電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)6-文檔資料

第6章基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2024/12/271基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的性質(zhì)，要獲得高動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，必須從動(dòng)態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是已經(jīng)獲得成熟應(yīng)用的兩種基于動(dòng)態(tài)模型的高性能交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2024/12/272基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速矢量控制系統(tǒng)通過(guò)矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電動(dòng)機(jī)模型，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)控制。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號(hào)，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的定子電壓矢量，實(shí)施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。2024/12/273內(nèi)容提要異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)變換異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較2024/12/2746.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)電磁耦合是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的必要條件，電流與磁通的乘積產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速與磁通的乘積得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。無(wú)論是直流電動(dòng)機(jī)，還是交流電動(dòng)機(jī)均如此。交、直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，其表達(dá)式差異很大。2024/12/2756.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組相互獨(dú)立，勵(lì)磁電流和電樞電流單獨(dú)可控，勵(lì)磁和電樞繞組各自產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)在空間無(wú)交叉耦合。氣隙磁通由勵(lì)磁繞組單獨(dú)產(chǎn)生，而電磁轉(zhuǎn)矩正比于磁通與電樞電流的乘積。保持勵(lì)磁電流恒定，只通過(guò)電樞電流來(lái)控制電磁轉(zhuǎn)矩。2024/12/2766.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓（或電流）和頻率兩種獨(dú)立的輸入變量。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也是一個(gè)輸出變量。2024/12/2776.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)無(wú)法單獨(dú)對(duì)磁通進(jìn)行控制，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在數(shù)學(xué)模型中含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)。三相異步電動(dòng)機(jī)三相繞組存在交叉耦合，每個(gè)繞組都有各自的電磁慣性，再考慮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系等，動(dòng)態(tài)模型是一個(gè)高階系統(tǒng)。2024/12/2786.2異步電動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型作如下的假設(shè)：忽略空間諧波，三相繞組對(duì)稱，產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙按正弦規(guī)律分布。忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的。忽略鐵心損耗。不考慮頻率變化和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響。2024/12/2796.2異步電動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型無(wú)論異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型的，都可以等效成三相繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。異步電動(dòng)機(jī)三相繞組可以是Y連接，也可以是Δ連接。若三相繞組為Δ連接，可先用Δ—Y變換，等效為Y連接。然后，按Y連接進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。2024/12/27106.2異步電動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的。轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型2024/12/27116.2.1異步電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成。磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程電壓方程和運(yùn)動(dòng)方程為微分方程2024/12/2712磁鏈方程異步電動(dòng)機(jī)每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和2024/12/2713自感或?qū)懗啥ㄗ痈飨嘧愿修D(zhuǎn)子各相自感2024/12/2714互感繞組之間的互感又分為兩類定子三相彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼此之間位置都是固定的，故互感為常值；定子任一相與轉(zhuǎn)子任一相之間的相對(duì)位置是變化的，互感是角位移的函數(shù)。2024/12/2715定子三相間或轉(zhuǎn)子三相間互感三相繞組軸線彼此在空間的相位差互感定子三相間或轉(zhuǎn)子三相間互感2024/12/2716定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感由于相互間位置的變化可分別表示為當(dāng)定、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線重合時(shí)，兩者之間的互感值最大2024/12/2717磁鏈方程磁鏈方程，用分塊矩陣表示2024/12/2718電感矩陣定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣2024/12/2719電感矩陣定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時(shí)變2024/12/2720電壓方程三相繞組電壓平衡方程2024/12/2721電壓方程將電壓方程寫成矩陣形式2024/12/2722電壓方程把磁鏈方程代入電壓方程，展開(kāi)2024/12/2723電壓方程電流變化引起的脈變電動(dòng)勢(shì)，或稱變壓器電動(dòng)勢(shì)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置變化產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)2024/12/2724電壓方程轉(zhuǎn)矩方程運(yùn)動(dòng)方程轉(zhuǎn)角方程2024/12/2725異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性非線性強(qiáng)耦合性非線性耦合體現(xiàn)在電壓方程、磁鏈方程與轉(zhuǎn)矩方程。