第7講 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)

1、17-1 7-1 概述概述7-2 7-2 矢量控制基本思想矢量控制基本思想7-3 7-3 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的實(shí)現(xiàn)7-4 7-4 矢量控制的研究方向矢量控制的研究方向第第7 7講：異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)講：異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)（參考書：電力牽引交流傳動(dòng)及其控制系統(tǒng)（參考書：電力牽引交流傳動(dòng)及其控制系統(tǒng) 第第7 7章）章）27-1 7-1 概述概述矢量控制概念的提出矢量控制概念的提出基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)雖然能夠在一基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)雖然能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但是無法用于軋鋼機(jī)、數(shù)控定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但是無法用于軋鋼機(jī)、數(shù)控機(jī)床、

2、機(jī)器人等需要高動(dòng)態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系機(jī)床、機(jī)器人等需要高動(dòng)態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)。統(tǒng)。19691969年，德國年，德國DarmstadtDarmstadt技術(shù)大學(xué)的技術(shù)大學(xué)的K.HasseK.Hasse博士在他博士在他的博士論文中提出了矢量控制的基本思想。的博士論文中提出了矢量控制的基本思想。19711971年，德國西門子公司的年，德國西門子公司的F.BlaschkeF.Blaschke將其形成系統(tǒng)將其形成系統(tǒng)理論，并稱為磁場定向控制（理論，并稱為磁場定向控制（FOCFOC），也有人稱之為矢），也有人稱之為矢量控制（量控制（VCVC）。）。3矢量控制理論：把交流電動(dòng)機(jī)模擬成磁鏈和轉(zhuǎn)矩可

3、以獨(dú)立矢量控制理論：把交流電動(dòng)機(jī)模擬成磁鏈和轉(zhuǎn)矩可以獨(dú)立控制的直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，從而得到類似直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)控制的直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，從而得到類似直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)良的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能。良的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能。n把磁鏈?zhǔn)噶康姆较蜃鳛樽鴺?biāo)軸的基準(zhǔn)方向；把磁鏈?zhǔn)噶康姆较蜃鳛樽鴺?biāo)軸的基準(zhǔn)方向；n采用矢量變換的方法實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制采用矢量變換的方法實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制的完全解耦。的完全解耦。 4矢量控制技術(shù)已走向?qū)嵱没⒅鸩饺〈鷤鹘y(tǒng)的雙閉環(huán)直矢量控制技術(shù)已走向?qū)嵱没?，并逐步取代傳統(tǒng)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。成功地應(yīng)用于軋機(jī)主傳動(dòng)、電力機(jī)車牽引系統(tǒng)、流調(diào)速系統(tǒng)。成功地應(yīng)用于軋機(jī)主傳動(dòng)、電力機(jī)車牽

4、引系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床和電動(dòng)汽車中。數(shù)控機(jī)床和電動(dòng)汽車中。 n大功率軋鋼機(jī)主傳動(dòng)要求有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和相當(dāng)高大功率軋鋼機(jī)主傳動(dòng)要求有很快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和相當(dāng)高的過載能力，由于直流電動(dòng)機(jī)的換向器和電刷在大功的過載能力，由于直流電動(dòng)機(jī)的換向器和電刷在大功率方面問題較多，維護(hù)工作量大，現(xiàn)在逐步被交流異率方面問題較多，維護(hù)工作量大，現(xiàn)在逐步被交流異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速代替。步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速代替。5現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用促進(jìn)了矢量控制的現(xiàn)代控制理論在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用促進(jìn)了矢量控制的發(fā)展。發(fā)展。n對(duì)速度信號(hào)觀測的研究，促進(jìn)了無速度傳感器矢量控制對(duì)速度信號(hào)觀測的研究，促進(jìn)了無速度傳

5、感器矢量控制的發(fā)展；的發(fā)展；n電機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)也是矢量控制的一個(gè)研究熱點(diǎn)。電機(jī)參數(shù)在線辨識(shí)也是矢量控制的一個(gè)研究熱點(diǎn)。6一、直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理一、直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理 直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞繞組電流直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞繞組電流I Ia a與氣隙磁鏈與氣隙磁鏈f f相互作用產(chǎn)生的。由于直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上就保證了相互作用產(chǎn)生的。由于直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)上就保證了電樞電流電樞電流矢量垂直于氣隙磁鏈?zhǔn)噶?，因此直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為矢量垂直于氣隙磁鏈?zhǔn)噶?，因此直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：7-2 7-2 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本思想異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本思想aIfII Ia a是控制電機(jī)

