基于转子磁场定向异步电机矢量控制电机及其系统分析与仿真讲解
基于转子磁场定向异步电机矢量控制
在 20 世纪 60 年月从前，全球电气传动系统中高性能调速传动都采纳直流电
动机，而绝大多数不变速传动则使用交流电机。使得交流电机的应用遇到很大限制。 1971 年德国学者 Blaschke F 提出了交流电动机的磁场定向控制原理，应用
坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按磁场定向的同步旋转变换实现了
定子电流励磁重量与转矩重量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁链和电流分
别控制的目的，为异步电机的调速确定了基础。
磁耦合是机电能量变换的必需条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积获得感觉电动势。无论是直流电动机，还是交流电动机均这样。交、直流电动机结构和工作原理的不一样，使得表达式差异很大。
1 三相异步电机非线性数学模型
在研究异步电机数学模型时，作以下的假设
(1)忽视空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽视磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽视死心消耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。异步电动机三相绕组可以是
Y 连接，也可以是连接。若三相绕组为连接，可先用—Y变换，等效为Y 连接。而后，按Y 连接进行解析和设计。
三相异步电机的物理模型以以下图1 所示，定子三相绕组轴线 A 、 B、C 在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c 随转子以角转速w 旋转。
图 1 三相异步电动机的物理模型
异步电动机的动向模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程构成。
此中磁链方程和转矩方程为代数方程，电压方程和运动方程为微分方程。
1.1 磁链方程
异步电动机每个绕组的磁链是它自己的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和 ,所以，六个绕组的磁链可用下式表示：
A L AA L A
B L A
C L Aa L Ab L Ac i A B L BA L BB L BC L Ba L Bb L Bc i B
C
L CA
L CB L CC L Ca
L Cb L
Cc i C (1)
L
aA
L
aB
L
aC
L
aa
L
ab
L
ac
i a a b
L bA
L
bB
L bC
L ba
L bb
L bc
i b c
L
cA
L
cB L
cC L
ca L
cb L
cc
i c
式中 i A ,i B ,i C ,i a ,i b , i c 是定子和转子相电流的刹时价；
A ,
B ,
C , a
,
b ,
c 是各相绕组的全磁链。
定子各相自感
L
AA
L
BB
L CC L ms L ls
转子各相自感
L
aa
L
bb
L cc L ms L lr
绕组之间的互感又分为两类
(1)定子三相相互之间和转子三相相互之间地点都是固定的，故互感为常值；
(2)定子任一相与转子任一相之间的相对地点是变化的，互感是角位移的函
数。
则
L ms cos
2
L ms cos(
2
)
1
L ms
3 3 2
所以
1
L
A B
L
B C
L CA
L BA
L CB
L
AC
2
L
m s
1
(2)
L
a b
L
b c
L
c a
L
b a
L
c b
L
L
a c
2
m s
对于第二类，定、转子绕组间的互感
，因为相互地点的变化，可分别表示
L A a
L a A
L B b
L
b B
L
C c
L
L
A b L
b A
L
B c
L c B L C a L L A c
L c A L B a L a B L
C b
L
c C
Lc o m s s
Lc o m s s ( 2 (3)
a C
)
3 Lc o m s s (
2 b C
)
3
将(2)式和 (3)式代入 (1)式，即得完好的磁链方程，用分块矩阵表示
ψs L s s
L
s r
i s
(4)
ψr
L
rs
L
rr
i r
式中
ψs
T
ψr
T A
B
C
a
b
c
i s
i A i B T
i r
i a i b i c T
i C
定子电感矩阵
L ms
L
ls
1
L ms 1 L ms
2
2
L ss
1 L ms L ms L ls 1
L ms (5)
2 2
1
L ms
1
L ms
L ms
L
ls
3
转子电感矩阵
L ms L lr 1
L ms
1
L ms 2 2
L
rr 1
L ms
L
ms
L
lr
1
L ms (6) 2 2
1
L ms
1
L ms L ms L lr
2 2
定、转子互感矩阵
cos cos( 2 ) cos( 2 )
3 3
L rs L T sr L ms cos( 2 ) cos cos( 2 ) (7)
3 3
cos( 2 ) cos( 2 ) cos
3 3
1.2 电压方程
三相绕组电压均衡方程
u A i A R s d A
u a i a R r
d dt dt
u B i B R s d B
u b i b R r
d dt dt
u C i C R s d C
u c i c R r
d
dt dt
a
b(8)
c
式中 u A ,u B ,u C ,u a , u b ,u c是定子和转子相电压的刹时价； R s , R r是定子和转子绕组电阻。
将电压方程写成矩阵形式
u Ri 其睁开后的矩阵为dψdt
u A R s 0 0 0 0 0 i A u B 0 R s
0 0
0 i B
u C 0 0 R s 0 0 0 i C d u a 0 0 0 R r 0 0 i a dt
u b
0 0 0 0 R r 0 i b u c
0 0
0 R r
i c
1.3 转矩方程
A B C (9)
a b c
T
n L ( i i
i i
)i sii n
( i i
i i
)i s i n (
1 2 0 )
e
p
m s
A
a
B
b C
c
A
b
B
c
C
a
(10)
(i A i c
i
B i
a
i C )i s i n (
120 )
b
1.4 运动方程
J d
(11)
n p T e T L
dt
1.5 转角方程
d
(12)
dt
1.6 异步电机三相原始模型的性质
（1）异步电机三相原始模型的非线性强耦合性
非线性耦合表此刻电压方程、 磁链方程与转矩方程。 既存在定子和转子间的
耦合，也存在三相绕组间的交织耦合。 旋转电动势和电磁转矩中都包括变量之间
的乘积，这是非线性的基本要素。 定转子间的相对运动， 以致其夹角
不停变化，
使得互感矩阵为非线性变参数矩阵。
（2）异步电动机三相原始模型的非独立性。
异步电动机三相绕组为 Y 无中线连接，若为 连接，可等效为 Y 连接。则定子和转子三相电流代数和为
i A i B i C 0
i i i 0
由式（ 4）可得
T T T
A B C L
ss
i
A
i
B
i
C
L
sr
i
A
i
B
i
C
将式（ 5）和（ 6）代入，并把矩阵睁开后的全部元相加，可以证明三相定
子磁链代数和为
A B C
再由定子电压方程式（ 8），可知三相定子电压代数和为
u A u B u C0
所以，异步电动机三相数学模型中存在必定的拘束条件