既存在定子和轉(zhuǎn)子間的耦合，也存在三相繞組間的交叉耦合。非線性變參數(shù)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩中都包含變量之間的乘積，這是非線性的基本因素。定轉(zhuǎn)子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致其夾角不斷變化，使得互感矩陣為非線性變參數(shù)矩陣。2024/12/27266.2.2異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的性質(zhì)異步電動(dòng)機(jī)三相繞組為Y無(wú)中線連接，若為Δ連接，可等效為Y連接?？梢宰C明：異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件2024/12/2727異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性三相變量中只有兩相是獨(dú)立的，因此三相原始數(shù)學(xué)模型并不是物理對(duì)象最簡(jiǎn)潔的描述。完全可以而且也有必要用兩相模型代替。2024/12/27286.3坐標(biāo)變換異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型相當(dāng)復(fù)雜，簡(jiǎn)化的基本方法就是坐標(biāo)變換。異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€(gè)復(fù)雜的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程，它們體現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)的電磁耦合和能量轉(zhuǎn)換的復(fù)雜關(guān)系。要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，須從電磁耦合關(guān)系入手。2024/12/27296.3.1坐標(biāo)變換的基本思路兩極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型，F(xiàn)為勵(lì)磁繞組，A為電樞繞組，C為補(bǔ)償繞組。F和C都在定子上，A在轉(zhuǎn)子上。二極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型2024/12/27306.3.1坐標(biāo)變換的基本思路把F的軸線稱作直軸或d軸，主磁通的方向就是沿著d軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q軸。雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但由于換向器和電刷的作用，閉合的電樞繞組分成兩條支路。電刷兩側(cè)每條支路中導(dǎo)線的電流方向總是相同的。2024/12/27316.3.1坐標(biāo)變換的基本思路當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個(gè)在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會(huì)切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，這又和真正靜止的繞組不同。把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”2024/12/27326.3.1坐標(biāo)變換的基本思路電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動(dòng)勢(shì)抵消，或者由于其作用方向與d軸垂直而對(duì)主磁通影響甚微。所以直流電動(dòng)機(jī)的主磁通基本上由勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流決定，這是直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的根本原因。2024/12/27336.3.1坐標(biāo)變換的基本思路如果能將交流電動(dòng)機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。不同坐標(biāo)系中電動(dòng)機(jī)模型等效的原則是：在不同坐標(biāo)下繞組所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)相等。2024/12/27346.3.1坐標(biāo)變換的基本思路在交流電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組A、B、C中，通以三相平衡的正弦電流，所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。任意對(duì)稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單。2024/12/27356.3.1坐標(biāo)變換的基本思路三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。所以，三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對(duì)稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。2024/12/27366.3.1坐標(biāo)變換的基本思路所謂獨(dú)立是指兩相繞組間無(wú)約束條件所謂對(duì)稱是指兩相繞組的匝數(shù)和阻值相等所謂正交是指兩相繞組在空間互差2024/12/27376.3.1坐標(biāo)變換的基本思路三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型2024/12/27386.3.1坐標(biāo)變換的基本思路兩相繞組，通以兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，即認(rèn)為兩相繞組與三相繞組等效，這就是3/2變換。2024/12/27396.3.1坐標(biāo)變換的基本思路兩個(gè)匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)F，其位置相對(duì)于繞組來(lái)說(shuō)是固定的。如果人為地讓包含兩個(gè)繞組在內(nèi)的鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，磁動(dòng)勢(shì)F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來(lái)，成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速與固定的交流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相等，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。2024/12/27406.3.1坐標(biāo)變換的基本思路當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，在他看來(lái)，d和q是兩個(gè)通入直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的空間位置在d軸上，就和直流電動(dòng)機(jī)物理模型沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別了。繞組d相當(dāng)于勵(lì)磁繞組，q相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。2024/12/27416.3.1坐標(biāo)變換的基本思路靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型2024/12/27426.3.2三相-兩相變換（3/2變換）三相繞組A、B、C和兩相繞組之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱3/2變換。ABC和兩個(gè)坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量，將兩個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，并使A軸和軸重合。2024/12/27436.3.2三相-兩相變換（3/2變換）按照磁動(dòng)勢(shì)相等的等效原則，三相合成磁動(dòng)勢(shì)與兩相合成磁動(dòng)勢(shì)相等，故兩套繞組磁動(dòng)勢(shì)在αβ軸上的投影應(yīng)相等。