针对教学过程中永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)直接转矩控制(direct torque control, DTC)理论不易理解，建模困难等问题，详细介绍了PMSM DTC系统各个环节的MATLAB/Simulink建模方法。基于PMSM在αβ坐标系下的数学模型，将采样到的三相定子电流、电压通过坐标变换送入磁链、转矩估算模型，结合电机转子位置，磁链和转矩误差信号合理选择逆变器的开关矢量，以达到电机调速的目的。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，该系统具有很好的转速、磁链、转矩响应，从而验证了该模型的有效性，同时也为PMSM DTC的软硬件设计提供了理论基础。

随着电力电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料和控制理论的飞速发展，PMSM具有体积小、重量轻、效率高、转动惯量小、可靠性高等优点已获得越来越广泛的应用，将DTC策略应用于PMSM控制中，以提高电机的快速转矩响应，成为研究者关注的课题。

直接转矩控制理论于20世纪80年代由德国学者M.Depenbrock和日本学者I.Takahashi首先针对异步电动机提出，90年代由Zhong.L,RahmanMF,Hu.YW等学者提出PMSMDTC理论[6]。其基本思想是将电机给定转速和实际转速的误差，经PI调节器输出作为转矩的给定信号;同时系统根据检测的电机三相电流和电压值，利用磁链模型和转矩模型分别计算电机的磁链和转矩的大小，计算电机转子的位置、电机给定磁链和转矩磁链与实际值的误差;最后根据它们的状态选择逆变器的开关电压矢量，使电机能按控制要求调解输出转矩，最终达到调速的目的。由于电机转速和磁链的计算对控制系统性能影响较大，为了获得满意的转矩计算，仿真研究是最有效的工具和手段。

本文利用MATLAB/Simulink仿真工具对PMSMDTC系统进行仿真，详细介绍了DTC系统中各控制单元的搭建，为PMSM交流伺服系统数字化控制的实现提供了理论基础。

式中：为定子磁链α、β轴分量;为定子电流α、β轴分量;为定子电压轴分量;为定子绕组电阻;p为微分算子;为转子机械角速度;为电磁转矩;为电机极对数;为负载转矩;J为电机转动惯量;B为粘滞系数。

1.2直接转矩控制系统

DTC系统原理框图如图1所示，它由电压源逆变器、PMSM、电压计算、采样电流3s/2s、磁链估算、转矩估算、转子位置估算、PI调节器、滞环比较器、开关表等模块组成。