در بخش های قبلی روش های کنترل اسکالر و روش کنترل برداری جهت یابی میدان برای کنترل موتور القایی شرح داده شد. همان طور که گفته شد درست است که روش کنترل برداری بر اساس جهت یابی میدان (FOC) می تواند موتور را براحتی کنترل کند ولی اشکال این روش پیچیده بودن ساختار، وابستگی به پارامترهای ماشین و همچنین وجود چند کنترل کننده (جریان) در ساختار این روش است.

برای حل این مشکلات روش کنترل مستقیم گشتاور (Direct Torque Control) ارائه شد. همان طور که از اسم این روش مشخص است در این روش مستقیماً گشتاور کنترل می شود.
مزیت های این روش عبارت اند از:

• ساختار ساده
• وابسته نبودن به پارامترهای ماشین
• سرعت عملکرد دینامیکی خوب برای گشتاور و شار

در این روش دیگر احتیاجی به بلوک های مجزاسازی ولتاژ و حلقه کنترل جریان برای کنترل موتور القایی نمی باشد. در این روش حلقه کنترل جریان وجود ندارد بنابراین بردار ولتاژ طوری انتخاب می شود که خطای گشتاور و شار حداقل شود.

برای اینکه با عملکرد این روش آشنا شویم ابتدا باید نحوه تشکیل بردار ولتاژ بوسیله اینورتر را توضیح دهیم.
ساختار یک اینورتر منبع ولتاژی (VSI) بصورت زیر می باشد:

توجه کنید که دو کلید موجود در هر ساق با هم نمی توانند روشن شوند زیرا منبع را اتصال کوتاه می کنند. با توجه به جدول زیر که مربوط به حالت های مختلف برای کلیدها می باشد می توان دریافت که 8 حالت برای بردار ولتاژ خروجی داریم:

بردار حالتی که تمام کلیدها روشن (V₇) و تمام کلیدها خاموش (V₀) هستند را بردار ولتاژ صفر می نامند. 6 حالت دیگر بردارهای اصلی را نشان می دهند که اندازه آنها 2/3 ولتاژ لینک DC می باشد.

با توجه به این 6 بردار اصلی صفحه ولتاژ به 6 ناحیه تقسیم می شود که هر ناحیه با بردار خود نام گذاری می شود. این نواحی بصورت زیر هستند:

توجه کنید که هر بردار در وسط ناحیه خود قرار دارد. حال که با ساختار اینورتر آشنا شدیم نحوه کنترل مستقیم گشتاور را توضیح می دهیم.
با توجه به شکل زیر می توان رابطه گشتاور بر حسب شار روتور و استاتور را بصورت زیر نوشت:

که ψ_r شار روتور، ψ_s شار استاتور و γ زاویه بین شار استاتور و روتور می باشد.در صورتی که از افت ولتاژ اهمی استاتور صرف نظر کنیم با توجه به رابطه شار استاتور می توان نوشت:

بنابراین در فاصله زمانی کوچک تغییرات شار با ولتاژ برابر است:

از طرفی برای شار روتور برحسب شار استاتور می توان نوشت:

رابطه بالا بدین مفهوم است که شار روتور با یک تاخیر درجه اول به شار استاتور بستگی دارد یعنی می توان در هنگام تغییر شار استاتور شار روتور را ثابت در نظر گرفت و از تغییرات آن صرف نظر کرد.
به عبارت دیگر می توان با اعمال ولتاژ مناسب شار استاتور را تغییر داد و زاویه بین شار روتور و شار استاتور و در نتیجه گشتاور موتور را کنترل کرد.
 مسئله مهم انتخاب بردار ولتاژ مناسب برای کنترل می باشد. فرض کنید شار در ناحیه اول باشد:

همان طور که مشخص است با اعمال هر یک از 6 بردار نشان داده شده در شکل تغییرات گشتاور و شار مختلفی صورت می پذیرد. مثلا اگر بردار ولتاژ V₃ را اعمال کنیم شار را کاهش و گشتاور را افزایش می دهد.

بطور کلی می توان گفت که اگر بردار شار استاتور در ناحیه n باشد اعمال بردارهای ولتاژ V_n-1,V_n,V_n+1 موجب افزایش شار و اعمال بردارهای V_n+2,V_n-2,V_n+3 باعث کاهش شار می شود. اعمال بردارهای V_n+1,V_n+2 باعث افزایش گشتاور و اعمال بردارهای V_n-1,V_n-2 باعث کاهش گشتاور می شوند. بردارهای V_n,V_n+3 بسته به مکان شار ممکن است گشتاور را کاهش یا افزایش بدهد. تاثیر اعمال هر یک از بردارها بصورت خلاصه در جدول زیر نمایش داده شده است:

 
در این روش کنترلی از کنترل هیسترزیس استفاده می شود. برای شار از کنترل دو سطحی و برای کنترل گشتاور (جهت کاهش ریپل گشتاور) از کنترل سه سطحی استفاده می شود بدین معنی که:

با توجه به جدول تغییرات شار و گشتاور بر حسب بردار ولتاژ اعمال شده و همچنین سطوح کنترل هیسترزیس می توان جدول زیر را بعنوان جدول کلید زنی در نظر گرفت:

بلوک دیاگرام کنترلی روش DTC بصورت زیر می باشد:

همان طور که از بلوک دیاگرام مشخص است تنها پارامتر استفاده شده ی ماشین، مقاومت استاتور می باشد.

منحنی تغییرات گشتاور و شار بصورت زیر می باشد:

نتیجه شبیه سازی:

نتیجه شبیه سازی شار روتور و استاتور در بردار فضایی با Matlab بصورت زیر می باشد:

همان طور که مشخص است ریپل گشتاور و شار بسیار زیاد می باشد. در کل معایب روش کنترل مستقیم گشتاور عبارت اند از:

• فرکانس سوئیچینگ متغیر (بدلیل استفاده از کنترل هیسترزیس)
• عملکرد ضعیف در سرعت پایین (زیر 5 درصد سرعت نامی)
• ریپل بالا ی گشتاور
• اعوجاج در شار در هنگام تغییر نواحی
• احتیاج به فرکانس نمونه برداری بالا برای اجرای کنترل دیجیتال (حدود 40KHz)

جهت سفارش پروژه شبیه سازی روش DTC با نرم افزار Matlab بر روی عکس زیر کلیک کنید.