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第1章 绪论1

1.1 直接转矩控制技术的产生1

1.2 直接转矩控制策略的两种基本形式2

1.3 直接转矩控制的主要特点3

1.4 低转矩脉动型交流电动机直接转矩控制4

1.4.1 基于最优开关矢量表查询方式的直接转矩控制4

1.4.2 基于空间电压矢量的连续调制型直接转矩控制7

1.4.3 现代控制理论与空间电压矢量调制的结合10

1.4.4 多相电动机的直接转矩控制12

1.5 同步电动机无位置速度传感器运行及初始转子位置估计13

1.5.1 同步电动机无位置速度传感器方式运行13

1.5.2 同步电动机初始转子位置估计方法15

参考文献17

第2章 交流电动机的数学模型27

2.1 概述27

2.2 交流电动机的综合矢量概念27

2.3 交流电动机中常用的坐标系及其变换30

2.3.1 αβ0坐标系30

2.3.2 dq0坐标系31

2.4 异步电动机的数学模型33

2.4.1 异步电动机的基本电磁关系式33

2.4.2 电动机输入功率38

2.4.3 电动机的电磁转矩38

2.4.4 异步电动机的数学模型39

2.5 同步电动机的数学模型45

2.5.1 静止坐标系中的数学模型45

2.5.2 dq0坐标系同步电动机的数学模型49

参考文献52

第3章 直接转矩控制系统中常用电力电子功率变换器53

3.1 概述53

3.2 交-直-交电压型逆变器54

3.2.1 电路构成及基本工作原理54

3.2.2 电压矢量57

3.3 三电平逆变器59

3.3.1 三电平逆变器工作原理59

3.3.2 逆变器工作模式切换62

3.3.3 逆变器输出电压波形63

3.3.4 逆变器输出电压矢量65

3.4 矩阵式变换器67

3.4.1 矩阵式变换器的基本拓扑及开关组合67

3.4.2 矩阵式变换器的双向开关构成70

3.4.3 矩阵式变换器实际电路结构71

参考文献72

第4章 异步电动机直接转矩控制73

4.1 概述73

4.2 转矩控制本质73

4.3 DSC基本原理77

4.3.1 六边形定子磁链轨迹控制77

4.3.2 电压矢量对转矩的控制79

4.3.3 电压矢量的正确选择80

4.3.4 DSC系统的基本结构82

4.4 DSC系统的基本组成83

4.4.1 磁链自控制84

4.4.2 转矩调节90

4.4.3 磁链调节98

4.5 DSC低速范围内的调节方案101

4.5.1 区段的电压状态选择101

4.5.2 低速范围内转矩与磁链调节的协调104

4.5.3 使用-120°电压矢量的磁链调节106

4.6 弱磁范围内的控制策略107

4.6.1 恒磁通控制问题107

4.6.2 弱磁调节特性108

4.6.3 弱磁范围内转矩调节方法109

4.6.4 弱磁功能实现110

4.7 定子磁链观测112

4.7.1 u-i模型112

4.7.2 i-n模型113

4.7.3 u-n模型114

4.8 无速度传感器技术115

4.8.1 转差角频率计算法115

4.8.2 模型参考自适应系统（MRAS）116

4.8.3 转速自适应磁链观测器法117

4.8.4 扩展卡尔曼滤波器法119

4.9 DSC系统建模仿真研究122

4.9.1 系统建模研究122

4.9.2 系统仿真研究133

4.10 圆形磁链轨迹DTC系统简介135

参考文献137

第5章 电励磁同步电动机直接转矩控制技术139

5.1 概述139

5.1.1 研究的背景及意义139

5.1.2 同步电动机结构的特殊性140

5.1.3 几种常见电励磁同步电动机传动系统141

5.2 直接转矩控制基本理论及控制方案145

5.2.1 转矩控制原理145

5.2.2 电压矢量的应用149

5.2.3 基本DTC系统的仿真研究152