A B C 0
i A i B i C 0
u A u B u C 0
同理转子绕组也存在相应的拘束条件
a b c 0
i a i b i c 0
u a u b u c 0
相变量中只有两相是独立的，所以三相原始数学模型其实不是物理对象最简
的描述。完好可以并且也有必需用两相模型取代。
2坐标变换
异步电动机三相原始动向模型相当复杂，简化的基本方法就是坐标变换。异步电动机数学模型之所以复杂，要点是因为有一个复杂的电感矩阵和转矩方程，它们表现了异步电动机的电磁耦合和能量变换的复杂关系。
不一样坐标系中电动机模型等效的原则是：在不一样坐标下绕组所产生的合
成磁动势相等。
在交流电动机三相对称的静止绕组 A 、B、C 中，通以三相均衡的正弦电流，所产生的合成磁动势是旋转磁动势 F，它在空间呈正弦分布，以同步转速（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。
任意对称的多相绕组，通入均衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，但是以
两相最为简单。三相变量中只有两相为独立变量，完好可以也应该消去一相。所以，三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效取代，等效的原则是产生的
磁动势相等。
两相绕组，通以两相均衡交流电流，也能产生旋转磁动势。
当三相绕组和两相绕组产生的旋转磁动势大小和转速都相等时，即以为两相绕组与三相绕组等效，这就是 3/2 变换。其物理模型以以下图 2 所示
图 2 三相坐标系和两相坐标系物理模型
两个匝数相等相互正交的绕组 d、q，分别通以直流电流，产生合成磁动势 F，
其地点有对于绕组来说是固定的。假如人为地让包括两个绕组在内的死心以同步转
速旋转，磁动势 F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。假如旋转磁动势的大
小和转速与固定的交流绕组产生的旋转磁动势相等，那么这套旋转的直流绕组
也就和前面两套固定的交流绕组都等效了。也许说，在三相坐标系下的i A, i B,i C和
在两相坐标系下的i , i
以及在旋转正交坐标系下的直流
i
d
,i
q产生的旋转磁动势
相等。其物理模型以以下
图 3 所示。
图 3 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型
2.1 三相 -两相变换（ 3/2 变换）
三相绕组 A 、B、C 和两相绕组之间的变换，称作三相坐标系和两相正交坐标系间的变换，简称 3/2 变换。
ABC 和两个坐标系中的磁动势矢量，将两个坐标系原点重合，并使 A 轴和
轴重合。如图 4 所示，设三相绕组每相有效匝数为N
3，两相绕组每相有效匝数
为N
2，各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于相关的坐标
轴上。
图 4 三相坐标系和两相正交坐标系中的磁动势矢量
依据磁动势相等的等效原则， 三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，
故两
套绕组磁动势在 αβ轴上的投影应相等。
所以
N 2 i
N 3i A N 3i B cosN 3i C cos
N 3 (i A
1
i B
1
i C )
3 3
2
2
N 2i
N 3i B sin
N 3i C sin
3 3
N 3 (i B i C )
3
2
写成矩阵形式
i
1 1 1
i A
N 3 2 2
i B
（ 13）
i
N 2
3 3
i C
2
2
依据变换前后总功率不变，匝数比为
N 3 2
（14）
N 2
3
将式（ 14）代入式（ 13）得
i
1 1 1 i A
2
2
2
i B
i
3 3 3
i C
2
2
令 C 3/2 表示从三相坐标系变换到两相正交坐标系的变换矩阵，则
1 1
2 1
2
C
3/2
2 （15）
3
3 3
2
2
两相正交坐标系变换到三相坐标系（简称 2/3 变换）的变换矩阵为
1 0
C
2/3
2 1
3 （ 16）
3
2 2
1 3
2
2
考虑到
i A i B i C0 则
i 3
i A
2 (17)
i 1 i B
2
2
相应的逆变换
i A 2
0 i 3
i B 1 1
(18) i
6 2
电压变换阵和磁链变换阵与电流变换阵相同。
2.1 静止两相 -旋转正交变换（ 2s/2r 变换）
从静止两相正交坐标系到旋转正交坐标系dq 的变换，称作静止两相-旋
转正交变换，简称 2s/2r 变换，此中 s 表示静止， r 表示旋转，变换的原则相同是
产生的磁动势相等。
图5 中绘出了和dq 坐标系中的磁动势矢量，绕组每相有效匝数均为N2磁动势矢量位于相关的坐标轴上。两相交流电流 i , i 和两个直流电流 i d ,i q产生相同的以角速度 w1旋转的合成磁动势 F。
图 5 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的磁动势矢量
由上图可得i ,i
和
i
d
,i
q之间存在以下关系
i d i cos i sin
i q i sin i cos
旋转正交变换
i d cos sin i i
i q sin cos i C
2 s/2 r i
静止两相正交坐标系到旋转正交坐标系的变换阵
cos sin
C
2s/2 r
sin cos
旋转正交坐标系到静止两相正交坐标系的变换阵
cos sin
C2r /2 s
sin cos
电压和磁链的旋转变换阵与电流旋转变换阵相同。
2.2 定子绕组和转子绕组的3/2 变换
对静止的定子三相绕组和旋转的转子三相绕组进行相同的3/2 变换，变换后的定子两相正交坐标系静止，而转子两相正交坐标系以角速度w 逆时针旋转。如图 6a 所示
图 6 定子、转子坐标系到旋转正交坐标系的变换
a）定子、转子坐标系b
）旋转正交坐标系
11
相应的数学模型以下：电压方程
u s R s 0 0 0 i s
u s 0 R s 0 0 i s d
u r 0 0 R r 0 i r dt
u r 0 0 0 R r i r
磁链方程s
s
(19) r
r
s
L s 0 L m cos L m sin i s
s 0 L s L m sin L m cos i s (20)
L m cos L m sin L r 0 i r
r
r
L m sin L m cos 0 L r i r 转矩方程
T e n p L m [( i s i r'i s i r' )sin(i s i r'i s i r' )cos ](21) 3/2 变换将按三相绕组等效为相互垂直的两相绕组，除掉了定子三相绕组、
转子三相绕组间的相互耦合。定子绕组与转子绕组间仍存在相对运动，因此定、
转子绕组互感阵还是非线性的变参数阵。输出转矩还是定、转子电流及其定、转子夹角的函数。与三相原始模型对比， 3/2 变换减少了状态变量的维数，简化了定子和转子的自感矩阵。
2.3 定子坐标系和转子坐标系dq的旋转变换
对定子坐标系和转子坐标系同时实行旋转变换，把它们变换到同一个旋转正交坐标系 dq 上， dq 有对于定子的旋转角速度为 w1，如图 6b 所示。
定子旋转变换阵
cos sin
C2 s/2 r ( ) (22)
sin cos
转子旋转变换阵
C
2r /2 r ( cos( ) sin( ) )
) cos( )
sin(
旋转正交坐标系中的异步电动机的电压方程
u
sd R s 0 0 0 i sd
u
sq 0 R 0 0 i
sq d
s
u