6、轉(zhuǎn)矩的分量，是控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的分量，I If f是控制是控制電機(jī)磁場的分量，這兩者是解耦的。電機(jī)磁場的分量，這兩者是解耦的。如果如果I If f恒定，只要調(diào)節(jié)恒定，只要調(diào)節(jié)I Ia a就可控制轉(zhuǎn)就可控制轉(zhuǎn)矩。矩。 ) 17(IIICTafaMe7二、交流異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理二、交流異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理 異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場m m與轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電流I Ir r相互作用產(chǎn)生的。而相互作用產(chǎn)生的。而m m又是定子電流又是定子電流I Is s與轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電流I Ir r共同共同產(chǎn)生的。產(chǎn)生的。)27(cosICTrrmMe 磁場和

7、轉(zhuǎn)矩是相互耦合的，采用標(biāo)量控制時(shí)，這兩者無法磁場和轉(zhuǎn)矩是相互耦合的，采用標(biāo)量控制時(shí)，這兩者無法解耦。因而也無法獲得良好的動(dòng)態(tài)特性。矢量控制（也稱磁解耦。因而也無法獲得良好的動(dòng)態(tài)特性。矢量控制（也稱磁場定向控制，場定向控制，F(xiàn)ield-Oriented ControlField-Oriented Control）就是要解決這一問）就是要解決這一問題。題。 8三、異步電動(dòng)機(jī)的矢量圖三、異步電動(dòng)機(jī)的矢量圖氣隙感應(yīng)電勢氣隙感應(yīng)電勢E Eg g滯后氣隙磁鏈滯后氣隙磁鏈m m 9090 ；轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流I Ir r滯后滯后E Eg g一個(gè)一個(gè)r r角度；角度；轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢E Er r與與I

8、Ir r同相；同相；轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈r r超前超前E Er r9090；激磁電流激磁電流I Im m與與m m同相；同相；空載電流空載電流I I0 0= =激磁分量激磁分量I Im m+ +鐵損鐵損（磁滯和渦流損耗）分量（磁滯和渦流損耗）分量I Ic c；定子電流定子電流I Is s=-I=-Ir r+I+I0 0；定子電壓定子電壓 U Us s=-E=-Es s+R+Rs s* *I Is s+j+js sL Llsls* *I Is sE Eg gE Er rI Ir rI Is sI I0 0-I-Ir r-E-Eg gU Us sm mr rFeFeI Im mI Ic cr rs s

9、9)37(ICTcosrTerrmr電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)子磁鏈： 如果異步電機(jī)如果異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場定向按轉(zhuǎn)子磁場定向，即將，即將MTMT同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的中的M M軸定在轉(zhuǎn)子磁鏈軸定在轉(zhuǎn)子磁鏈r r方向，則定子電流方向，則定子電流i is s可以沿可以沿M M軸和軸和T T軸分解為勵(lì)磁電流軸分解為勵(lì)磁電流i iM M和轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)矩電流i iT T，i iM M產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈，i iT T產(chǎn)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。生電磁轉(zhuǎn)矩。10四、矢量控制的基本思想四、矢量控制的基本思想 矢量控制的基本思想矢量控制的基本思想是把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制模擬是把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制模擬成直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩

10、控制，即在成直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制，即在MTMT同步坐標(biāo)系中將同步坐標(biāo)系中將異步電異步電機(jī)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場定向按轉(zhuǎn)子磁場定向，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流i iM M和轉(zhuǎn)矩電流和轉(zhuǎn)矩電流i iT T的獨(dú)立控的獨(dú)立控制，使非線性耦合解耦。制，使非線性耦合解耦。117-3 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)矢量控制的基本概念，其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立根據(jù)矢量控制的基本概念，其控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立需遵循在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上按轉(zhuǎn)子磁場方向定向的思路。同需遵循在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上按轉(zhuǎn)子磁場方向定向的思路。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系使矢量控制變?yōu)闃?biāo)量控制；轉(zhuǎn)子磁場方向定向步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系使矢量控制變?yōu)闃?biāo)量控

