轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真研究

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2014屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1 引言 1.1 概述矢量變換技術(shù)的產(chǎn)生奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能的基礎(chǔ)。交流電動機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的被控對象，采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論的概念，從而可以實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦過程，實(shí)現(xiàn)了將交流電動機(jī)的控制過程等效成為直流電動機(jī)的控制過程，進(jìn)而使交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了很大的改善和提高，進(jìn)一步使交流調(diào)速取代直流調(diào)速成為一種可能。目前對調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)工藝已廣泛地采用了矢量控制的變頻調(diào)速裝置。經(jīng)過實(shí)踐證明，采用矢量控制技術(shù)控制的交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性明顯高于直流調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)由交

2、流電動機(jī)、電力電子功率變換器、控制器和檢測器這四大部分構(gòu)成?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)被控的對象交流電動機(jī)種類不同，從而可分為異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)兩類，矢量控制的方式是目前交流電動機(jī)的先進(jìn)控制的一種方式，本篇文章對異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型、轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本原理和概念做了詳細(xì)簡要的闡述，并且結(jié)合Matlab的Simulink仿真軟件包構(gòu)建了異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)的驗(yàn)證和仿真結(jié)果的顯示，同時(shí)對不同參數(shù)下的仿真結(jié)果進(jìn)行了對比研究和分析。這種方法不僅簡單、控制精度高，而且能夠較好地分析異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。因?yàn)榻涣鳟惒诫妱訖C(jī)是一個(gè)高階、非線性、多

3、變量、強(qiáng)耦合的系統(tǒng)。該數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，所以將其簡化成單變量線性系統(tǒng)進(jìn)行控制可能就達(dá)不到理想的性能。為了實(shí)現(xiàn)高動態(tài)的性能，提出了矢量控制的方法。矢量變換控制技術(shù)的產(chǎn)生為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一般情況下，將含有矢量變換的交流電動機(jī)控制稱為矢量控制。Matlab是一種面向工程計(jì)算的高級語言，它的Simulink仿真的環(huán)境是一種非常優(yōu)秀的系統(tǒng)仿真工具軟件，使用它可以很大程度的提高系統(tǒng)仿真的效率和可靠性。此文在Matlab的Simulink基礎(chǔ)上構(gòu)造了一個(gè)矢量控制的交流電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，包含了給定、PI調(diào)節(jié)器、函數(shù)運(yùn)算、二相/三相坐標(biāo)變換、PWM脈沖發(fā)生器等許多環(huán)節(jié)，并給出了仿

4、真的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析。1.2 課題研究目的與意義在19世紀(jì)先后誕生了直流電力的拖動和交流電力的拖動。在20世紀(jì)的上半葉，鑒于直流調(diào)速系統(tǒng)具有十分優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能的可調(diào)速拖動一般都采用直流電動機(jī)，大約占了電力拖動總?cè)萘康?0%以上的不變速拖動系統(tǒng)則采用了交流電動機(jī)。交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能由于當(dāng)時(shí)的條件限制卻始終無法與直流電機(jī)相抗衡。一直到20世紀(jì)的六、七十年代，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是在大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制中的首次出現(xiàn)，從而使高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，交直流拖動按調(diào)速性能分工的格局終于被徹底地打破。與此同時(shí)，直流電動機(jī)和交流電

5、動機(jī)相比的缺點(diǎn)日益顯露出來，例如具有電刷和換向器的直流電動機(jī)必須進(jìn)行經(jīng)常性的檢查和維修，這就會浪費(fèi)很多的人力、物力和財(cái)力，換向能力限制了直流電動機(jī)的容量和速度等缺點(diǎn)。交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展迅速很大的一部分原因是交流電動機(jī)本身的優(yōu)點(diǎn)，例如沒有電刷和換向器，結(jié)構(gòu)簡單，壽命長等。近年來隨著大功率半導(dǎo)體器件，大規(guī)模集成電路，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，加上交流電動機(jī)本身的優(yōu)越特性，為交流調(diào)速提供了廣泛的應(yīng)用前景。因此，研究轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的異步電動機(jī)仿真系統(tǒng)的課題就顯得意義重大。 一般交流電動機(jī)是可以通過調(diào)壓來進(jìn)行調(diào)速的,也就是調(diào)節(jié)電流(因?yàn)榻祲汉箅娏骺隙〞陆?,它所有的調(diào)壓器通常情況下都是自耦變壓器,像老

