC总线电压设置为440 V。由于DTC控制器中不包括速度控制回路，因此电机速度快速增加。为了提供一个共同的参考，以比较传统的DTC和DTC与占空比模糊控制的性能，电机加载要么施加制动压力对电机轴或锁定转子，同时测量电机转矩和端子电压和电流。在这两种加载方式下，使用占空比控制器时，转矩脉动都得到了减小图15（a）和（b）分别示出了使用传统DTC和具有占空比模糊控制的DTC的电磁转矩响应。通过使用DSP板上的12位数模转换器（D/A）将扭矩计算值转换为0-5 V D/A转换器范围内的等效模拟信号，通过对电机轴施加制动压力来加载电机与Uddin和Hafeez（2012）的文章相比，传统DTC的转矩脉动为0.7 Nm，而占空比模糊控制的DTC的脉动减小到0.4 Nm。实验结果与仿真结果基本一致。236S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225<定子电流is_a（A）>(a)）8070605040302010时间序列图：电磁转矩Te（N*m）>00 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间（秒）（b）第（1）款16001400120010008006004002000时间序列图：电话：+86-0511 - 8888888传真：+86-0511 - 8888888时间（秒）（c）60时间序列图：定子电流is_a（A）>40200-20-40（d）其他事项电话：+86-021 - 88888888传真：+86-021 - 88888888时间（秒）60时间序列图：定子电流is_a（A）> 40200-20（五）-40-60080600.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间（秒）时间序列图：定子电流is_b（A）>40200-20-4000.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间（秒）见图8。 DTC的转矩、转速、Ir、Iy、Ib特性(a) DTC中的电磁转矩。(b)故障诊断码中的转子转速。(c)IR在DTC中。(d)IY在DTC中。(e)IB在DTC中。<定子电流为_b（A）><电磁转矩Te（N*m）>数据<定子电流is_a（A）>S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225237<电磁转矩Te（N*m）><定子电流is_a（A）>(a)8070605040302010时间序列图：电磁转矩Te（N*m）>0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1时间（秒）(b)(c)（c）第（1）款16001400120010008006004002000-2006040时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9时间（秒）时间序列图：定子电流is_a（A）>200-20-40电话：+86-0511 -8888888传真：+86-0511 - 8888888时间（秒）（d）6040时间序列图：定子电流is_a（A）>200-20-40电话：+86-0511 - 8888888传真：+86-0511 - 8888888时间（秒）（五）6050403020100-10-20-30-40时间序列图：定子电流is_b（A）>0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1时间（秒）见图9。 转矩、转速、Ir、Iy、Ib特性的模糊直接转矩控制。(a)直接转矩控制中的电磁转矩模糊（b）故障诊断码中的转子速度（c）具有模糊的DTC中的IR（d）具有模糊的DTC中的IY（e）IB在DTC中具有模糊性。转速模糊<定子电流为_b（A）><定子电流is_a（A）>238S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225（一）（b）第（1）款20018016014012010080604020002.5时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.50.6时间（秒）时间序列图：0.721.510.500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间（秒）（c）第（1）款 0.8 个单位0.70.60.50.40.30.2（d）其他事项（五）0.1000.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.80.71000 2000 3000 4000 5000 6000时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7时间（秒）时间序列图：0.60.50.40.30.20.100见图10。 转矩、转速中的THD，DTC中的Ir、Iy、Ib0.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6时间（秒）0.7(a) DTC中转速THD。(b)故障诊断码中的扭矩THD。(c)DTC中的IR中的THD。(d)THD in IY in DTC。(e)DTC中IBTHDstatorcurrentRTHD_定子电流BTHD_电磁转矩THD定子电流转子转速S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225239（一）100908070605040302010时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1时间（秒）(b)1412时间序列图：1086420.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1时间（秒）(c)0.80.7时间序列图：0.60.50.40.30.2(d)(e)0.10010.90.80.70.60.50.40.30.20.1000.80.70.60.50.40.30.20.1000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9时间（秒）时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9时间（秒）时间序列图：0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9时间（秒）见图11。 