2024/12/27446.3.2三相-兩相變換（3/2變換）三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量2024/12/27456.3.2三相-兩相變換（3/2變換）寫成矩陣形式按照變換前后總功率不變，匝數(shù)比為2024/12/27466.3.2三相-兩相變換（3/2變換）三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣2024/12/27476.3.2三相-兩相變換（3/2變換）兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱2/3變換）的變換矩陣2024/12/27486.3.2三相-兩相變換（3/2變換）考慮到也可以寫作電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同2024/12/27496.3.3靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）從靜止兩相正交坐標(biāo)系αβ到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq的變換，稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換，簡(jiǎn)稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)，變換的原則同樣是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。2024/12/27506.3.3靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量2024/12/27516.3.3靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）旋轉(zhuǎn)正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣2024/12/27526.3.3靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣與電流旋轉(zhuǎn)變換陣相同2024/12/27536.4異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型首先推導(dǎo)靜止兩相正交坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，然后推廣到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系。由于運(yùn)動(dòng)方程不隨坐標(biāo)變換而變化，故僅討論電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程。在以下論述中，下標(biāo)s表示定子，下標(biāo)r表示轉(zhuǎn)子。2024/12/27546.4.1靜止兩相正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是靜止的，只要進(jìn)行3/2變換就行了。轉(zhuǎn)子繞組是旋轉(zhuǎn)的，必須通過(guò)3/2變換和旋轉(zhuǎn)到靜止的變換，才能變換到靜止兩相正交坐標(biāo)系。2024/12/2755定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換對(duì)靜止的定子三相繞組和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子三相繞組進(jìn)行相同的3/2變換，變換后的定子兩相正交坐標(biāo)系靜止，而轉(zhuǎn)子兩相正交坐標(biāo)系以角速度逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2024/12/2756定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換2024/12/2757定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換電壓方程2024/12/2758定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程2024/12/2759定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換3/2變換將按三相繞組等效為互相垂直的兩相繞組，消除了定子三相繞組、轉(zhuǎn)子三相繞組間的相互耦合。定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組間仍存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而定、轉(zhuǎn)子繞組互感陣仍是非線性的變參數(shù)陣。輸出轉(zhuǎn)矩仍是定、轉(zhuǎn)子電流及其定、轉(zhuǎn)子夾角的函數(shù)。2024/12/2760定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡(jiǎn)化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。2024/12/2761靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程對(duì)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系作旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換，使其與定子坐標(biāo)系重合，且保持靜止。用靜止的兩相轉(zhuǎn)子正交繞組等效代替原先轉(zhuǎn)動(dòng)的兩相繞組。2024/12/2762靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程電壓方程2024/12/2763靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程2024/12/2764靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定、轉(zhuǎn)子繞組用相對(duì)靜止的等效繞組來(lái)代替，消除了定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響。旋轉(zhuǎn)變換的優(yōu)點(diǎn)在于將非線性變參數(shù)的磁鏈方程轉(zhuǎn)化為線性定常的方程，但卻加劇了電壓方程中的非線性耦合程度，將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來(lái)了，并沒(méi)有改變對(duì)象的非線性耦合性質(zhì)。2024/12/27656.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型對(duì)定子坐標(biāo)系和轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系同時(shí)施行旋轉(zhuǎn)變換，把它們變換到同一個(gè)旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq上，dq相對(duì)于定子的旋轉(zhuǎn)角速度為ω12024/12/27666.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換a）定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系b）旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系2024/12/27676.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型定子旋轉(zhuǎn)變換陣轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變換陣