rd 0 0 R r 0 i
rd dt
u
rq 0 0 0 R i rq
r 磁链方程sd 1 sq
sq 1 sd （ 23）
( )
rd 1 rq
rq ( 1 ) rd
sd L s 0 L m 0
i
sd
sq 0 L s 0 L m i
sq （ 24）
L m 0 L r 0 i rd
rd
rq 0 L 0 L
r i rq
m
转矩方程
T e n p L m (i sq i rd - i sd i rq ) （25）
旋转变换是用旋转的绕组取代本来静止的定子绕组，并使等效的转子绕组与等效的定子绕组重合，且保持严格同步，等效后定、转子绕组间不存在相对运动，旋转正交坐标系中的磁链方程和转矩方程与静止两相正交坐标系中相同，仅下标发生变化。两相旋转正交坐标系的电压方程中旋转电势非线性耦合作用更为严
重，这是因为不但对转子绕组进行了旋转变换，对定子绕组也实行了相应的旋转
变换。
从表面上看来，旋转正交坐标系中的数学模型还不如静止两相正交坐标系的
简单，实质上旋转正交坐标系的长处在于增添了一个输入量
制的自由度。旋转速度任意的正交坐标系无实质使意图义，常用的是同步旋转坐
标系，将绕组中的交流量变为直流量，以便模拟直流电动机进行控制。
3 Matlab 模型建立与仿真
整个系统主要分成６部分：速度控制器、矢量控制器、电流比较脉冲产生器、全桥逆变电路、异步电动机和反响回路。经过给定磁链（在矢量控制环节内给出）作为磁链电流值指令值。在矢量控制环节内的磁链计算器依据定子电流的
监测值计算磁链的大小和方向。系统经过矢量控制环节实现对转矩的解耦控制及
转速调理。结构流程图如图7 所示。
w1，提升了系统控
图 7 结构流程图
3.1 各模块的功能及实现
（1）速度控制器：
里采纳ＰＩ控制器。该环节输入为参照转速与反响转速之差。
仿真模块如图 8 所示
图 8
（２）矢量控制环节
本环节是在旋转坐标系下进行计算并输出，最后变换为静态坐标系下的电流Iabc 输出。仿真模块如图 9 所示。
图 9
（３）电流比较脉冲产生器
为了使矢量控制环节输出的三相定子坐标系下的希望电流 Iabc 控制电源对电机供电，要第一将 Iabc*与反响电流 Iabc 对比较产生６相控制脉冲。这６相脉冲中有两相是０－１对称，要达到这一要求，只需把比较后的一相电流变为逻辑
型数据而后取反再变为本来的数据种类即可。仿真模块如图10 所示。
图 10
3.2 整体仿真模块
Matlab 整体仿真电路如图11 所示。
图 11
3.3 仿真结果
（1）130rad / s，给定磁链0.96 Wb，负载转矩当输入参照给定转速
为T L0N时，仿真结果如图12所示。
图 12
（2）当速度变为180rad / s时，仿真结果如图13 所示
图 13
基于转子磁场定向异步电机矢量控制电机及其系统分析与仿真讲解
基于转子磁场定向异步电机矢量控制 在 20 世纪 60 年月从前，全球电气传动系统中高性能调速传动都采纳直流电 动机，而绝大多数不变速传动则使用交流电机。使得交流电机的应用遇到很大限制。 1971 年德国学者 Blaschke F 提出了交流电动机的磁场定向控制原理，应用 坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按磁场定向的同步旋转变换实现了 定子电流励磁重量与转矩重量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁链和电流分 别控制的目的，为异步电机的调速确定了基础。 磁耦合是机电能量变换的必需条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积获得感觉电动势。无论是直流电动机，还是交流电动机均这样。交、直流电动机结构和工作原理的不一样，使得表达式差异很大。 1 三相异步电机非线性数学模型 在研究异步电机数学模型时，作以下的假设 (1)忽视空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。 (2)忽视磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。 (3)忽视死心消耗。 (4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。 无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。异步电动机三相绕组可以是 Y 连接，也可以是连接。若三相绕组为连接，可先用—Y变换，等效为Y 连接。而后，按Y 连接进行解析和设计。 三相异步电机的物理模型以以下图1 所示，定子三相绕组轴线 A 、 B、C 在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c 随转子以角转速w 旋转。
图 1 三相异步电动机的物理模型 异步电动机的动向模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程构成。 此中磁链方程和转矩方程为代数方程，电压方程和运动方程为微分方程。 1.1 磁链方程 异步电动机每个绕组的磁链是它自己的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和 ,所以，六个绕组的磁链可用下式表示： A L AA L A B L A C L Aa L Ab L Ac i A B L BA L BB L BC L Ba L Bb L Bc i B C L CA L CB L CC L Ca L Cb L Cc i C (1) L aA L aB L aC L aa L ab L ac i a a b L bA L bB L bC L ba L bb L bc i b c L cA L cB L cC L ca L cb L cc i c 式中 i A ,i B ,i C ,i a ,i b , i c 是定子和转子相电流的刹时价； A , B , C , a , b , c 是各相绕组的全磁链。 定子各相自感 L AA L BB L CC L ms L ls 转子各相自感
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真课程设计
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真--课程设计
目录 转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真 (1) 引言 (1) 1 转差频率矢量控制概述 (1) 2 转差频率控制的基本原理 (3) 2.1 控制原理叙述 (3) 2.2 转差频率控制系统组成 (6) 3转差频率矢量控制系统构建 (8) 4 转差频率矢量控制调速系统仿真和分析 (9) 4.1 仿真模型的建立 (9) 4.1.1转速调节器模块 (9) 4.1.2 函数运算模块 (9) 4.1.3 坐标变换模块 (10) 4.1.4电动机转差频率矢量控制系统的仿真模型 (11) 4.2仿真条件 (11) 4.3仿真结果 (12) 5结语 (16) 参考文献 (17)