转矩、转速、Ir、Iy、Ib中的THD在DTC中具有模糊性。(a) 带模糊的直接转矩控制中的速度THD（b）模糊直接转矩控制中的转矩总谐波失真（c）IR DTC中的THD具有模糊性。（d）在具有模糊的DTC中IY中的THD（e）DTC IB中的THD具有模糊性。THD_电磁转矩_模糊THD_定子电流A_模糊THD_定子电流_B_模糊THD_定子电流_C_模糊THD_速度_模糊240S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225(a)（b）第（1）款（c）（d）见图12。直接转矩控制和模糊直接转矩控制中转速和转矩的实例研究。（a）DTC模型中的转矩（b）DTC模型中的速度（c）DTC模型中的转矩（d）DTC模型中的转矩图十三.实验装置框图。图15（c）和（d）分别示出了使用常规DTC和具有占空比模糊控制的DTC的定子相电流ia占空比控制减少了定子电流谐波，这反过来又减少了转矩脉动，功率损耗，并提高了驱动器的效率在模拟中得到了类似的结果 图图16示出了控制器的流程图（Gadoue等人，YoubandCraciunescu，2009）.9. 结论本文提出了一种基于模糊控制器的直接转矩控制方法。直接转矩控制（DTC）是一种优化的、简单的感应电机驱动控制原理，其中逆变器切换直接控制电机磁通和转矩。它可以在不使用速度和流量传感器的情况下实施，从而降低成本并消除定期维护的需要。它不需要任何坐标变换，这将增加计算负担。与磁场定向控制相比，直接转矩控制的另一个优点是它只依赖于定子电阻的值，因此对参数值的变化不太敏感DTC控制的测量输入值是电机电流和电压。电压可以由直流母线电压和逆变器开关位置S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225241见图14。实验装置的照片视图。而不使用传感器。电压和电流信号被输入到磁通和转矩估计器，该估计器在特定的开关周期产生定子磁通和转矩的值。电机转矩和磁通磁滞比较器将转矩和磁通的实际值与参考值进行比较。这些比较器的输出在每个开关周期更新，它们指示转矩和磁通必须如何变化。根据比较器的输出，开关逻辑直接确定最佳逆变器电压矢量。直接转矩控制方法的简单性带来了一些缺点，主要的缺点是转矩脉动大。传统直接转矩控制中转矩脉动的主要原因是所选择的电压矢量适用于整个开关周期，而与转矩误差的大小无关，从而导致较宽的转矩滞环带。根据转矩误差的大小和定子磁通的位置，通过在每个开关周期期间改变施加所选择的电压矢量的持续时间，可以实现更好的驱动性能，这将导致小的转矩滞后带，从而减少转矩脉动。提出了一种基于占空比控制的逆变器供电异步电机直接转矩控制方案。在该方法中，调整占空比以使转矩脉动最小化。观测和分析表明，合适的占空比取决于转矩误差的大小、磁链误差的符号和定子磁链的位置。由于上述变量之间的关系是非线性的，难以数学建模，模糊逻辑是一个合适的选择，用于占空比控制器的设计。从通过对常规DTC行为的观察，制定了两套模糊规则：一套当磁链幅值小于其参考值时，第二套当磁链幅值大于参考值时比参考值。每个规则集的输入是转矩误差的大小和定子磁通的位置;输出是占空比。每个输入和输出的论述域被分成三个隶属函数-小、中、大，因此在与比通量误差符号相关联的每个集合中制定了九个规则在占空比模糊控制器的构造中，使用了MATLAB模糊逻辑工具箱。利用SIMULINK仿真了模糊控制器对直接转矩控制性能的影响并与传统DTC进行比较。占空比模糊控制器能够有效地减小转矩脉动，且幅度较小。242S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225Fig.15.直接转矩控制和模糊直接转矩控制的转矩、转速、定子电流特性。(a)采用DTC的电磁转矩。(b)采用带模糊控制的直接转矩控制。(c)使用DTC的定子电流Ia。(d)定子电流Ia采用带模糊的DTC。Fig.16.控制器的流程图S. Karpe等人/Journal of Electrical Systems and Information Technology 4（2017）225243引用Abdalla，Abdelnassir，2005年。感应电机直接转矩控制中的转矩脉动最小化，硕士论文，五月。Aimer，A.F.，Bendiabdellah，A.，Miloudi，A.，Mokhtar角，2009年 模糊逻辑在直接转矩控制中的应用研究J.Electr. 系统：13-17，特刊1.Gadoue，G.M.，Giaouris，D.，芬奇，J.W.，2009. 基于人工智能的直接转矩控制感应电动机调速系统的比较研究。Elect. PowerwerSyst.Res.79（1），210-219.Halleh，Hassan，Rahman，Meisam，Kimiaghalam，Bahram，2008. 基于模糊逻辑控制器的感应电动机直接转矩控制。在：控制，自动化和系统国际会议，10月，pp。346-350Hazzab，A.，Bosserhane，I.K.，Zerbo，M.，Sicard，P.，2007年感应电机控制中PI控制器模糊增益调度的实时实现。神经过程。Lett.24，203-215.康，J. - K.，Sul，S.- K.，1999. 最小转矩脉动和恒定开关频率的感应电动机直接转矩控制新方法。IEEETrans. Ind.Appl.35（September/October（5）），1076-1082.康，J.K.，例如，2005. 感应电动机直接转矩控制转矩脉动最小化策略。Conf.Rec.IEEE-IASAnnu. Meet. 98，438-443。赖，Y.-美国，林，J. -C.的方法，2003年。新型混合模糊控制器在感应电动机直接转矩控制中的应用。IEEE Trans. 电力电子18（September（5）），1211-1219.李，C.C.，1990. 控制系统中的模糊逻辑：模糊逻辑推理机第一部分。IEEETrans. Cybern系统2（March/April（2）），404-418. 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