6、式的吊扇就是用自耦變壓器來調(diào)速的。直流電機(jī)也可以調(diào)壓調(diào)速,一般用調(diào)電樞電壓的方法來調(diào)速,用串電阻的方法或者可調(diào)電源都可以。它的作用為：（1）跟隨作用作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）抗擾作用對電網(wǎng)電壓的波動起及時(shí)抗擾的作用。（3）加快動態(tài)過程在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）過流自動保護(hù)作用當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。變頻調(diào)速技術(shù)是近年來交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的。

7、交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容是變頻調(diào)速。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)十分龐大的電力行業(yè)。長期以來，交流電的頻率一直是固定不變的，因此變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使頻率變?yōu)橐环N可以被充分使用的資源。1.3 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r綜合國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀來看，交流變頻調(diào)速技術(shù)的現(xiàn)狀具有如下的特點(diǎn)：(1)功率器件發(fā)展的方面：由于近年來高電壓、大電流的晶閘管、IGBT、IGCT等器件的生產(chǎn)以及串并聯(lián)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，使得高電壓、大功率變頻器產(chǎn)品的生產(chǎn)和應(yīng)用成為了現(xiàn)實(shí)。IGBT已經(jīng)全面取代了電力晶體管成為一種通用變頻器的逆變電路的主流開關(guān)器件，而綜合了IGBT和GTO優(yōu)點(diǎn)的IGCT在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用

8、也有顯著的優(yōu)勢。(2)微電子技術(shù)方面：16位和32位的高速微處理器以及DSP和專用集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)變頻器高精度、多功能化奠定了硬件的基礎(chǔ)。(3)控制理論方面：矢量控制、磁通控制、轉(zhuǎn)矩控制、非線性控制等新的控制理論為研制高性能變頻器的發(fā)展提供了相關(guān)的理論基礎(chǔ)。(4)產(chǎn)品生產(chǎn)方面：基礎(chǔ)工業(yè)和各種制造業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了變頻器相關(guān)配套件的社會化以及專業(yè)生產(chǎn)化。我國電力半導(dǎo)體器件雖然經(jīng)過很長時(shí)間的發(fā)展，但總體水平卻依然很低，幾乎不具備獨(dú)立開發(fā)新產(chǎn)品的能力，IGBT、GTO器件的生產(chǎn)雖然引進(jìn)了國外先進(jìn)的技術(shù)，但一直未形成大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)效益，變頻器產(chǎn)品使用的半導(dǎo)體功率器件的制造也沒取得成就。總而言

9、之，我國的電氣傳動技術(shù)水平較國際先進(jìn)水平仍有很大的差距。特別是在中小功率變頻技術(shù)的方面，國內(nèi)大多數(shù)的產(chǎn)品通常情況下都是采用最普通的控制，只有少數(shù)的產(chǎn)品是采用矢量進(jìn)行控制的，品種和質(zhì)量還不能滿足市場的需求，大量進(jìn)口的產(chǎn)品仍然充斥著整個(gè)國內(nèi)的市場。1.4 本文研究的主要內(nèi)容 本文主要研究的是轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)，主要分為六個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的闡述和研究設(shè)計(jì)：坐標(biāo)變換及數(shù)學(xué)動態(tài)模型、矢量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的設(shè)計(jì)與構(gòu)想、電機(jī)的自適應(yīng)控制和參數(shù)的設(shè)置、數(shù)字化矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、結(jié)果分析。轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)系統(tǒng)在很大程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能,還可以消除穩(wěn)

10、態(tài)誤差，同時(shí)它又比矢量控制的方法更簡便,具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)和控制精度高等特點(diǎn)。采用轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)是一項(xiàng)性能非常好的控制策略。該系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且調(diào)速過程平滑，還易于穩(wěn)定，因此這項(xiàng)控制策略已成為當(dāng)前各高校授課的重點(diǎn)，為了進(jìn)一步讓學(xué)生更好的掌握這一原理，本設(shè)計(jì)致力于開發(fā)一套采用轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，讓我們能夠全面的進(jìn)行學(xué)習(xí)。針對上述的研究內(nèi)容，本文的內(nèi)容將作如下的安排：第1章:概述課題研究目的與意義和國內(nèi)外發(fā)展概況；第2章:轉(zhuǎn)差頻率的基本概述；第3章:闡述轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的原理以及系統(tǒng)的組成；第4章:闡述異步電動機(jī)的動態(tài)模型；第5章:詳細(xì)闡述轉(zhuǎn)差頻率控制的異步