转差频率控制的异步电动机矢量控 制系统仿真 引言 电动机调速是电动机应用系统的关键环节。在１９世纪，高性能的可调速传动控制大多采用直流电动机。但直流电动机在结构上存在难以克服的缺点，即存在电刷和机械换向器，使得直流电动机事故率高，维修工作量大，容量受到换向条件的制约，而交流电动机结构简单，造价小，坚固耐用，事故率低，容易维护，因此２０世纪８０年代以后，，交流调速技术开始迅速发展，并陆续出现了一些先进可靠的交流调速技术，首先是变压变频调速系统（ＶＶＶＦ），后来出现了转差频率矢量控制，无速度传感中矢量控制和直接转矩控制（ＤＴＣ）等。其中，转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具在良好的控制性能，因此，早期的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。基于此，本文在Ｍatlab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。 １转差频率矢量控制概述 由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量(转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。简单的说，矢量控制就是将
Simulink异步电机矢量控制(全文)
异步电动机矢量控制系统的仿真研究 摘要： 本文根据异步电动机矢量控制的基本原理，基于Matlab 软件构造了按转子磁场定向的矢量控制系统的仿真模型。通过仿真试验验证了模型的正确性，结果表明所建立的调速系统具有良好的动态性能，实现了系统的解耦控制。 关键词：异步电动机矢量控制Matlab 仿真 Simulation of Vector Control System for Asynchronous Motor Abstract: According to the basic principles of induction motor vector control，this paper constructssimulation model of rotor magnetic field oriented vector control system based on the MATLAB software.It verifies the accuracy of the model by simulation. Results show that it has good dynamic performance，andit realizes the decoupling control system. Key words: asynchronous-motor; vector control; matlab simulation 0 引言 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从其动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统的控制方案之一。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。 1异步电动机矢量控制原理及基本方程式 1.1基本公式 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型包括电压方程、磁链方程和电磁转矩方程。分别如下: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + - + - + - - + = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m m m m s s s m m s s s rq rd sq sd i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L L P L R L L P L L P L R u u u u ω ω ω ω ω ω ω ω 1 1 1 1 1 （1） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd i i i i L L L L L L L L ψ ψ ψ ψ （2） ) ( rq sd rd sq m p e i i i i L n T- =（3）当两相同步旋转坐标系按转子磁链定
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真研究资料
1 引言 1.1 概述 矢量变换技术的产生奠定了现代交流调速系统高性能的基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论的概念，从而可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦过程，实现了将交流电动机的控制过程等效成为直流电动机的控制过程，进而使交流调速系统的动态性能得到了很大的改善和提高，进一步使交流调速取代直流调速成为一种可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已广泛地采用了矢量控制的变频调速装置。经过实践证明，采用矢量控制技术控制的交流调速系统[1]的优越性明显高于直流调速系统。 现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器这四大部分构成。现代交流调速系统根据被控的对象—交流电动机种类不同，从而可分为异步电机调速系统和同步电动机调速系统两类，矢量控制的方式是目前交流电动机的先进控制的一种方式，本篇文章对异步电动机的动态数学模型、转差频率矢量控制的基本原理[26] 和概念做了详细简要的阐述，并且结合Matlab的Simulink仿真软件包构建了异步电动机转差频率矢量控制系统的仿真模型，并进行了试验的验证和仿真结果的显示，同时对不同参数下的仿真结果进行了对比研究和分析。这种方法不仅简单、控制精度高，而且能够较好地分析异步电动机调速系统的各项性能。 因为交流异步电动机是一个高阶、非线性、多变量、强耦合的系统。该数学模型比较复杂，所以将其简化成单变量线性系统进行控制可能就达不到理想的性能。为了实现高动态的性能，提出了矢量控制的方法。矢量变换控制技术的产生为现代交流调速系统高性能化奠定了坚实的基础。一般情况下，将含有矢量变换的交流电动机控制称为矢量控制。 Matlab是一种面向工程计算的高级语言，它的Simulink仿真的环境是一种非常优秀的系统仿真工具软件，使用它可以很大程度的提高系统仿真的效率和可靠性。此文在Matlab的Simulink基础上构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统，包含了给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等许多环节，并给出了仿真的实验结果和分析。
感应电机矢量控制系统的仿真
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： ： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模
型。异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换）在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组α、β之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐标系M、T 变换称作两相—两相旋转变换，简称2s/2r 变换，其中s 表示静止，r 表示旋转。 图1、异步电动机的坐标变换结构图二、感应电机矢量控制原理 感应电机是指定转子之间靠电磁感应作用，在转子感应电流以实现机电能量转换的电机。感应电机是异步电机的一种，异步电机主要是指感应电机。以上所讲，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。
