Abstract

Direct torque control (DTC) is an induction motor control technique that has been successful because it explicitly considers the inverter stage and uses few machine parameters, while being more robust to parameter uncertainty than field-oriented control (FOC). This paper presents a formal derivation of DTC based on singular perturbation and nonlinear control tools. The derivation elaborates an explicit relationship between DTC performance and machine characteristics; low-leakage machines are expected to perform better under DTC. It is shown that DTC is a special case of a sliding-mode controller based on the multiple time-scale properties of the induction machine. The known troublesome machine operating regimes are predicted and justified. Explicit conditions to guarantee stability are presented. DTC is shown to be a suboptimal controller because it uses more control effort than is required for flux regulation. Finally, compensation strategies that extend DTC are discussed. The derivation does not require space vector concepts thus, it is established that the traditional link between DTC and space vectors is not fundamental

چکیده

کنترل مستقیم گشتاور (DTC) یک تکنیک کنترل موتور القایی موفق است چرا که استیج اینورتر را در نظر می گیرد و از پارامترهای ماشین استفاده می کند، در حالیکه در مقایسه با کنترل میدان گرا (FOC) نسبت به عدم قطعیت پارامترها مقاوم تر است. این مقاله یک استنتاج از DTCی مبتنی براغتشاش تکین و کنترل غیرخطی ارائه می دهد. این استنتاج رابطه ی بین عملکرد DTC و مشخصه های ماشین را توضیح می دهد. انتظار می رود ماشین های با نشتی کم تحت DTC بهتر کار کنند. نشان داده می شود که DTC یک مورد خاص از یک کنترلر مود لغزشی بر اساس خصوصیات مقیاس زمانی چندگانه از ماشین های القایی است. مشکلات عمکردی ماشین  پیش بینی و توجیه می شوند.شرایط صریح برای تضمین پایداری هم ارائه می شوند. نشان داده می شود که DTC یک کنترلر زیربهینه است چرا که بیش از مقدار مورد نیاز برای تنظیم شار، کنترل می شود. در آخر، استراتژی های جبرانی که DTC را توسعه می دهند بحث می شوند. این استنتاج نیاز به مفاهیم فضای برداری ندارد بنابراین رابطه ی سنتی بین DTC و  فضای برداری برقرار نیست.

-1مقدمه

کنترل میدان گرا [1] و کنترل مستقیم گشتاور [2, 3] ، برای کنترل موتور القایی متداول هستند. DTC به این دلیل جذاب است که از پارامترهای ماشین کمی استفاده می کند و استیج اینورتر را صریحا در نظر می گیرد. هر دو تکنیک در ابتدا از بحث های میدان هندسی به دست آمدند. در ابتدا فهم اصول و محدودیت های آنها یک چالش بود. از آن پس، FOC به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفت و خصوصیات آن اشکار شد [4,5]. ارتباطی میان FOC و خطی سازی فیدبک برقرار شده است [6,7]. برای بهبود DTC [8] و استنتاج DTC توضیح داده شد [9]، ولی هنوز به تحقیقات بیشتری نیاز است. در [10]، از ابزارهای کنترل هندسی برای به دست آوردن DTC استفاده شده است. در آن مرجع، یک ویژگی جداکننده از DTC آشکار می شود. نشان داده می شود که عملکرد DTC در سرعت پایین و تحت بار کم مطابق با انتظار است و یک استراتژی DTCی بهبودیافته با استفاده از جملات تصحیح کننده پیشنهاد می شود…