11、電動機(jī)系統(tǒng)的原理； 第6章:對轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)系統(tǒng)的仿真分析，其中包括參數(shù)的設(shè)置、電路調(diào)試以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果； 第7章:結(jié)束語，對本論文進(jìn)行籠統(tǒng)的概括，得到相應(yīng)的結(jié)論。2 轉(zhuǎn)差頻率控制 矢量控制的基本思想是以轉(zhuǎn)子磁場為定向,通過轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)勵磁和轉(zhuǎn)矩的解藕,達(dá)到和直流電機(jī)一樣的控制效果。轉(zhuǎn)子磁場定向有兩種方法:一種是通過設(shè)置觀測器估計(jì)的轉(zhuǎn)子磁場空間角;另一種是通過對轉(zhuǎn)差角頻率和轉(zhuǎn)子角頻率積分得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間角位置。第二種方法為轉(zhuǎn)差矢量控制的依據(jù)。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不必檢測磁通,簡單易行,受到人們的普遍重視，被廣泛地應(yīng)用于許多方面。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不需要進(jìn)行復(fù)雜的磁通檢測和

12、繁瑣的坐標(biāo)變換,只要在保證轉(zhuǎn)子磁鏈大小不變的前提下,通過檢測定子電流和轉(zhuǎn)子角速度,經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算就可以實(shí)現(xiàn)間接控制磁場的定向。要提高調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能,主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率,顯然,通過控制轉(zhuǎn)差角頻率就能達(dá)到控制的目的。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制就是通過控制轉(zhuǎn)差角頻率進(jìn)而來控制轉(zhuǎn)速的變化率,從而達(dá)到間接控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。2.1 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制概述 異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量的系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出使用異步電機(jī)矢量控制理論來解決交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向

13、原理分別對異步電動機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)的高性能調(diào)速。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。矢量控制算法

14、已被廣泛地應(yīng)用在Siemens，ABB，GE，F(xiàn)uji等國際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器則需要使用速度傳感器和編碼器。鑒于電動機(jī)的參數(shù)有可能毀會隨時(shí)發(fā)生變化，進(jìn)而會影響變頻器對電動機(jī)的控制性能。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機(jī)參數(shù)的自動檢測、自動辨識和自適應(yīng)功能，帶有這些功能的通用變頻器在驅(qū)動異步電動機(jī)在進(jìn)行正常的運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識，并根據(jù)辨識的結(jié)

15、果調(diào)整控制算法中的相關(guān)參數(shù)，從而對普通的異步電動機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。2.1.1異步電動機(jī)的矢量控制它首先通過電動機(jī)的等效電路來得出一系列的磁鏈方程，包括定子磁鏈、氣隙磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈，其中的氣隙磁鏈?zhǔn)沁B接定子和轉(zhuǎn)子。一般的感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流不易測量，所以通過氣隙來進(jìn)行中轉(zhuǎn)，把它變成了定子電流。然后，有一些坐標(biāo)的變換，首先通過3/2變換，變成靜止的d-q坐標(biāo)，然后通過前面的磁鏈方程產(chǎn)生的單位矢量可以得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的類似于直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和磁場電流分量，這樣就實(shí)現(xiàn)了解耦的控制，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。最后再經(jīng)過2/3變換，產(chǎn)生三相交流電去控制電動機(jī)，這樣就獲得了良好的性能。2.1.2 矢量

16、控制矢量控制調(diào)速的具體做法是將異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib和Ic通過三相二相的變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1和Ib1，再通過轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁電流，It1相當(dāng)于和轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），接著模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動機(jī)等效為直流電動機(jī)，分別對速度和磁場兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立的控制。通過控制轉(zhuǎn)子的磁鏈方程，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場這兩個(gè)分量，再經(jīng)過坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦的控制。綜上所述：矢量控制

17、包括四個(gè)部分：等效電路、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程、坐標(biāo)變換（包括靜止和旋轉(zhuǎn)）。 矢量控制方法的提出和發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際的應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以被準(zhǔn)確的測量，系統(tǒng)特性受電動機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動機(jī)的控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換比較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。3 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能主要取決于其對轉(zhuǎn)矩的控制能力。由于直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比的關(guān)系，控制電流即可達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的效果，較易實(shí)現(xiàn)，而交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制比直流電動機(jī)復(fù)雜的多。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的目標(biāo)就是將交流電動機(jī)復(fù)雜的轉(zhuǎn)矩控制模型轉(zhuǎn)化為類似直流電動機(jī)的簡單轉(zhuǎn)矩控制模型。從理