矢量控制
转子磁链定向矢量控制策略 转子磁场定向的矢量控制方式目前应用较普遍。将转子磁链的方向定义为m 轴的方向，垂直于m 轴的方向定义为t 轴方向。这时，将以转子磁场进行定向时的m 轴也称为d 轴，t 轴称为q 轴。在异步电机运行过程中假如保持励磁电流恒定，则输出的转矩仅与转矩电流成正比。它的优点是解耦了磁链与转矩，使得控制上较为接近于直流电机的控制，实现了人们最初的设想。 矢量控制的磁链取得方法有间接或直接，也称间接磁场定向和直接磁场定向，它们的区别在于： ①间接磁场定向 间接磁场定向的矢量控制是根据异步电机的数学模型，及各个坐标系下的电机方程，通过计算得到其固有关系式，引入电机参数进行计算，估计磁链的幅值与相角，其缺点是受电机参数的准确性影响较大，且在电机运行过程中，电机参数发生变化需要进行相应的调整，其优点是不需要受到特殊硬件检测设备的制约，节约成本，提高应用性。 ②直接磁场定向 直接磁场定向的矢量控制是运用直接方式，获取磁链的位置、幅值，需安装磁链传感器，而在一些场合，安装磁链传感器很难做到。随着DSP 不断更新升级，使在较短时间内完成运算估算磁链已越来越可行，因此直接磁链观测器越来越多地受到人们重视。其缺点是对仪器的精度要求很高，优点是基本不受转子时间常数影响。如果观测的精度足够高，那么进行矢量控制的准确度就会极为简便。 1.三相异步电动机动态数学模型 在以转子磁场定向的同步旋转坐标系dq 轴下，异步电动机的动态数学模型为 （1） 电压方程为 sd sd s s e s m e m sq sq e s s s e m m rd rd m s m r r s rq rq s m m s r r r u i R L p L L p L u i L R L p L L p u i L p L R L p L u i L L p L R ωωωωωωωω+--????????????+??????=??????-+-???????????????? (1-1) 式中，u sd 、u sq 、u rd 、u rq 、i sd 、i sq 、i rd 、i rq 分别为定子电压、转子电压、定子电流、转子 电流、在dq 轴上的分量；ωs 为转差角速度，即ωs =ωe -ωr ；ωe 为同步角速度；ωr 为转子角速度。由于这里只考虑鼠笼型三相异步电动机，因此在式(1-1)所示的电压方程中第三、第四行内的转子电压分量u rd 、u rq 均为0。 （2） 磁链方程为 sd sd s m sq sq s m rd rd m r rq rq m r 0000000 i L L i L L i L L i L L ψψψψ???? ???????????? ??=?????????????????????? (1-2) 式中，L s 、L r 为定子和转子的自感；L m 为定转子互感。
异步电动机矢量控制系统的设计与仿真
异步电动机矢量控制系统的设计与仿真 .异步电动机矢量控制系统的设计与仿真在矢量控制技术出现之前，现代交流调速系统采用了恒压频比控制策略。这种控制策略的缺点是，当电机低速旋转或在加减速、负载加减等动态条件下，系统性能显著降低，导致交流调速系统在低速、启动时转矩的动态响应和整个系统的稳定性方面不如DC调速系统，无法满足人们对高精度的要求。后来，交流异步电动机控制开始从标量控制向矢量控制迈进。以下是矢量控制理论的简要介绍。矢量控制发展的基础和核心理论支撑是电机的一些概念，如坐标转换原理、机电能量转换理论等。这种控制的基本思想和方法是将异步电机模拟成DC电机来控制。只要建立等效于三相交流绕组组的两相绕组，就可以建立等效于异步电机的DC电机模型，并增加相应的比例积分调节环节，从而可以按照DC 电机的控制策略来控制异步电机。因此，矢量控制可以实现对电机电磁转矩的动态实时控制，从而优化和提高调速性能。根据这一思想，我在本项目中成功地进行了MATLAB仿真。关键词: 交流电机； 矢量控制调速系统； 矢量控制系统的设计与仿真交流调速系统的仿真采用常V/f比控制方法，通常称为标量控制。采用这种方法的系统在电机低速运行时或在加速、减速、增加负载、减少负载等情况下会出现重大缺陷。采用矢量控制的交流电机可以达到与恒流电机相同的控制性能，从此交
流异步电机控制从标量控制向矢量控制迈进了一大步。以下是矢量控制理论的简要介绍。矢量控制发展的基础和核心理论支撑是电机的一些概念，如坐标转换原理、机电能量转换理论等。这种控制的基本思想和方法是将异步电机模拟成DC电机来控制。只要建立等效于三相交流绕组组的两相绕组，就可以建立等效于异步电机的DC电机模型，并增加相应的比例积分调节环节，从而可以按照DC电机的控制策略来控制异步电机。因此，矢量控制可以实现对电机电磁转矩的动态实时控制，从而优化和提高调速性能。根据这一思想，我在本项目中成功地进行了MATLAB仿真。关键词: 交流电机； 矢量控制调速系统； 矢量控制系统的设计与仿真交流调速系统的仿真采用常V/f比控制方法，通常称为标量控制。采用这种方法的系统在电机低速运行时或在加速、减速、增加负载、减少负载等情况下会出现重大缺陷。采用矢量控制的交流电机可以达到与恒流电机相同的控制性能，甚至更好。矢量控制是从电机集成理论的基础上发展起来的，机械的:(1)加上一个用于预校正的外部驱动器: (2 ),其中比例系数是积分系数，采样周期是实际输出值。(3) (4)在低频(f5HZ)下，原始近似不再有效，因为它不能被忽略，并且相位差增加。从近似的转子磁链观测器，磁链幅值可以用公式来观测，只有磁链可以开环控制，即由给定的磁链计算得到，另外，为了防止电机不平衡或过弱过强，输出限制在软件编制额定值的75%~115%以内。3设计概述本文研究了异步电动机矢
异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究开题报告
异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究开题 报告 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 在近二三十年来，各国学者致力于研究无速度传感器控制系统，无速度传感器控制技术的出现开始于常规带速度传感器的传递动力控制系统，处理问题的起始点是运用检测容易检测到的物理量诸如定子电流和定子电压估算它的速度而代替速度传感器。主要的方面是怎么样进行对转速的信息的准确得到，并且保持有很高的控制准确度，实现即时控制的需要。对硬件的检测在无速度传感器的控制系统一般不会出现，省去了伴随着带速度传感器的很多必须的麻烦步骤，对该系统的可靠程度进行了增加，减少系统成本的支出，增加了系统的简易程度：另外使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机和控制器之间的连线，无速度传感器的异步电机的调速系统因为这方面的优势得以在工程中得到广泛的应用。研究人员为了解决速度估计、磁通辨识和参数适应性等基本问题，提出了多种转速估计和磁通辨识的方法，可运用状态估计、间接测量、参数辨识、直接计算等手段，从定子电流和定子电压中提取出与速度有关的量，从而获得转子速度。 在电力电子器件、计算机技术和微处理器的迅猛发展期间，变频调速的控制技术和手段由变压变频、转差频率控制发展到了矢量控制变频调速技术，交流电机无速度传感器矢量控制三电平变频技术最近二三十年才发展起来的一项控制技术。无速度传感器控制技术的发展从一般的有速度传感器的传递动力控制系统开始，处理问题的方法是运用检测的