11、制；轉(zhuǎn)子磁場方向定向使系統(tǒng)非線性解耦，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。使系統(tǒng)非線性解耦，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。MTMT坐標(biāo)系：坐標(biāo)系：規(guī)定規(guī)定d d軸沿轉(zhuǎn)子磁鏈軸沿轉(zhuǎn)子磁鏈r r方向，并稱之為方向，并稱之為M (Magnetization)M (Magnetization)軸，軸，q q軸則逆時(shí)針轉(zhuǎn)軸則逆時(shí)針轉(zhuǎn)9090 ，即垂直于轉(zhuǎn)子磁鏈，即垂直于轉(zhuǎn)子磁鏈r r，稱之為，稱之為T T (Torque)(Torque)軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就規(guī)定為軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就規(guī)定為MTMT坐標(biāo)系，坐標(biāo)系，或稱按轉(zhuǎn)子磁場定向或稱按轉(zhuǎn)子磁場定向(Field Orientation)(Field Orien

12、tation)的坐標(biāo)系。的坐標(biāo)系。12一、矢量控制的基本方程一、矢量控制的基本方程1 1、MTMT坐標(biāo)系的電壓方程坐標(biāo)系的電壓方程)57(00rTrMsTsMrrrslmmslrslrrmslmmmsssssmsmsssssTsMiiiipLRLpLLLpLRLpLpLLpLRLLpLLpLRuu式中：式中：u usMsM、u usTsT定子定子M M軸和軸和T T軸的電壓；軸的電壓； i isMsM、i isTsT定子定子M M軸和軸和T T軸的電流；軸的電流； i irMrM、i irTrT轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子M M軸和軸和T T軸的電流。軸的電流?？紤]轉(zhuǎn)子封閉情況，即：考慮轉(zhuǎn)子封閉情況，即：u ur

13、MrM=u=urTrT=0=0。132 2、滿足磁場定向的基本方程、滿足磁場定向的基本方程)67(0sTmrTrrTsMmrMrrrMiLiLiLiL14式（式（7-67-6）代入式（）代入式（7-57-5）得磁場定向的電壓基本方程：）得磁場定向的電壓基本方程：)77(00000rTrMsTsMrrslmslrrmmmsssssmsmsssssTsMiiiiRLLpLRpLpLLpLRLLpLLpLRuu由式（由式（7-77-7）中的第）中的第3 3行得：行得：)97()(0rrrMrrMrrMrMrrMrsMmrMrRpipiRpiRiLiLpiR得：15由式（由式（7-77-7）中的第）中

14、的第4 4行得：行得：)117()(0rrslrTrTrrslrTrrMrsMmslRiiRiRiLiL得：16式（式（7-97-9）和式（）和式（7-117-11）代入式（）代入式（7-67-6）得：）得：rrrrmrslsTrmrsMRLTLTiLpTi式中：轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù))137()127(117電流、磁鏈分析電流、磁鏈分析結(jié)論結(jié)論：轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈r r僅由定子電流的僅由定子電流的i isMsM分量決定，與定子分量決定，與定子電流的電流的i isTsT分量無關(guān)。分量無關(guān)。因此因此i isMsM被稱為被稱為定子電流的勵(lì)磁分量。定子電流的勵(lì)磁分量。)127(1rmrsMLpTi結(jié)論：結(jié)論：r

15、 r與與i isMsM之間的傳遞函數(shù)是一節(jié)慣性環(huán)節(jié)，其涵義之間的傳遞函數(shù)是一節(jié)慣性環(huán)節(jié)，其涵義是：是：當(dāng)勵(lì)磁電流當(dāng)勵(lì)磁電流i isMsM突變時(shí)，突變時(shí)，r r的變化存在延時(shí)，的變化存在延時(shí)，并按轉(zhuǎn)子并按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)T Tr r的指數(shù)規(guī)律變化。的指數(shù)規(guī)律變化。這和直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的慣這和直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的慣性作用是一致的。性作用是一致的。18結(jié)論結(jié)論：當(dāng)定子勵(lì)磁電流：當(dāng)定子勵(lì)磁電流i isMsM突變而引起突變而引起轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈r r變化時(shí)，變化時(shí)，立刻就會(huì)在轉(zhuǎn)子中感生轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁分量立刻就會(huì)在轉(zhuǎn)子中感生轉(zhuǎn)子電流勵(lì)磁分量i irMrM，阻止阻止r r的變的變化，使化，使r r只能按只能