18、論上說，矢量控制方式的特征是：它把交流電動機(jī)解析成與直流電動機(jī)一樣，具有轉(zhuǎn)矩發(fā)生的結(jié)構(gòu)，按照磁場和其正交的電流的積就是轉(zhuǎn)矩這一最基本的原理，從理論上將電動機(jī)的一次電流分離成建立磁場的勵磁分量和與磁場正交的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，然后分別進(jìn)行控制。3.1 控制原理敘述轉(zhuǎn)差頻率控制思想就是從根本上改造交流電動機(jī)，改變其產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，設(shè)法在普通的三相交流電動機(jī)上模擬直流電動機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律。異步電動機(jī)的基本方程式為： (3.1) (3.2) (3.3) (3.4)式中：、分別為轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量；、分別為定、轉(zhuǎn)子電感；為轉(zhuǎn)子總磁鏈；為轉(zhuǎn)差角頻率；為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；為電磁轉(zhuǎn)矩；為異步電動機(jī)的磁極

19、對數(shù)；P為微分算子；為定子繞組漏感。任何電氣傳動控制系統(tǒng)均服從以下基本運(yùn)動方程： (3.5)式中為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電動機(jī)轉(zhuǎn)子和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。由式（3.5）可知，要提高系統(tǒng)的動態(tài)特性，主要是控制轉(zhuǎn)速的變化率。顯然，通過控制就能控制，因此調(diào)速的動態(tài)特性取決于其對的控制能力。電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小，因此也很小，轉(zhuǎn)矩的近似表達(dá)式為： (3.6)式中：為電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，為氣隙磁通，為折算到定子邊的轉(zhuǎn)子電阻。只要能夠保持不變，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速就與近似成正比，即控制就能控制，也就能控制，與直流電動機(jī)通過控制電流即可控制轉(zhuǎn)矩類似。控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。 把轉(zhuǎn)矩特性

20、（即機(jī)械特性）：畫在下圖中：圖3.1 按恒m值控制的 Te=f (ws ) 特性 可以看出：在ws 較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段上，轉(zhuǎn)矩Te基本上與ws 成正比，當(dāng)Te 達(dá)到其最大值Temax 時(shí)，ws 達(dá)到wsmax值。 由相關(guān)公式可以得到： (3.7) (3.8) 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給ws 限幅，使其限幅值為： ， 就可以基本保持 Te與ws 的正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來代表轉(zhuǎn)矩控制。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。上述規(guī)律是在保持Fm恒定的前提下才成立的，于是問題又轉(zhuǎn)化為，如何能F的恒定。我們知道，按恒 Eg/w1 控制時(shí)可保持Fm恒定。在等效電路中可得： (3.9)由此可見，要實(shí)現(xiàn)

21、恒 Eg/w1控制，須在Us/w1 = 恒值的基礎(chǔ)上再提高電壓 Us 以補(bǔ)償定子電流壓降。如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時(shí)恒 Eg/w1 控制所需的電壓-頻率特性 Us = f (w1, Is) 如圖3.2所示。圖3.2 不同定子電流時(shí)恒Eg/w1控制所需的電壓-頻率特性上述關(guān)系表明，只要 Us 和w1及 Is 的關(guān)系符合上圖所示特性，就能保持 Eg/w1 恒定，也就是保持 Fm 恒定。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二。 總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：(1)在 ws wsm范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 Te 基本上與 ws 成正比，條件是氣隙磁通不變。(2)在不同的定子電流值時(shí)，按上圖的函數(shù)關(guān)系

22、 Us = f (w1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通Fm恒定。3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)組成圖3.3 轉(zhuǎn)差頻率控制基本框圖實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.3所示。 頻率控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號是轉(zhuǎn)差頻率給定ws* ，與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號w 相加，即得定子頻率給定信號w1* ，即 電壓控制由 w1和定子電流反饋信號 Is 從微機(jī)存儲的 Us = f (w1 , Is) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號 Us* ，用 Us* 和 w1* 控制PWM電壓型逆變器，即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。公式所示的轉(zhuǎn)差角頻率 ws*與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號w 相加后得

23、到定子頻率輸入信號 w1* 這一關(guān)系是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)。它表明，在調(diào)速過程中，定子頻率w1隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 w 同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。同時(shí)，由于在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對應(yīng)于 wsm 的限幅轉(zhuǎn)矩Tem 進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。由此可見，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠像直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動態(tài)性能，是一個(gè)比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。然而，它的靜、動態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面：(1)在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電