2024/12/27686.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型電壓方程2024/12/27696.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程2024/12/27706.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型旋轉(zhuǎn)變換是用旋轉(zhuǎn)的繞組代替原來(lái)靜止的定子繞組，并使等效的轉(zhuǎn)子繞組與等效的定子繞組重合，且保持嚴(yán)格同步，等效后定、轉(zhuǎn)子繞組間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程與靜止兩相正交坐標(biāo)系中相同，僅下標(biāo)發(fā)生變化。2024/12/27716.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型兩相旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的電壓方程中旋轉(zhuǎn)電勢(shì)非線性耦合作用更為嚴(yán)重，這是因?yàn)椴粌H對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)變換，對(duì)定子繞組也施行了相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換。2024/12/27726.4.2旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型從表面上看來(lái)，旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型不如靜止兩相正交坐標(biāo)系的簡(jiǎn)單，實(shí)際上旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于增加了一個(gè)輸入量ω1，提高了系統(tǒng)控制的自由度。旋轉(zhuǎn)速度任意的正交坐標(biāo)系無(wú)實(shí)際使用意義，常用的是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將繞組中的交流量變?yōu)橹绷髁?，以便模擬直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。2024/12/27736.5異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，其中既有微分方程（電壓方程與運(yùn)動(dòng)方程），又有代數(shù)方程（磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程）。討論用狀態(tài)方程描述的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。2024/12/27746.5.1狀態(tài)變量的選取旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系上的異步電動(dòng)機(jī)具有4階電壓方程和1階運(yùn)動(dòng)方程，因此須選取5個(gè)狀態(tài)變量?？蛇x的狀態(tài)變量共有9個(gè)，這9個(gè)變量分為5組：①轉(zhuǎn)速；②定子電流；③轉(zhuǎn)子電流；④定子磁鏈；⑤轉(zhuǎn)子磁鏈。2024/12/27756.5.1狀態(tài)變量的選取轉(zhuǎn)速作為輸出變量必須選取。其余的4組變量可以任意選取兩組，定子電流可以直接檢測(cè)，應(yīng)當(dāng)選為狀態(tài)變量。剩下的3組均不可直接檢測(cè)或檢測(cè)十分困難，考慮到磁鏈對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行很重要，可以選定子磁鏈或轉(zhuǎn)子磁鏈。2024/12/27766.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量dq坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程狀態(tài)變量輸入變量輸出變量2024/12/27776.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)部是短路的電壓方程2024/12/27786.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)矩方程運(yùn)動(dòng)方程2024/12/27796.5.2狀態(tài)方程狀態(tài)方程2024/12/27806.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程輸出方程轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)電動(dòng)機(jī)漏磁系數(shù)2024/12/27816.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27826.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq坐標(biāo)系蛻化為αβ坐標(biāo)系狀態(tài)變量輸入變量輸出變量2024/12/27836.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)矩方程運(yùn)動(dòng)方程2024/12/27846.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程狀態(tài)方程2024/12/27856.5.2狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程αβ坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27866.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程狀態(tài)變量輸入變量輸出變量2024/12/27876.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程狀態(tài)方程2024/12/27886.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)矩方程輸出方程2024/12/27896.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27906.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq坐標(biāo)系蛻化為αβ坐標(biāo)系，當(dāng)狀態(tài)變量輸入變量輸出變量轉(zhuǎn)矩方程2024/12/27916.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程狀態(tài)方程2024/12/27926.5.3狀態(tài)方程為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程αβ坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27936.5.4異步電動(dòng)機(jī)的仿真在進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)仿真時(shí)，沒(méi)有必要對(duì)各種狀態(tài)方程逐一進(jìn)行，只要以一種為內(nèi)核，在外圍加上坐標(biāo)變換和狀態(tài)變換，就可得到在不同的坐標(biāo)系下、不同狀態(tài)量的仿真結(jié)果。構(gòu)建異步電動(dòng)機(jī)仿真模型在αβ坐標(biāo)系，狀態(tài)變量為2024/12/27946.5.4異步電動(dòng)機(jī)的仿真異步電動(dòng)機(jī)仿真模型2024/12/27956.5.4異步電動(dòng)機(jī)的仿真三相異步電動(dòng)機(jī)仿真模型2024/12/27966.5.4異步電動(dòng)機(jī)的仿真異步電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)和加載過(guò)程2024/12/27976.5.4異步電動(dòng)機(jī)的仿真異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)電流2024/12/27986.6異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型。仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。2024/12/27996.6異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（VectorControl簡(jiǎn)稱VC）系統(tǒng)或按轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制（FluxOrientationControl簡(jiǎn)稱FOC）系統(tǒng)。2024/12/271006.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系的一個(gè)特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?，稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱mt坐標(biāo)系。2024/12/271016.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系2024/12/271026.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾蠟榱吮ＷCm軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶渴冀K重合，還必須使2024/12/271036.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程2024/12/271046.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程由導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差定義為轉(zhuǎn)差角頻率2024/12/271056.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式定子電流勵(lì)磁分量定子電流轉(zhuǎn)矩分量2024/12/271066.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵(lì)磁分量產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型相當(dāng)。2024/12/271076.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2024/12/271086.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦，電流的微分方程中仍存在非線性和交叉耦合。采用電流閉環(huán)控制，可有效抑制這一現(xiàn)象，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。2024/12/271096.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想異步電動(dòng)機(jī)矢量變換及等效直流電動(dòng)機(jī)模型2024/12/271106.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中計(jì)算定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值，經(jīng)過(guò)反旋轉(zhuǎn)變換2r/2s和2/3變換得到三相電流。通過(guò)電流閉環(huán)的跟隨控制，輸出異步電動(dòng)機(jī)所需的三相定子電流。2024/12/271116.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2024/12/271126.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，認(rèn)為電流跟隨控制的近似傳遞函數(shù)為1，且2/3變換與電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)相抵消，反旋轉(zhuǎn)變換2r/2s與電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換2s/2r相抵消，則圖虛線框內(nèi)的部分可以用傳遞函數(shù)為1的直線代替。2024/12/271136.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想簡(jiǎn)化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng)2024/12/271146.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上可以與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。2024/12/271156.6.3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的電流閉環(huán)控制方式轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)節(jié)為穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用閉環(huán)控制，也可以采用開(kāi)環(huán)控制方式；而轉(zhuǎn)速通道存在積分環(huán)節(jié)，必須加轉(zhuǎn)速外環(huán)使之穩(wěn)定。電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27116電流閉環(huán)控制常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：①將定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值施行2/3變換，得到三相電流給定值，采用電流滯環(huán)控制型PWM變頻器，在三相定子坐標(biāo)系中完成電流閉環(huán)控制。2024/12/27117電流閉環(huán)控制②將檢測(cè)到的三相電流施行3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到mt坐標(biāo)系中的電流反饋值，采用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器的輸出為mt坐標(biāo)系中定子電壓給定值反旋轉(zhuǎn)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系的定子電壓給定值，再經(jīng)SVPWM控制逆變器輸出三相電壓。2024/12/27118電流閉環(huán)控制三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27119電流閉環(huán)控制定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/12/271206.6.4按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制方式當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈發(fā)生波動(dòng)時(shí)，將影響電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器力圖使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器則調(diào)節(jié)電流的轉(zhuǎn)矩分量，以抵消轉(zhuǎn)子磁鏈變化對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響，最后達(dá)到平衡。2024/12/271216.6.4按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制能夠通過(guò)調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)矩分量來(lái)抑制轉(zhuǎn)子磁鏈波動(dòng)所引起的電磁轉(zhuǎn)矩變化，但這種調(diào)節(jié)只有當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后才起作用。為了改善動(dòng)態(tài)性能，可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式。常用的轉(zhuǎn)矩控制方式有兩種：轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出增加除法環(huán)節(jié)。2024/12/27122轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27123轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流轉(zhuǎn)矩分量調(diào)節(jié)器間增設(shè)了轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器及時(shí)調(diào)整電流轉(zhuǎn)矩分量給定值，以抵消磁鏈變化的影響，盡可能不影響或少影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁鏈擾動(dòng)的作用點(diǎn)是包含在轉(zhuǎn)矩環(huán)內(nèi)的，可以通過(guò)轉(zhuǎn)矩反饋來(lái)抑制擾動(dòng)。