16、按轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)Tr的指數(shù)規(guī)律變化。的指數(shù)規(guī)律變化。當(dāng)當(dāng)r達(dá)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，到穩(wěn)態(tài)時(shí)，irM=0，即，即r的穩(wěn)態(tài)值由的穩(wěn)態(tài)值由isM唯一決定。唯一決定。)97( rrrMRpi19結(jié)論結(jié)論：i isTsT突然變化時(shí)，突然變化時(shí)，i irTrT立即跟隨變化，立即跟隨變化，不存在滯后不存在滯后。這是因?yàn)榘崔D(zhuǎn)子磁場定向后這是因?yàn)榘崔D(zhuǎn)子磁場定向后T T軸上不存在轉(zhuǎn)子磁鏈的緣故。軸上不存在轉(zhuǎn)子磁鏈的緣故。sTrmrTrmrslsTrrslrTiLLiLTiRi)137()117( 總之，由于總之，由于MTMT坐標(biāo)按轉(zhuǎn)子磁場定向，在定子電流的兩個(gè)坐標(biāo)按轉(zhuǎn)子磁場定向，在定子電流的兩個(gè)分量之間實(shí)現(xiàn)了解耦

17、，分量之間實(shí)現(xiàn)了解耦，i isMsM唯一決定磁鏈唯一決定磁鏈r r，i isTsT則只影響轉(zhuǎn)則只影響轉(zhuǎn)矩，它們分別對(duì)應(yīng)直流電機(jī)中的勵(lì)磁電流和電樞電流。矩，它們分別對(duì)應(yīng)直流電機(jī)中的勵(lì)磁電流和電樞電流。203 3、電磁轉(zhuǎn)矩方程、電磁轉(zhuǎn)矩方程)167()(0)157(,0()147()(sTsMmrmperMrrsTrmperTrTsMrMsTmpeiiLLLnTiiLLnTiiiiLnT，穩(wěn)態(tài)情況下，在）在滿足磁場定向條件下21)167()(0)157(,0()147()(sTsMmrmperMrsTrmperTrTsMrMsTmpeiiLLLnTiiLLnTiiiiLnT，則在穩(wěn)態(tài)情況下，則）在

18、滿足磁場定向條件下！注意：！注意：式（式（7-147-14）是在任意選取的）是在任意選取的MTMT坐標(biāo)系下的坐標(biāo)系下的T Te e表達(dá)式，表達(dá)式，動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)都適用；動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)都適用；式（式（7-157-15）是在已沿轉(zhuǎn)子定向的特定）是在已沿轉(zhuǎn)子定向的特定MTMT坐標(biāo)系下的坐標(biāo)系下的T Te e表達(dá)式，表達(dá)式，動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)都適用；動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)都適用；式（式（7-167-16）是在已沿轉(zhuǎn)子定向的特定）是在已沿轉(zhuǎn)子定向的特定MTMT坐標(biāo)系下坐標(biāo)系下且轉(zhuǎn)子磁且轉(zhuǎn)子磁場恒定場恒定的的T Te e表達(dá)式，只適用于穩(wěn)態(tài)。表達(dá)式，只適用于穩(wěn)態(tài)。22電磁轉(zhuǎn)矩分析電磁轉(zhuǎn)矩分析)157(,0(rsTrmperTiLLn

19、T）在滿足磁場定向條件下結(jié)論結(jié)論：在磁場定向情況下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩在磁場定向情況下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T Te e只與轉(zhuǎn)子磁鏈只與轉(zhuǎn)子磁鏈r r及定子電流分量及定子電流分量i isTsT有關(guān)。有關(guān)。因此因此i isTsT被稱為被稱為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。23結(jié)論結(jié)論： 若控制若控制i isMsM使磁鏈?zhǔn)勾沛渞 r保持恒定保持恒定, ,則通過控制則通過控制i isTsT就可以控制就可以控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，獲得如同直流電動(dòng)機(jī)那樣的控制特性。瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，獲得如同直流電動(dòng)機(jī)那樣的控制特性。)167()(, 0)127(1sTsMmrmperMrrmrsMiiLLLnTiLpTi穩(wěn)態(tài)情況下，在24)197