24、路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 Fm恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 Fm如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動態(tài)性能。(2)Us = f (w1 , Is) 函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。(3)在頻率控制環(huán)節(jié)中，取，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果存在轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾等問題，也就會直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來。4 異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階

25、、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，常作如下的假設(shè)： (1)忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對稱，在空間中互差120°電角度，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布。(2)忽略勵磁飽和，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的。(3)忽略鐵心損耗。(4)不考慮頻率變化和溫度變化對繞組的影響。無論電動機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線形還是籠形，都將它等效成三相繞線轉(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)都相等。這樣，電機(jī)繞組就等效成圖1所示的三相異步電動機(jī)的物理模型。圖中，定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的，以A軸為參考坐標(biāo)軸；轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和

26、定子A軸間的電角度為空間角位移變量。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動機(jī)慣例和右手螺旋定則。這時(shí)，異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程組成。圖4.1 三相異步電動機(jī)的物理模型4.1 電壓方程(1)三相定子繞組的電壓平衡方程組 (4.1)(2)三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程 (4.2)式中， 定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值； ，；， 定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；， 各相繞組的全磁鏈； ， 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。上述各量都已折算到定子側(cè)，為了簡單起見，表示折算的上角標(biāo)“”均省略，以下同此。 4.2 磁鏈方程 每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和

27、，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)為： =+p (4.3) 實(shí)際上，與電機(jī)繞組交鏈的磁通只有兩類：一類是穿要過氣隙的相間互感磁通；另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前者是主要的。定子各相漏磁通所對應(yīng)的電感稱為定子漏感，由于繞組的對稱性，各相漏感值均相等；同樣，轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對應(yīng)于定子互感，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感。由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故可認(rèn)為 = 。 對于每一相繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通和漏感磁通之和，因此，定子各相自感： =+ (4.4)轉(zhuǎn)子各相自感： =+=+

28、(4.5) 兩相繞組之間只有互感?；ジ杏蟹譃閮深悾?1)定子三相繞組彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼此之間位置都是固定的，故互感為常值; (2)定子任一相之間的位置是變化的，互感是角位移的函數(shù)。現(xiàn)在先討論第一類，三相繞組軸線彼此在空間的相位差是120度。在假定氣隙磁通為正玄分布的條件下，互感值應(yīng)為： = - (4.6)于是定子各繞組之間的互感： = - (4.7)轉(zhuǎn)子各繞組之間的自感： = -= - (4.8)至于第二類與電機(jī)交鏈的磁通，即定、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：= (4.9)當(dāng)定、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時(shí)，兩者之間的互感值達(dá)到最大值，就是每相的最大互感。 將式(4.4)到

29、式(4.9)都代入式(4.3)，即得完整的磁鏈方程，顯然這個(gè)矩陣是比較復(fù)雜的，為了方便起見，可以將它寫成分塊矩陣的形式如下： (4.10)式中 (4.11) (4.12) (4.13) (4.14) 其中值得注意的是， 和 兩個(gè)矩陣是互為轉(zhuǎn)置的，且均與轉(zhuǎn)子位置角有關(guān)系，它們的元素都是變參數(shù)，這是非線性系統(tǒng)的一個(gè)根源。為了把變參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成常參數(shù)矩陣須利用坐標(biāo)變換。接下來將會詳細(xì)討論這個(gè)問題。將磁鏈方程代入電壓方程，電壓方程為： (4.15)其中，屬于電磁感應(yīng)電動勢中的脈變電動勢，屬于電磁感應(yīng)電動勢中與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動勢。 4.3 轉(zhuǎn)矩方程 根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的原理，電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變化

30、時(shí)磁共能的變化率，機(jī)械角的位移=，則有： = = (4.16)三相電流和轉(zhuǎn)角表示的轉(zhuǎn)矩方程為： (4.17)上面的公式是在線性磁路，磁動勢是在空間按正弦分部的假定條件下得出來的，但對定轉(zhuǎn)子電流對時(shí)間的波形并未作任何的假定，上式中的電流是實(shí)際的瞬時(shí)值。因此上面的電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。4.4 電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程如果忽略電力拖動系統(tǒng)傳動機(jī)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，系統(tǒng)的運(yùn)動方程式為： (4.18)式中： 表示負(fù)載的轉(zhuǎn)矩； 表示機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量。4.5 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的關(guān)系 (4.19)以上各式便構(gòu)成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的三相異步電動機(jī)的多變量非線性的數(shù)學(xué)模型