若沒(méi)有轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，就只能通過(guò)轉(zhuǎn)速外環(huán)來(lái)抑制轉(zhuǎn)子磁鏈擾動(dòng)，控制作用相對(duì)比較滯后。2024/12/27124轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2024/12/27125帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2024/12/27126轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)矩給定，除以轉(zhuǎn)子磁鏈，得到電流轉(zhuǎn)矩分量給定，由于某種原因使轉(zhuǎn)子磁鏈減小時(shí)，通過(guò)除法環(huán)節(jié)可使電流轉(zhuǎn)矩分量給定增大，盡可能保持電磁轉(zhuǎn)矩不變。用除法環(huán)節(jié)消去對(duì)象中固有的乘法環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的動(dòng)態(tài)解耦。2024/12/27127轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2024/12/271286.6.5轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是準(zhǔn)確定向，也就是說(shuō)需要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置。在構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈反饋以及轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值也是不可缺少的信息。2024/12/271296.6.5轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的直接檢測(cè)比較困難，多采用按模型計(jì)算的方法。利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的幅值與空間位置。在計(jì)算模型中，由于主要實(shí)測(cè)信號(hào)的不同，又分為電流模型和電壓模型兩種。2024/12/27130計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型在αβ坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2024/12/27131計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型在αβ坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2024/12/27132計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2024/12/27133計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2024/12/27134計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，不論轉(zhuǎn)速高低時(shí)都能適用。受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響。電動(dòng)機(jī)溫升和頻率變化都會(huì)影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低，這是電流模型的不足之處。2024/12/27135計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈。在αβ坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2024/12/27136計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2024/12/27137計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果，在低速時(shí)，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時(shí)為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來(lái)。2024/12/271386.6.6磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和位置信號(hào)均由磁鏈模型計(jì)算獲得，受到電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。采用磁鏈開(kāi)環(huán)的控制方式，無(wú)需轉(zhuǎn)子磁鏈幅值，但對(duì)于矢量變換而言，仍然需要轉(zhuǎn)子磁鏈的位置信號(hào)，轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算仍然不可避免。利用給定值間接計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。2024/12/271396.6.6磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2024/12/271406.6.6磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：（1）用定子電流轉(zhuǎn)矩分量和轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)將轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)加上實(shí)際轉(zhuǎn)速，得到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生矢量變換角。2024/12/271416.6.6磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向（2）定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)之間的關(guān)系是靠式建立的，比例微分環(huán)節(jié)在動(dòng)態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵(lì)磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。2024/12/271426.6.6磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接定向磁鏈開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號(hào)確定，沒(méi)有用磁鏈模型實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場(chǎng)定向。矢量控制方程中包含電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)，定向精度仍受參數(shù)變化的影響，磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給定值與實(shí)際值存在差異，將影響系統(tǒng)的性能。2024/12/271436.6.7矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問(wèn)題矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制。（2）轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對(duì)象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以閉環(huán)控制，也可以開(kāi)環(huán)控制（3）采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可有效地限制起、制動(dòng)電流。2024/12/271446.6.7矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問(wèn)題矢量控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題（1）轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算精度受易于變化的轉(zhuǎn)子電阻的影響，轉(zhuǎn)子磁鏈的角度精度影響定向的準(zhǔn)確性。