20、(1)187()1(17-7(sMsTrslsTsMrrsTrrmsliiTiiTpTiTL在穩(wěn)態(tài)情況下，）轉(zhuǎn)差頻率：結(jié)論結(jié)論：若轉(zhuǎn)子電阻和磁場不變，轉(zhuǎn)差頻率與定子電流的若轉(zhuǎn)子電阻和磁場不變，轉(zhuǎn)差頻率與定子電流的轉(zhuǎn)矩分量轉(zhuǎn)矩分量i isTsT成正比。成正比。由式由式(7-12)(7-12)和式和式(7-13)(7-13)得轉(zhuǎn)差頻率與電流的協(xié)調(diào)關(guān)系：得轉(zhuǎn)差頻率與電流的協(xié)調(diào)關(guān)系：4 4、轉(zhuǎn)差頻率控制方程、轉(zhuǎn)差頻率控制方程255 5、按轉(zhuǎn)子磁場定向時(shí)，轉(zhuǎn)子、按轉(zhuǎn)子磁場定向時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈和電流的動(dòng)態(tài)關(guān)系磁鏈和電流的動(dòng)態(tài)關(guān)系)227()217(arctan)207(22dtMTiiiiisssMsTsTs

21、Ms軸系的旋轉(zhuǎn)角軸系對(duì)矢量控制的負(fù)載角：)127(1rmrrmsMpLTLi)137( rmrslsTLTi26小結(jié)：矢量控制基本方程小結(jié)：矢量控制基本方程)17-7(sTrrmsliTL)157( rsTrmpeiLLnT)127(1:1rmrsMsMrmrLpTiipTL或27二、矢量控制方法二、矢量控制方法 既然異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那既然異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，給出直流電動(dòng)機(jī)的控制量，么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，給出直流電動(dòng)機(jī)的控制量，再經(jīng)過相應(yīng)的反變換就能控制異步電動(dòng)機(jī)。再經(jīng)過相應(yīng)的反變換就能控制異步電動(dòng)機(jī)。

22、 由于坐標(biāo)變換的依據(jù)是電流的空間矢量，所以這樣的通過由于坐標(biāo)變換的依據(jù)是電流的空間矢量，所以這樣的通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做坐標(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)矢量變換控制系統(tǒng)(Trans-(Trans-vector Control System)vector Control System)或或矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)(Vector Control (Vector Control System)System)，VCVC系統(tǒng)系統(tǒng) 。28矢量控制原理矢量控制原理：電流指令：電流指令i isMsM* *和和i isTsT* *經(jīng)過經(jīng)過M-TM-T坐標(biāo)系坐標(biāo)系、坐標(biāo)系和坐標(biāo)系和、坐標(biāo)系坐

23、標(biāo)系三相靜止坐標(biāo)系的變換三相靜止坐標(biāo)系的變換( (反旋轉(zhuǎn)反旋轉(zhuǎn)變換變換VRVR-1-1和和2/32/3變換變換) )，變?yōu)槿嚯娏髦噶?，變?yōu)槿嚯娏髦噶頸 ia a* *、i ib b* *、i ic c* *，輸入，輸入到三相變頻器；變頻器輸出與到三相變頻器；變頻器輸出與i ia a* *、i ib b* *、i ic c* *一樣的實(shí)際電流一樣的實(shí)際電流i ia a、i ib b、i ic c；（；（i ia a、i ib b、i ic c通過通過3/23/2變換轉(zhuǎn)換為變換轉(zhuǎn)換為i iss、i iss，之，之后借助于單位矢量后借助于單位矢量coscos和和sinsin轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中

24、，轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，得到的得到的i isMsM、i isTsT施加到施加到M-TM-T坐標(biāo)系下的電機(jī)模型上）。控制電坐標(biāo)系下的電機(jī)模型上）?？刂齐娏髦噶盍髦噶頸 i* *sMsM和和i i* *sTsT就可以控制電機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩。就可以控制電機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩。i*sMTMTM a-b-ccossin電流控制電流控制型變頻器型變頻器電機(jī)電機(jī)MTMT軸軸模型模型控控 制制變頻器變頻器電電 機(jī)機(jī)i*sTi*si*si*ai*bi*ciaibicisisisMisTcossin a-b-c 29注意：注意：如果忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，并認(rèn)為控制器中反如果忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，并認(rèn)為控制器中反