31、。5 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理矢量控制方式是一種高性能的異步電動機(jī)控制方式，它以電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為基本模型，進(jìn)而通過坐標(biāo)變換，將交流電動機(jī)的模型轉(zhuǎn)換成直流電動機(jī)的模型。異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)方程式具有和直流電動機(jī)的動態(tài)方程式相同的形式，因而如果選擇合適的控制策略，異步電動機(jī)就會出現(xiàn)和直流電動機(jī)相類似的控制性能，這就是矢量控制的基本思想。因?yàn)檫M(jìn)行變換的是電流的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)，或稱矢量控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理如下圖5.1所示。該系統(tǒng)的主電路采用的是SPW電壓型逆變器，這是通用變頻器通常使用的方案。轉(zhuǎn)速

32、采取了轉(zhuǎn)差頻率控制，即異步電動機(jī)的定子角頻率由轉(zhuǎn)子的角頻率和轉(zhuǎn)差的角頻率組成（），這樣在轉(zhuǎn)速變化過程中，電動機(jī)的定子電流頻率始終能跟隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行同步的升降，使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)變得更為平滑。圖5.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理框圖轉(zhuǎn)子磁鏈定向二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型是通過檢測定子三相電流和轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，三相定子電流經(jīng)3s/2r變換得到定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量。并由異步電動機(jī)的矢量控制方程式： (5.1) 通過矢量控制方程（5.1）式，可以計(jì)算出電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率和定子頻率（），以及電動機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鏈。從矢量控制的方程式中可以看出，在保持轉(zhuǎn)子的磁鏈不變的情況下，電動

33、機(jī)轉(zhuǎn)矩就會直接受定子電流的轉(zhuǎn)矩分量的控制，并且轉(zhuǎn)差頻率可以通過定子電流的轉(zhuǎn)矩分量來進(jìn)行計(jì)算，轉(zhuǎn)子磁鏈同時(shí)也可以通過定子電流的勵磁分量來進(jìn)行計(jì)算。系統(tǒng)中以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（automatic speed regulator ASR）的輸出作為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量，并通過計(jì)算得到轉(zhuǎn)差頻率。如果使用磁通不變的控制策略，則有，由式（5.1）可得出：，。由于矢量控制方程得到的是定子電流的勵磁分量，而該系統(tǒng)則采用的是電壓型逆變器，需要將相應(yīng)的電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，它們的變換關(guān)系為： (5.2) (5.3)式中，、為定子電壓的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量；為漏磁系數(shù)，。 、經(jīng)過二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系/三相靜止坐標(biāo)系的變換（2r/3

34、r），得到SPWM逆變器的三相電壓的控制信號，并控制逆變器的輸出電壓。6 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真和分析6.1 仿真模型的建立 根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念和系統(tǒng)的原理框圖，構(gòu)建轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，其主電路采用交流一直流一交流的電路，輸出的三相交流電壓拖動異步電動機(jī)?？刂撇糠钟山o定、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器、函數(shù)運(yùn)算、兩相三相（2r/3r）坐標(biāo)系的變換、PWM脈沖發(fā)生器等部分組成。接下來將會對該模型的各個(gè)模塊的構(gòu)建進(jìn)行詳細(xì)的闡述。6.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）模塊仿真模型如圖6.1所示 :圖6.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊的仿真模型它是由放大器 Gl 、G2和積分器組成的帶限

35、幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）。根據(jù)角頻率，經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值。6.1.2 函數(shù)運(yùn)算模塊函數(shù)運(yùn)算模塊的仿真圖如圖6.2所示：圖6.2函數(shù)運(yùn)算模塊的仿真模型它是根據(jù)定子電流的勵磁分量 和，通過函數(shù)計(jì)算得到轉(zhuǎn)差頻率，然后經(jīng)過和轉(zhuǎn)子頻率相加得到定子頻率，根據(jù)定子頻率和矢量轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系，對 進(jìn)行積分，最終得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角。6.1.3 坐標(biāo)變換模塊 坐標(biāo)變換模塊的仿真模型如圖6.3所示：圖6.3 坐標(biāo)變換模塊其中，dq0to -abc 模塊的組成主要是根據(jù)坐標(biāo)變換的公式，利用Simulink仿真環(huán)境里的數(shù)學(xué)函數(shù)模塊搭建而成的，其主要的功能就是實(shí)現(xiàn)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系至三相靜止坐標(biāo)系的變換，其輸

