DTC vs FOC — 控制结构 / 转矩响应 / 量产现状

不用 resolver,而是从电压电流积分估算定子磁链 ${\psi }_s$:

转矩从 ${\psi }_s$ + $is$ 算:

(向量叉积)

关键:${\psi }_s$ 和 $Te$ 都不需要位置 $\theta$,只需要电压 + 电流。这是 DTC "sensorless" 的本质。

控制有 2 个滞回比较器:

• 磁链 hysteresis(typ ±2% of ${\psi }_s^{\ast }$)= 两电平比较器,输出 +1/−1(2 态)
• 转矩 hysteresis(typ ±5% of $T{e}^{\ast }$)= 三电平比较器,输出 +1/0/−1(3 态,0 态施加零矢量)

每个周期(20-50 μs),磁链比较器出 2 态、转矩比较器出 3 态。

把 αβ 平面分 6 个扇区(同 SVPWM),根据(磁链状态 + 转矩状态 + 当前扇区)直接查表选 Vk(6 顶点 + 2 零矢量)输出。

无 PI 计算 + 无反 Park + 无 SVPWM 调制 — 直接出开关状态。控制周期可缩到 20 μs(50 kHz),转矩响应 0.2-0.5 ms。

转矩响应速度差异源于控制环结构 — FOC 有 PI 控制带宽限制,DTC 直接 hysteresis 触发 V 矢量切换,省去 PI 的相位延迟:

• FOC:PI 控制限带宽,典型 1-3 ms
• DTC:0.2-0.5 ms,约 5-6× 快(FOC 慢端对 DTC 快端可达 ~10×)

DTC 转矩响应是 motor control 的物理极限(MCU 算力 + 开关频率)。

FOC SVPWM 周期性出 PWM 周期 → 固定开关频率;DTC hysteresis 何时跨阈值就触发,开关频率随负载 / 转速 / 磁链状态变化:

• FOC:固定 5-15 kHz(SVPWM),配合 Spread Spectrum 改 EMI
• DTC:变频 5-40 kHz(hysteresis trigger),平均 ~10 kHz

DTC 的变频特性让EMI 谱乱,滤波器设计难。

FOC 输出是连续 dq 电压、SVPWM 平滑过渡;DTC 离散选 V 矢量,hysteresis 必带波动(典型 ±5% 振幅):

• FOC:连续 $vd/vq$ 输出,转矩波动 < 1%
• DTC:hysteresis 离散输出,转矩波动 5-10%

EV 主驱乘客体感对转矩波动敏感 → FOC 胜。

FOC 5 个数学块串联(Clarke / Park / 2 PI / 反 Park / SVPWM),DTC 只 3 个(磁链估 / hysteresis / 查表)。MCU 算力占用差 2-3×:

• FOC:复杂(Clarke + Park + 双 PI + 反 Park + SVPWM),MCU 占 40-60%
• DTC:简单(磁链估 + hysteresis + 查表),MCU 占 20-30%

DTC MCU 算力要求低,适合老平台或经济型车。

FOC 必须实时位置 θ 喂 Park 变换,所以高精度 resolver 是命门;DTC 用磁链估算间接推位置,理论上 sensorless:

• FOC:必须高精度位置(resolver / 高分 encoder)
• DTC:不需要(磁链估算 sensorless)

DTC "省 resolver"是工业市场的卖点。但 EV 主驱量产对位置精度极敏感(影响转矩准确性 + 安全),仍偏好 resolver + FOC。