定子电压、电流等检测出来不复杂的量进行速度估计而代替速度传感器。最主要的是对于转速信息的获取，且保持较高的控制精度并且满足实时控制的要求。在中国，这方面的应用才发展了10多年，这一技术的发展，不仅仅是控制技术的进步和调速性能的优良所能概括的，它已经和节约能源和经济效益密切联系，成为影响国民经济发展的重要因素。在外国，小到家用电器，大到交流电动机，都是采用了这项技术，其变频器类的产品的发展，有每两年也一次的更新速度。无速度传感器异步电动机矢量控制研究提出为交流传动理论上的突破提供了帮助。矢量控制技术以坐标替换理论为基础，用转磁场的方向加以确定方向，在同步旋转坐标系中的转矩分量和励磁分量是相互垂直的，它们构成了定子的电流矢量。定子电流转矩电流分量与励磁电流分量的解耦得到了成功 实现，幅值由于控制转子磁链的不变遇不发生变化，直观化的转矩处理得以实现，使其线性机械特性和他励直电动机一样，矢量控制技术的运用使交流调速系统的动、静态性达到了直流双闭环调速系统的水平。 在一般有速度传感器的矢量控制的基本结构上，产生并发展起了无速度传感器矢量控制技术，而且是作为一项先进技术，无速度传感器的矢量控制技术还是采用了磁场定向控制技术，但是获取电机转速信息的方式和来源都不同了。所以说无速度传感器矢量控制技术的最主要的技术是对与电机的转速信息的准确得知。最近一段时间，对转速进行的方式多到有十来种，但是转速估计的准确度与动态的性能对其也有影响，所以多数运用的无速度传感器调整速度系统只是可以对普通的动态性能加以实现，它的调整速度范围也很小。国外对无速度传感器研究和实际
三相异步电动机矢量控制技术分析 丁苏
三相异步电动机矢量控制技术分析丁苏 摘要：矢量控制技术是现代交流电机控制方式的发展方向之一，广泛应用于城市轨道交通车辆方面。矢量控制技术以经过3/2坐标变换的电机的动态模型为基础，利用坐标旋转变换技术实现了定子电流励磁分量与转矩分量的解耦，使交流电机在理论上能像直流电机一样分别对励磁分量与转矩分量进行独立控制，获得像直流电机一样良好的动态性能。 关键词：异步电动机；空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）；矢量控制；磁通观测 1、矢量控制方法的发展 目前交流电机采用的控制方法主要可以分为两类：一个是基于转子磁场定向以及内部电流环控制的矢量控制方法，另一个是基于定子磁链观测和滞环比较控制器的直接转矩控制方法。1971年德国西门子公司的F.Blaschke提出异步电动机的矢量控制技术，使交流调速控制理论获得了第一次质的飞跃。 矢量控制技术使高性能交流调速得以实现，使其获得了巨大的发展空间。但是，矢量控制需要确定转子磁链的具体位置，同时为了使电机工作在合理的工作状态下，磁链幅值也必须加以控制。而磁链一般不能直接检测，因此在矢量控制系统中用电机参数计算出磁链的位置角或利用磁链观测器观测磁链。这些方法都与电机参数有关，而在电机运行过程中，电机参数会随环境温度和励磁条件的变化，在一定范围变动。 2、矢量控制的基本概念 3、矢量变换控制的基本思想 所谓矢量控制就是将用静止坐标系所表示的电动机矢量变换到以气隙磁场或转子磁场定向的坐标轴系。这里选用转子磁场定向。三相电流、、经过由三相静止坐标系到两相静止坐标系αβ轴，再由两相静止坐标系到两相旋转坐标系dq 轴的变换，并使d轴沿着转子磁链的方向，则异步电动机就变成了由励磁电流分量和转矩电流分量分开控制的直流电动机。按照直流电动机的控制方法，求得控制量后，再经过坐标反变换，就能控制异步电动机，对异步电动机的控制转为转子磁链参照系下的直流电动机的控制。 PWM控制技术就是利用功率开关器件的通断把直流电压变换成电压脉冲列，并通过控制电压的脉冲宽度或周期以达到变频、变压的目的，该技术是地铁车辆电机驱动控制的核心技术之一。 PWM控制技术有很多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分可以把它分为四类：即等脉宽PWM法、正弦波PWM法（SPWM法）、空间电压矢量PWM法（SVPWM法）和电流跟踪的PWM法。 等脉宽PWM法为了克服PAM方式中逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压的特点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它的每一脉冲的宽度均相等，改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度可以调压，采用适当控制方法可以使电压和频率协调的变化。该方法的缺点是输出电压中除了基波成分外，还包括有较大的谐波成分。 SPWM法是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展起来的。它是从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可以调频、调压的三相对称正弦波电源。具体的方法是以一个正弦波作为基准波，用一系列等幅的三角波与基准正弦波相比较，由它们的交点确定逆变器的开关模式。当基准正弦波高于三角载波时，使相应的功率开关器件导通；当基准正弦波低于三角载波时，使开关器件截止。该方法的特点是，在半个周期中总是中间的脉冲宽，两边的脉冲窄，各脉冲的面积与该区间正弦波下的面积成比例，这样在输出电压中的低次谐波成分就可以大大减小。 还有许多和上述SPWM法相类似的PWM法，如梯形波与三角波相交的方法，马鞍波与
按照转子磁链定向的矢量控制系统仿真
按照转子磁链定向旳矢量控制系统仿真 1.矢量控制技术概述 异步电机旳动态数学模型是一种高阶、非线性、强耦合旳多变量系统，其控制十分复杂。矢量控制实现旳基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对机旳励磁电流和转矩电流进行控制，从而到达控制异步电动机转矩旳目旳。将异步电动机旳异步电动定子电流矢量分解为产生磁场旳电流分量(励磁电流) 和产生转矩旳电流分量(转矩电流) 分别加以控制，并同步控制两分量间旳幅值和相位，即控制定子电流矢量，因此称这种控制方式称为矢量控制方式。 ω 图1 带转矩内环节磁链闭环旳矢量控制系统构造图 2.几种关键问题： ●转子磁链函数发生器 根据电机旳调速范围和给定旳转速信号，在恒转矩范围内恒磁通调速、转子磁通保持额定磁通；在恒功率范围内弱磁调速，转子磁通随转速指令旳增大而减小。 转子磁链函数发生器用来产生磁链大小信号。这里采用下面旳曲线。转子磁链旳幅值一般为1。 ●转子磁链旳观测与定向 转子磁链旳观测模型重要有二种：
（1） 在两相静止坐标系上旳转子磁链模型 电机旳定子电压和电流由传感器测得后，通过3S/2S 变换，再根据异步电机在两项静止坐标系下旳数学模型，计算转子磁链旳大小。 ()r αm s αr r βr 1 1 L i T T p ψωψ= -+ ()r βm s βr r αr 1 1 L i T T p ψωψ= ++ （2） 按磁场定向两相旋转坐标系上旳转子磁链模型 三相定子电流 iA 、 iB 、iC 经3/2变换变成两相静止坐标系电流 is α 、 is β ，再经同步旋转变换并按转子磁链定向，得到M ，T 坐标系上旳电流 ism 、ist ，运用矢量控制方程式 m st 1s r r L i T ωωωψ-== m r sm r 1L i T p ψ= + 可以获得 ψr 和 ωs 信号，由ωs 与实测转速 ω 相加得到定子频率信号ω1，再经积分即为转子磁链旳相位角ϕ ，它也就是同步旋转变换旳旋转相位角。 电磁转矩旳观测 根据异步电机在不一样坐标系下旳模型，可以得到多种电磁转矩旳体现形式，由这些体现形式可以得到转矩观测器旳体现： p m e st r r n L T i L ψ= 3. 建模与仿真 运用Simulink/Powersystem 工具箱，搭建按照转子磁链定向旳矢量控制调速系统旳模型如图：
