社会在不断发展的过程中，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其体积小、重量轻、效率高、转动惯量小和可靠性等优点而得到广泛应用。为了提高PMSM的快速转矩响应能力，将直接转矩控制（Direct Torque Control, DTC）策略应用于PMSM控制中，这已经成为研究者们关注的热门课题。

在教学过程中，对PMSMDTC理论理解困难和建模复杂的问题，通过MATLAB/Simulink仿真工具详细介绍了DTC系统各个环节的建模方法。基于PMSM在αβ坐标系下的数学模型，我们将采样到的三相定子电流和电压通过坐标变换送入磁链估算和转矩估算模型，并结合电机转子位置，以合理选择逆变器开关矢量，从而达到调速目的。在改变转速和突加负载的情况下对系统进行仿真，结果表明，该系统具有很好的速度、磁链以及转矩响应，从而验证了该模型的有效性，同时为PMSMDTC的软硬件设计提供了理论基础。

关键字：PMSM；DTC；仿真

引言

随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料及控制理论飞速发展，PMSM由于体积小、高效率、高性能，在各种社会领域得到了广泛应用。其中，将DTC策略应用于PMSM控制，以提高其快速响应性能，是目前研究者们关注的一个重要课题。

永磁同步电机直接转矩控制

1.1 永磁同步电机数学模型

假设定子绕组是对称且无阻尼，而永磁体也不考虑阻尼作用，因此可以用叠加原理分析忽略饱和现象及涡流影响。此外，由于反向势正弦分布，可以忽略高次谐波，因此可以用以下方程来表示：

V_a = R_si_a + pλ_q + ω_e * λ_d

V_b = R_si_b + pλ_d - ω_e * λ_q

2π/3 < θ_m < 4π/3 的时候：

i_α = i_asin(θ_m) - i_bcos(θ_m)

i_β = i_acos(θ_m) + i_bsin(θ_m)

其中：R_s 为定子绕组内部阻抗；p 为微分算符；ω_e 为机械角速度；λ_d 和 λ_q 分别为定子空间中的直轴与横轴方向磁通强度。

1.2 直接转矩控制系统

DTC系统主要由逆变器、三相交流母线、三相功放板、一套测量单元、一套计算单元以及一套执行命令单元构成，如图所示，它可以根据实际需要调整输出信号以实现精确调速功能。

图5 DTC系统框图

系统Simulink仿真组建

本文采用Simulink软件进行建立并运行物理模型，其中包括PI调节器部分用于生成给定的速度误差信号，其输入是预设值或来自感知模块读取出的当前速度信息，然后再经过PI调整后作为给定的目标值。而采样部分则负责从传感器获取实际数据，并将它们映射到适当坐标系下以便进一步处理。

2.1 坐标变换与状态选择

为了能更好地描述二维空间中的三维空间运动情况，我们首先需要将三维空间上的数据映射到二维平面上，即使用两个旋轉變換將兩個不同軸間之間進行轉換，使之能够與我們已經知道如何處理的一維數據相同化處理。然后利用這些轉換後獲得的數據來計算出需要輸出的開關模式，並根據這些開關模式來選擇適當時機對電路進行開關操作從而實現調控目標。

最后，本文通过以上步骤完成了一个完整的地场环境下的永久异步风力发电站直流-直流输运线路设计方案，为未来工程项目提供了一种实用的解决方案。此外，本文还展示了如何使用Matlab/Simulink软件来建立并测试这样的系统，以及如何通过实验验证这些概念。这对于那些想要学习或教授这些主题的人来说是一个非常有价值的地方，因为它提供了一种清晰简洁地了解这一领域工作方式的手段。