空间矢量分量的定义在定子α-β坐标系下的异步电动机电压方程式中，下标α，β分别代表α分量和β分量；下标s，r分别代表定子分量和转子分量；下标m代表定、转子之间相互关联的量；ωr为转子电角速度；p为微分交流电网380V水箱1变频器1变频器2蓄电池模拟装置集中控制台水箱2M1M2螺旋桨负载模拟装算子；θ为ψs与ψr之间的夹角，亦称磁通角；R是电阻；ψ是磁链；i是电流；L是电感；Km是常数。
一般，高速时采用u-i模型，因为u-i模型简单，精度高，受参数影响小（只受Rs影响）；低速时采用i-n模型，因为低速时由于Rs的影响，u-i模型已不能正确地工作，因此应采用i-n模型。这样就出现了快速平滑切换的问题。综合u-i和i-n模型的特点，可以采用如所示的两种模型结合的方法，即在全速范围内都实用的磁链u-n模型，由定子电压和转速来获得定子磁链。通过解决u-i模型和i-n两模型之间的平滑过渡问题，使得在高速时，定子磁链的观测实际工作在u-i模型下；在低速时，实际工作在i-n模型下。
该模型的关键是加入了PI电流调节器，它的作用是强迫模型电流和实际的电机电流相等，否则调节器输出补偿信号以修正定子磁链和电流值，直至两电流值相等。因此，高速时，由于电机的定子反电势高，该模型基本工作在图中虚框中的u-i模型下；低速时，因电机定子反电势低，由u-i模型产生的积分误差经PI电流调节器得到修正，此时基本工作在i-n模型下。
定子磁链的u-n模型中，如果电动机模型得到的电流siα′与实际测量到的电动机电流isa不相等，就会产生一个差值siiiα′送入到电流调节器PI的输入端。电流调节器就会输出补偿信号加到I单元的输入端，以修正Ψuα和电流值，直至siα′完全等于isa，即i为零，PI才停止调节。u-n模型综合了u-i和i-n两模型的优点，又很自然地解决了平滑切换的问题。高速时，u-n模型实际工作在u-i模型下，磁链实际上只是由定子电压与定子电流计算得到。由定子电阻误差、转速测量误差以及电动机参数误差引起的磁链误差在这个工作范围内降至最小。
电压空间矢量与磁链空间矢量的关系定子磁链与定子电压之间的关系为：stutitRdtψ=∫若忽略定子电阻压降的影响，则stutdtψ≈∫（上式表示定子磁链空间矢量与定子电压空间矢量之间为积分关系<4，5>，如所示。当磁链空间矢量Ψs在图中所示位置时，如果逆变器加到定子上的电压空间矢量us为us（011），则定子空间矢量的顶点，将沿着S1边的轨迹，朝着电压空间矢量us（011）所作用的方向运动。当Ψs沿着S1运动到S1与S2的交点J时，如果给出电压空间矢量us（001），则磁链空间矢量Ψs的顶点会按照与us（001）相平行的方向，沿着边S2的轨迹运动。
同样的方法依次给出us（101）us（100）us（110）us（010），则Ψs的顶点依次沿着边S3S4S5S6的轨迹运动，从而达到通过磁链来控制电动机转矩的目的。
Matlab/Simulink环境下的系统建模与仿真分析DTC系统的Simulink模型潜水异步电动机DTC系统的Simulink模型如所示。潜水异步电动机的各项参数为：Pe＝15kW，Ue＝110V，Ie＝110A，ne＝750r/min.控制系统功能可以分为两个部分：第一部分是电动机状态观测，通过观测电动机的电流、电压和转速反馈值，可以间接观测电动机的转矩反馈值Tf、磁链反馈值Ψsαβ。观测单元包括三相到两相的变换、转矩观测、磁链观测等；第二部分是比较选择，反馈值与给定值比较后经调节器通过Band-Band的控制形成转矩调节信号TQ、磁链调节信号ΨQ和θ，开关状态选择单元根据TQ、ΨQ和θ信号去选择控制逆变器的开关状态，输出相应的电压空间矢量us，实现异步电动机的转矩和转速调节。
仿真结果仿真结果如、、所示。其中为定子磁链轨迹，从图中可以看出磁链轨迹为不规则正六边形，近似理想的圆形控制轨迹，达到了磁链调节的目的。为采用通用型PWM控制的转矩波形。从图中可以看出，采用通用型PWM控制时，转矩脉动较大，容易造成抖动，运行不平稳。
定子磁链轨迹采用通用型PWM控制的转矩波形为采用DTC的转矩波形。与相比较可以看出，采用DTC的转矩脉动要小得多，减小程度可达20%30%.在很大程度上抑制了电机的抖动，使系统运行更加平稳。
结语本文针对现有船舶全电力主推进电机控制系统在控制策略上存在的不足之出，将目前最有发展前景的DTC方式应用到实验室的船舶全电力推进系统主推进电机仿真装置中，完成了Matlab/Simulink环境下的系统建模与仿真分析。从仿真结果看，DTC系统的应用，可在很大程度上提高系统性能。这必将推动船舶全电力推进系统的研究和发展。
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