5.2.4 基本DTC系统的实验验证156

5.3 阻尼绕组对直接转矩控制电励磁同步电动机动态行为的影响157

5.3.1 电磁转矩分析157

5.3.2 阻尼绕组对直接转矩控制动态性能影响的仿真163

5.3.3 交轴阻尼绕组设计简介165

5.3.4 交轴阻尼电励磁同步电动机DTC原理讨论165

5.4 ESM DTC弱磁控制原理及转子励磁电流控制策略的研究168

5.4.1 ESM DTC系统弱磁控制原理169

5.4.2 转子励磁电流控制策略研究171

5.4.3 系统仿真研究178

5.4.4 实验论证179

5.4.5 弱磁恒功率区转矩动态响应特性仿真182

5.4.6 进一步提高转子励磁电流控制稳定性方案183

5.5 ESM DTC系统低转矩磁链脉动的研究184

5.5.1 空间电压矢量调制原理185

5.5.2 电励磁同步电动机SVM-DTC系统研究190

5.6 ESM初始转子位置估计及无位置传感器技术研究198

5.6.1 初始转子位置估计原理199

5.6.2 转子励磁电流的产生204

5.6.3 实验研究204

5.6.4 电动机电阻变化对估计结果的影响208

5.7 ESM DTC稳定性控制210

5.7.1 间接转矩角控制210

5.7.2 直接转矩角控制212

5.8 定子磁链观测213

5.8.1 饱和反馈的改进积分器（改进积分器1）213

5.8.2 幅值限定的改进积分器（改进积分器2）214

5.8.3 自适应积分器（改进积分器3）216

5.8.4 可编程的级联低通滤波器（PCLPF）217

参考文献219

第6章 永磁同步电动机直接转矩控制技术221

6.1 概述221

6.2 永磁同步电动机直接转矩控制原理221

6.2.1 永磁同步电动机转矩控制原理221

6.2.2 仿真实验结果225

6.3 每安培最大转矩控制策略230

6.4 PMSM DTC弱磁控制234

6.4.1 弱磁问题的提出及永磁体的退磁特性234

6.4.2 PMSM DTC弱磁特性236

6.4.3 PMSM DTC弱磁控制实现238

6.4.4 PMSM DTC弱磁控制仿真实验243

6.5 PMSM DTC滑模变结构控制策略248

6.6 无阻尼绕组同步电动机SVM-DTC系统中转矩调节器研究254

6.6.1 无阻尼绕组同步电动机的DTC原理及SVM-DTC系统构成254

6.6.2 转矩PI调节器参数设计256

6.6.3 仿真研究257

6.6.4 实验论证260

6.7 转子初始位置观测技术262

参考文献265

第7章 直接转矩控制硬件及软件系统设计266

7.1 概述266

7.2 直接转矩控制硬件系统设计269

7.2.1 硬件系统简介269

7.2.2 辅助电源271

7.2.3 A/D采样调理电路274

7.2.4 PWM通道设计275

7.2.5 逻辑保护译码设计277

7.3 直接转矩控制软件系统设计280

7.3.1 考虑死区效应时定子磁链估计280

7.3.2 直接转矩控制系统软件设计283

参考文献295

第8章 基于新型变换器供电的DTC系统296

8.1 概述296

8.2 基于多电平逆变器供电同步电动机的SVM-DTC方案研究296

8.2.1 两电平逆变器与多电平逆变器输出电压矢量特性比较296

8.2.2 基于多电平逆变器的空间电压矢量调制原理297

8.2.3 多电平SVM-DTC系统仿真300

8.3 基于矩阵式变换器供电的ESM基本DTC研究303

8.3.1 基于矩阵变换器直接转矩控制原理303

8.3.2 仿真结果306

8.4 基于矩阵式变换器供电ESM SVM DTC研究309

8.4.1 双空间矢量调制原理309

8.4.2 系统仿真研究313

参考文献317

附录318

附录A 电机参数318

附录B 转子磁链性质及电磁转矩与定、转子磁链关系推导319