交流调速系统仿真实验
交流调速系统仿真实验 一、实验目的 1、了解交流异步电动机矢量变频调速系统的结构，并能建立其仿真模型进行仿真实验验证。 2、掌握交流异步电动机采用磁场定向控制（FOC）变频调速系统的工作原理、优缺点及应 用场合。 3、掌握交流异步电动机磁场定向控制中实现矢量变换的方法和意义。 a) 了解交流异步电动机直接转矩控制中滞环工作原理以及电压空间矢量的概念。 b) 研究不同控制方式下有关控制参数变化对系统稳态与动态特性的影响。 二、实验原理 1、交流异步电动机转子磁场定向控制原理 1.1交流异步电动机数学模型 在介绍磁场定向控制原理前，先引入异步电机的数学模型。为了分析方便，先对三相异步电机做如下理想化假定： （1）电机定转子三相绕组完全对称； （2）定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布；（3）磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计。 在图1所示的旋转坐标下，其中a、b、c为三相定子绕组，?、?为两相定子坐标， d、q为两相转子旋转坐标，isd、isq、is?、is?分别是定子电流矢量is在d、q、?、?轴上的分量。 b q ? isq is? is ?s d isd ? a,? is? c 图1. 异步电机的坐标系 1.2 交流异步电动机转子磁场控制原理图2所示的是异步电机磁场定向控制的框图，利用空间矢量分析法，采用磁场定向将定子电流进行CLARK变换和PARK 变换（下文会对矢量变换进行介绍），得到在dq坐标系下的励磁反馈电流isd和转矩反馈电流isq，与给定励磁电流isdref和转矩电流isqref，再经过PARK逆变换输出在??坐标下的电压，用来决定空间矢量的PWM波形输出。速度反馈一方面用于与给定速度比较产生isqref，另一方面进入电流模型决定磁链的位置，并用于PARK和CLARK逆变换。通过采样电机三相电流，经过坐标变换转换到转子的同步坐标下，在经过电流环PI调节出适当的电压矢量，经过空间矢量发生器后去控制三相逆变器。这里在进行坐标变换时需要知
转速磁链的矢量控制
转速、磁链控制的矢量控制系统分析及MATLAB 仿真 1 矢量控制的介绍 1.1 矢量控制的原理 矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以腔制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。 1.2 矢量控制系统结构 既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(Vector Control System)，简称VC 系统。VC 系统的原理结构如图1所示。图中的给定和反馈 信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号*m i 和电 枢电流的给定信号*t i ，经过反旋转变换1-VR 得到*αi 和*βi ，再经过2／3变换得到*A i 、*B i 和* C i 。把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号1ω加到电流控制的变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。 图1 矢量控制系统原理结构图
在设计VC 系统时，如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为在控制器后面的反旋转变换器1-VR 与电机内部的旋转变换环节VR 相抵消，2／3变换器与电机内部的3／2变换环节相抵消，则图1中虚线框内的部分可以删去，剩下的就是直流调速系统了。可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。 2转速、磁链矢量控制方程及控制系统 前面的定性分析是矢量控制的基本思路，其中的矢量变换包括三相与两相变换和同步旋转变换。实际上异步电动机具有定子和转子，定、转子电流都得变换，情况更复杂一些，要研究清楚还必须从分析动态数学模型开始。 如前所述，取d 轴为沿转子总磁链矢量r ψ的方向，称作M(Magnetization)轴，再逆时针转090就是q 轴，它垂直于矢量r ψ，又称T(Torque)轴。这样的两相同步旋转坐标系称作M 、T 坐标系，即按转子磁链定向(Field Orientation)的旋转坐标系。 当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，应有 0,====rt rq r rm rd ψψψψψ （2-1） 代入转矩方程式和s r i --ψω状态方程式，并用m 、t 代替d 、q ，即得 r st r m p e i L L n T ψ= （2-2） L p r st r m p T J n i JL L n dt d -=ψω2 （2-3） sm r m r r r i T L T dt d +-=ψψ1 （2-4） ()st r m r i T L + --=ψωω10 （2-5） s sm st sm r s m r r s r r r s m sm L u i i L L L R L R T L L L dt di σωσψσ+++-=122 2 （2-6） s st sm st r s m r r s r r s m st L u i i L L L R L R L L L dt di σωσωψσ+-+--=1222 （2-7）
基于Matlab异步电动机矢量控制系统的仿真
基于Matlab转差频率控制的 矢量控制系统的仿真 概述： 常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U ／f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。 Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。 矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量交换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上，并按转子磁场准确定向地控制，电动机才能获得最优的动态性能。转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具有良好的控制性能、因此，早起的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。基于此，本文在Mtalab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。 1转差频率矢量控制系统 由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁
转矩控制、矢量控制
转矩控制、矢量控制
