1.磁链轨迹改善

电压型逆变器上只能输出6个电压矢量和2个零矢量，它们的分布如图5-8所示。在第3章中，我们看到，可以采用一些方法，使用两个矢量来合成任一方向、任一幅值的电压矢量。基于这种想法，利用相邻的2个矢量沿它们的角平分线方向（即6扇区划分时的扇区线方向）进行合成，再得到一个矢量，这样总共加起来就有12个工作矢量，就像细分电路一样，我们称之为矢量细分法，如图5-19所示。

可以重新将各矢量命名，并且重新划分扇区。很自然，新的扇区共有12个，每个扇区为30°电角度，重新划分的扇区与矢量如图5-20所示。

图5-19 矢量合成示意图

图5-20 采用矢量细分法的空间矢量及其对应扇区

我们可以分析一下矢量细分法，为什么会消除一般的直接转矩控制实施方案在磁通轨迹上的缺点。与一般的实施方案相比，矢量细分法有两点相同：矢量细分法里对于每一扇区可选的矢量也只有四个（另外三个由于和磁链基本垂直，对磁链影响很小，一般不选用），例如当前磁链在扇区1时，则可选矢量是扇区1、2、6、7的主矢量，而扇区3、4、5的主矢量因为和当前磁链近似垂直，就不选用了；而且其中两个矢量，即扇区1、7的主矢量一般只用于大幅增加或减小磁链时，它们不是影响磁链轨迹的主要因素，将它们排除在外，而考虑另两个（即扇区2、6的主矢量）对磁链幅值的影响。分析的方法与前面的一致，可以得到如下公式：

图5-21给出了采用矢量细分法时磁链幅值变化的情况。由公式和图5_-21可以看到，这两个矢量对电机定子磁链幅值的改变比较对称，消除了前面分析中产生磁链幅值波动的根本性来源。矢量细分法由于消除了所选矢量在某些区域的不对称作用而使磁链的轨迹得到了改善，并且在磁链旋转a）磁链增加时的幅值变化b）磁链减小时的幅值变化速度上也提高了对称性，所以消除了电流的畸变。

图5-21 用矢量细分法时磁链幅值变化

2.减小转矩脉动

根据前面的分析，直接转矩控制的转矩与给定的转矩之间，不仅有恒定的偏差（即直流偏差），同时也含有周期性的脉动成分，即交流误差。直流偏差是转矩在一段时间内平均转矩值与给定转矩值的偏差，在一个采样周期里，由于有限且不连续的空间电压矢量的选择，转矩会急剧地增加或减少，但是多个采样周期的平均值与给定转矩相近。

增加转矩时，转矩变化量为

而减少转矩时转矩变化量为

式中，θ_up、θdn分别为增加和减小转矩时Ψ_r与u_s之间的夹角（取绝对值），且30°≤θ_up、θdn≤¹⁵⁰°。一般情况下，增减磁链交替出现，在相邻两个周期中，应有θup+θ_dn=180°。因此在负载较大时，在给定转矩附近，相邻两个周期里有

这就是说，增加转矩与减小转矩的变化率是不一样的。用图5-22可以更好地说明这个问题。

这个低频锯齿波分量的频率与转速有关。转速高时，它的频率也较高，对电机性能影响不大；当电机的转速较低且负载较大时，锯齿波分量的频率也较低，对电机控制性能影响较大。怎样才能消除或减弱直接转矩控制中转矩上的误差呢？转矩预测控制可以实现这一目的。(www.daowen.com)

图5-22 转矩脉动

转矩预测控制的基本思路如下：既然在一个周期里，工作矢量不连续性造成了转矩的急剧增加或减小，以至于比给定转矩大或是小，那么能否使这个工作矢量的作用时间缩短，余下的时间可以施加零矢量，以使转矩刚好减小到给定转矩值。这样一定可以减小转矩的脉动。

根据当前的转矩调节器和磁链调节器的输出，已经选定电压矢量u_s。现在就有一个问题，如何确定该电压矢量的作用时间。

设此时转矩误差ΔT_em=T_e^*_m-T_em，施加非零电压矢量的时间为t₁，则施加零矢量的时间应为t₀=T_s-t₁。

我们做如下的讨论：

1）t₁＞T_s：此时由于转矩与给定转矩值相差较大，甚至工作矢量作用于整个采样周期也不能达到给定转矩。所以此时只能取t₁=T_s，零矢量就没有必要再施加。

2）t₁＜T_s：这种情况说明转矩可以在不到一个周期达到给定的转矩，为了减少转矩脉动，须加零矢量。此时，零矢量施加的时间为t₀=T_s-t₁。

实际上，零矢量的施加是会减小转矩的。

在0～t₁时间内有

在t₁～T_s时间内有

转矩预测控制对消除转矩脉动有着很明显的效果，这从它的推导过程就可以得到这个结论。即使由于电机的参数缘故而使算出的作用时间不准确，但只要比采样周期小，转矩的脉动就会减小。

矢量细分法是一种简易的矢量合成法，它可以有效地消除磁链轨迹的直线问题。这种方法简单地将矢量作周期等分，使原有的6个电压矢量扩展到12个，这样可使两电平的电压型逆变器达到三电平的控制效果。

转矩预测通过合理的预测电压矢量的作用时间来达到减小转矩脉动的目的。通常的转矩反馈控制具有效果滞后的缺点，而转矩预测确定下一周期的作用矢量时，同时预测该矢量的作用时间，这种预测的思想来源于前馈控制。转矩预测不仅可以减小转矩脉动，也可以削弱电流谐波、降低电机运行时的噪声与振动。