36、出是三相SPWM變換器的三相調(diào)制信號，最后觸發(fā)逆變器的功率管得到拖動異步電動機(jī)所需的三相交流電源，完成閉環(huán)的控制過程。6.1.4電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型將上面的各個(gè)組成部分組合起來就構(gòu)成了整個(gè)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型如圖6.4所示 ，需要設(shè)置電動機(jī)、變流橋的參數(shù)、轉(zhuǎn)換器Usm和Ust公式的各轉(zhuǎn)差公式等。圖6.4 電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型6.2仿真條件 放大器放大倍數(shù)放大器放大倍數(shù)G135G42G20.15G59.55G30.0076G69.55圖6.5轉(zhuǎn)差頻率矢量控制仿真模型放大器參數(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈模型的計(jì)算參數(shù)設(shè)置：異

37、步電動機(jī)電壓為380V，50Hz的二對極（），定子繞組電阻，轉(zhuǎn)子繞組電阻，轉(zhuǎn)子繞組漏感，J=，逆變器直流電源為510V，定子繞組電感為，漏磁系數(shù)為0.057,。其中放大器G1、G2、G3、G4、G5、G6的放大倍數(shù)分別為35、0.15、0076、2、9.55、1/9.55。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得到：仿真定轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)的空載啟動過程，在啟動后0.45s時(shí)加載T1=65N*M。該系統(tǒng)較復(fù)雜，容易出現(xiàn)收斂問題，經(jīng)試用各種計(jì)算方法，最終選用步長算法ode5，步長取e-5。6.3仿真結(jié)果 圖6.5中的a、b、c、d分別反映了電動機(jī)在啟動和加載過程中的轉(zhuǎn)速、電流、電磁轉(zhuǎn)矩和電壓的變化過程，在啟動

38、中逆變器的輸出電壓逐步提高，轉(zhuǎn)速上升，但是電流基本保持不變，為Is=35A，電動機(jī)以給定的最大電流啟動。在0.24s時(shí)，轉(zhuǎn)速稍有超調(diào)，然后穩(wěn)定在1500r/min，電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減小了。電動機(jī)在加載后，電流和電壓迅速上升，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之增加，轉(zhuǎn)速在略經(jīng)調(diào)整后恢復(fù)不變。 (a) (b) (c) (d)圖6.5 系統(tǒng)啟動加載響應(yīng)過程(a)轉(zhuǎn)速響應(yīng) (b)定子A相的電流(c)轉(zhuǎn)子A相的電流 (d)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的給定圖6.6中的a、b、c、d、e、f反映了各控制模塊輸出信號波形的變化，經(jīng)2r/3s變換后的三相調(diào)制信號幅值和頻率在調(diào)節(jié)過程中逐步增加，同時(shí)轉(zhuǎn)速也隨之逐

39、步的升高，信號幅值的提高保證了電動機(jī)電流在啟動過程中保持不變。圖d和圖f分別反映了電動機(jī)在啟動過程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場和電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。電動機(jī)在零狀態(tài)啟動時(shí)，電動機(jī)磁場有一個(gè)建立過程，在建立過程中磁場變化是不規(guī)則的，這也是引起了轉(zhuǎn)矩的大幅度變化，在0.24s后磁場呈磁場的半徑也有變化。改變勵磁給定電流值，圓形旋轉(zhuǎn)磁場的半徑也有所變化。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性反映了通過矢量控制使電動機(jī)保持了恒轉(zhuǎn)矩啟動，并且改變了ASR的輸出限幅，最大轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。為了減少仿真需要的時(shí)間，仿真中減小了電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，但是過小的轉(zhuǎn)動慣量，容易使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)觀察參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響。仿真的結(jié)

40、果表明采用轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量系統(tǒng)具有良好的控制性能。 (a) (b)（c） （d） (c) (d)（e） （f） (e) (f)圖6.6 系統(tǒng)各個(gè)模塊的波形圖（a）計(jì)算得到的轉(zhuǎn)差頻率給定 （b）逆變器的調(diào)制頻率 （c）轉(zhuǎn)子的角度 （d）定子磁鏈的軌跡 （e）SPWM的三相調(diào)制信號 （f）轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速特性通過觀察圖形可以知道在t=0.24s時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到給定的1500rpm，而定子電流、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、計(jì)算得到的轉(zhuǎn)差頻率給定、逆變器調(diào)制頻率都有一個(gè)快速的降落，一段時(shí)間之后，就會重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這是因?yàn)樵陔妱訖C(jī)未達(dá)到給定的轉(zhuǎn)速時(shí)，電動機(jī)是處于加速的狀態(tài)，在轉(zhuǎn)速剛剛達(dá)到給定值時(shí)，則需要一個(gè)減速