转矩控制、矢量控制和VF控制解析 1.变转矩就是负载转矩随电机转速增大而增大，是非线性变化的，如风机水泵 恒转矩就是负载转矩不随电机转速增大而增大，一般是相对于恒功率控制而言。如皮带运输机提升机等机械负载 2.VF控制就是变频器输出频率与输出电压比值为恒定值或正比。例如：50HZ时输出电压为380V,25HZ时输出电压为190V即恒磁通控制；转矩不可控，系统只是一个以转速物理量做闭环的单闭环控制系统，他只能控制电机的转速 根据电机原理可知，三相异步电机定子每相电动势的有效 值： E1=4.44f1N1Φm式中：E1--定子每相由气隙磁通感应的电 动势的有效值，V ；f1--定子频率，Hz；N1——定子每相绕组有效匝数；Φm-每极磁通量由式中可以看出，Φm的值由E1/f1决定，但由于E1难以直接控制，所以在电动势较高时，可忽略定子漏阻抗压降，而用定子相电压U1代替。那么要保证Φm不变，只要 U1/f1始终为一定值即可。这是基频以下调时速的基本情况，为恒压频比（恒磁通）控制方式，属于恒转矩调速。 基准频率为恒转矩调速区的最高频率，基准频率所对应的电压为即为基准电压，是恒转矩调速区的最高电压，在基频以下调速时，电压会随频率而变化，但两者的比值不变。在基频以上调速时，频率从基频向上可以调至上限频率值，但是由于电机定子不能超过电机额
定电压，因此电压不再随频率变化，而保持基准电压值不变，这时电机主磁通必须随频率升高而减弱，转矩相应减小，功率基本保持不变，属于恒功率调速区。 3.矢量控制，把输出电流分励磁和转矩电流并分别控制，转矩可控，系统是一个以转矩做内环，转速做外环的双闭环控制系统。它既可以控制电机的转速，也可以控制电机的扭矩。 矢量控制时的速度控制（ASR）通过操作转矩指令，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。 带PG 的V/f 控制时的速度控制通过操作输出频率，使得速度指令和速度检出值（PG 的反馈或速度推定值）的偏差值为0。 矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理,根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制,在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 矢量控制分有速度传感器矢量控制和无速度传感器矢量控制两种,前者精度高后者精度低。矢量控制系统的无速度传感器运行方式，首先必须解决电机转速和转子磁链位置角的在线辨识问题。常用的方法
异步电动机矢量控制系统仿真模型设计本科本科毕业论文
异步电动机矢量控制系统的仿真模型设计 中文摘要：矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。通过空间矢量的坐标变换，对系统进行建模，其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR 等模块。并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。 关键词：异步电动机、矢量控制、MATLAB仿真 Abstract：Vector control(VC) is based on motor unification principle,energy conversion and vector coordinate transformation theory.By transforming coordinate, The stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively.So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. This paper does some research works of the asynchronous motor flux vector control closed-loop research and exploration. Through the space vector coordinate transformation, and the modeling of system,including DC power supply, inverter, AC motor, rotor flux current model, the ASR, ATR,AΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis. Key Words：Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation
异步电机矢量控制设计
异步电机的矢量控制设计及仿真
前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为 V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加 减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交 流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完 全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制 ( 以下简称 VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展 提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用 了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励 磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动 机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的 交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控 制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的 F .Blashke 和 W .Flotor 提出了“感应电机磁场 定向的控制原理” ，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空 间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分 别控制的目的 , 得到了类似于直流电机的模型 , 然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基 础上 , 利 Matlab/Simulink 中 SimPowerSystems模块, 采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调 节模块 , 再进行功能模块的有机整合 , 构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制 系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能 力强 , 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这 样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势 为准则，在三相坐标系上的定子交流电机i A、i B、i C，通过 3/2变换可以等效成