（2）需要進(jìn)行矢量變換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)算量大。2024/12/271456.6.8矢量控制系統(tǒng)的仿真SVPWM用慣性環(huán)節(jié)等效代替轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子磁鏈和兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器均采用帶有積分和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器兩相磁鏈由電動(dòng)機(jī)模型直接得到，通過(guò)直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)變換得到轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和角度。2024/12/271466.6.8矢量控制系統(tǒng)的仿真矢量控制系統(tǒng)仿真模型2024/12/271476.6.8矢量控制系統(tǒng)的仿真空載起動(dòng)和加載的定子電流勵(lì)磁分量（上）和轉(zhuǎn)矩分量（下）2024/12/271486.6.8矢量控制系統(tǒng)的仿真空載起動(dòng)和加載的定子電流勵(lì)磁分量（上）和轉(zhuǎn)矩分量（下）2024/12/271496.6.8矢量控制系統(tǒng)的仿真轉(zhuǎn)速（上）和轉(zhuǎn)子磁鏈（下）局部放大2024/12/271506.7異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DTC(DirectTorqueControl)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來(lái)的另一種高動(dòng)態(tài)性能的交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。2024/12/271516.7異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號(hào)，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。2024/12/271526.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用以定子電流、定子磁鏈和轉(zhuǎn)速為狀態(tài)變量的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2024/12/271536.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用電磁轉(zhuǎn)矩使d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?024/12/271546.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的動(dòng)態(tài)模型2024/12/271556.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用電磁轉(zhuǎn)矩定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度2024/12/271566.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?024/12/271576.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用考慮到按定子磁鏈控制的動(dòng)態(tài)模型2024/12/271586.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用轉(zhuǎn)差頻率將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向，把電壓矢量沿dq軸分解。

d軸分量決定了定子磁鏈幅值的增減。

q軸分量決定定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度，從而決定轉(zhuǎn)差頻率和電磁轉(zhuǎn)矩2024/12/271596.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用兩電平PWM逆變器可輸出8個(gè)空間電壓矢量，6個(gè)有效工作矢量，2個(gè)零矢量。將期望的定子磁鏈圓軌跡分為6個(gè)扇區(qū)。6個(gè)有效工作電壓空間矢量，將產(chǎn)生不同的磁鏈增量。2024/12/271606.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用定子磁鏈圓軌跡扇區(qū)圖2024/12/271616.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用電壓矢量分解圖a）第I扇區(qū)b）第III扇區(qū)2024/12/271626.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶课挥诘贗扇區(qū)時(shí)，u2的作用是使定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩都增加。當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶课挥诘贗II扇區(qū)時(shí)，u2的作用是使定子磁鏈幅值和電磁轉(zhuǎn)矩都減小。2024/12/271636.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用定子磁鏈與電壓空間矢量圖2024/12/271646.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用2024/12/271656.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用d軸分量usd為“+”時(shí)，定子磁鏈幅值加大；為“-”時(shí)，定子磁鏈幅值減小；為“0”時(shí)，定子磁鏈幅值維持不變。2024/12/271666.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用q軸分量usq為“+”時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶空蛐D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差頻率增大，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩加大為“-”時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶糠聪蛐D(zhuǎn)，電流轉(zhuǎn)矩分量急劇變負(fù)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；為“0”時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶客Ｔ谠?，轉(zhuǎn)差頻率為負(fù)，電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩減小2024/12/271676.7.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2024/12/271686.7.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)AΨR和ATR分別為定子磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，兩者均采用帶有滯環(huán)的雙位式控制器。帶有滯環(huán)的雙位式控制器2024/12/271696.7.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)輸出分別為定子磁鏈幅值偏差ΔΨs的符號(hào)函數(shù)Sgn（ΔΨs）和電磁轉(zhuǎn)矩偏差ΔTe的符號(hào)函數(shù)Sgn（ΔTe）。P/N為給定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器，當(dāng)期望的電磁轉(zhuǎn)矩為正時(shí)，P/N=1，當(dāng)期望的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)時(shí)，P/N=0，對(duì)于不同的電磁轉(zhuǎn)矩期望值，同樣符號(hào)函數(shù)的控制