41、剎車的過程，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流和定子電流的波形有一個(gè)迅速的減小，從而使電磁轉(zhuǎn)矩Te下降，又因?yàn)榇藭r(shí)基本保持 Te與ws 的正比關(guān)系且，所以和波形在這個(gè)時(shí)間段也有很明顯的降落。7 結(jié)束語根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念以及系統(tǒng)的原理框圖等，建立轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的異步電動機(jī)系統(tǒng)的仿真模型，并進(jìn)行了試驗(yàn)的仿真研究。在實(shí)驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)K1、積分系數(shù)K2與坐標(biāo)變換模塊輸出信號的放大系數(shù)需要密切的配合調(diào)節(jié)，當(dāng)偏差較大時(shí)，調(diào)節(jié)K1，達(dá)到快速減少偏差的目的；當(dāng)偏差達(dá)到要求后，調(diào)節(jié)K2，這樣可以消除穩(wěn)態(tài)誤差。同時(shí)需要配合調(diào)節(jié)坐標(biāo)變換模塊的輸出信號的放大系數(shù)，這樣才能保證PWM發(fā)生器輸出正確的

42、三相調(diào)制信號波形。此外由于在該模型中，為了減小仿真的運(yùn)行時(shí)間，采用減小電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量的方法，但是過小的轉(zhuǎn)動慣量容易使系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的振蕩，通過本文采用的模型可以調(diào)節(jié)參數(shù)來觀察參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)控制性能，充分的驗(yàn)證了在異步電動機(jī)矢量變換數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立仿真模型的正確性以及具有良好的控制性能。因此異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真對于開發(fā)和研究調(diào)速系統(tǒng)有著特別重要的意義。 參考文獻(xiàn) 1蘇彥民,李宏.交流調(diào)速系統(tǒng)的控制策略M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.2 W. J. Wang, “Development and application

43、 of linear motor overview. micro-motor,” vol.37, no.1, pp. 46-46, 2003. 3 B. S. Chen, “Electric drive control system”, Mechanical Industry Press, Beijing, 2003. 4 Z. S. Hou, “Nonlinear system parameter identification adaptive control and model-free learning adaptive,” vol.32, no.4, pp. 637-643, 2007

44、. 5 R. M. Cao and Z. S. Hou, “Model Free Control Method in Linear Motor Control Simulation System Simulation” vol.18, no,10)pp. 2847-2849, 2006. 6 Choi J H and Misawa E A,”A study on sliding mode state estimation dynamic systems. Measurement and control,” no, 121, pp. 255-260, 1999. 7 X.Z. Dai,” Mut

45、i_variable nonlinear system based on neural network inverse system control method”. Beijing: science press, 20. 8 Y.S. Zhou, “AC and DC speed control system with the MATLAB simulation,” China Electric Power Press, 2007. 9 D.L. Wang, H.D. Duan and Y.F.Gao MATLAB Applications, Tsinghua University Pres

46、s,2007. 10 BurtonJ A, and Zinober S I. “Continuous approximations of variable structure control.Int.J.SYS.SCI.,” vol.17, no. 6, pp. 252-259, 1986. 11 D.Z.Chen, Geometric theory of nonlinear systems. Beijing: science press, 1982. 12 洪乃剛.電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.13 陳伯時(shí).電力拖動自動控制系統(tǒng). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1992.14 許建國.電機(jī)與拖動基礎(chǔ). 北京:高等教育出版社,2004.15 陳堅(jiān).電力電子學(xué)-電力電子變換和控制技術(shù). 北京:高等教育出版社,2004.16 劉子建,桂武鳴;電壓型四象限變流器的計(jì)算機(jī)仿真J;電力機(jī)車與城軌車輛;2003年01期17 徐傳芳;王英;丁鳴艷;鄧武;異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的建模與仿真J;大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào);2005年04期18 黃石柱,李建華,趙娟,夏道止;基于MATLAB的電力機(jī)車數(shù)字仿真模型J;電力系統(tǒng)自動化;2002年04期19 焦