25、旋轉(zhuǎn)變換器與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)相抵消，旋轉(zhuǎn)變換器與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)相抵消，2/32/3變換器變換器與電機(jī)內(nèi)部的與電機(jī)內(nèi)部的3/23/2變換環(huán)節(jié)相抵消，則虛框內(nèi)的部分可以刪變換環(huán)節(jié)相抵消，則虛框內(nèi)的部分可以刪去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)。去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)。i*sMTMTM a-b-ccossin電流控制電流控制型變頻器型變頻器電機(jī)電機(jī)MTMT軸軸模型模型控控 制制變頻器變頻器電電 機(jī)機(jī)i*sTi*si*si*ai*bi*ciaibicisisisMisTcossin a-b-c 30該控制器需要兩個(gè)反變換，以便控該控制器需要兩個(gè)反變換，以便控制電流制電流i i* *sMsM和和

26、i i* *sTsT分別與電機(jī)電流分別與電機(jī)電流i isMsM、i isTsT相一致。相一致。轉(zhuǎn)子磁場定向是由坐標(biāo)變換所用單轉(zhuǎn)子磁場定向是由坐標(biāo)變換所用單位矢量位矢量coscos和和sinsin來保證的，來保證的，正正確的單位矢量確的單位矢量coscos和和sinsin是保證是保證矢量控制原理實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。矢量控制原理實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。 i*sMTMTM a-b-ccossin電流控制電流控制型變頻器型變頻器電機(jī)電機(jī)MTMT軸軸模型模型控控 制制變頻器變頻器電電 機(jī)機(jī)i*sTi*si*si*ai*bi*ciaibicisisisMisTcossin a-b-c 31根據(jù)單位矢量獲取方法的不同，矢量控制

27、方法可分為兩種：根據(jù)單位矢量獲取方法的不同，矢量控制方法可分為兩種：直接矢量控制直接矢量控制( (由由BlaschkeBlaschke發(fā)明發(fā)明) )間接矢量控制間接矢量控制( (由由HasseHasse發(fā)明發(fā)明) ) 。 當(dāng)矢量控制所用單位矢量和磁鏈?zhǔn)侵苯訖z測到的或由檢當(dāng)矢量控制所用單位矢量和磁鏈?zhǔn)侵苯訖z測到的或由檢測到的電機(jī)的端子量及轉(zhuǎn)速計(jì)算得到時(shí)，被稱為測到的電機(jī)的端子量及轉(zhuǎn)速計(jì)算得到時(shí)，被稱為直接矢量直接矢量控制控制，也可稱為，也可稱為磁通反饋矢量控制磁通反饋矢量控制（Feedback Vector Feedback Vector ControlControl）。）。 當(dāng)矢量控制所用單位

28、矢量和磁鏈?zhǔn)钱?dāng)矢量控制所用單位矢量和磁鏈?zhǔn)菑膹碾娏髦噶钪惦娏髦噶钪岛娃D(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速計(jì)算計(jì)算得到時(shí)，被稱為得到時(shí)，被稱為間接矢量控制間接矢量控制，也可稱為，也可稱為磁通前饋矢磁通前饋矢量控制量控制（Feed-forward Vector ControlFeed-forward Vector Control）。又稱為）。又稱為轉(zhuǎn)差頻轉(zhuǎn)差頻率矢量控制率矢量控制。 32（一）直接或反饋矢量控制（一）直接或反饋矢量控制 PWM PWM電壓型逆變器傳動(dòng)系統(tǒng)的直接矢量控制框圖如圖電壓型逆變器傳動(dòng)系統(tǒng)的直接矢量控制框圖如圖所示，它所示，它對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈分別進(jìn)行閉環(huán)控制對(duì)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子磁鏈分別進(jìn)行閉環(huán)控制。1 1、直

29、接矢量控制框圖、直接矢量控制框圖直接矢量控制的框圖直接矢量控制的框圖Y Y* *r+ TMcba cossin電流控制型電流控制型PWMPWM變頻器變頻器電壓模型電壓模型磁鏈觀測器磁鏈觀測器磁鏈磁鏈調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器_UdIMuabi *sMi *sTi *si *si *ai *bi *c* *rrY YrubcucaiaibrY Yr33rmrslsTLTi控制原理說明：控制原理說明：磁鏈給定信號(hào)由函數(shù)發(fā)生程序獲得，磁鏈調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)磁鏈的精確控制。磁鏈給定信號(hào)由函數(shù)發(fā)生程序獲得，磁鏈調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)磁鏈的精確控制。轉(zhuǎn)矩電流分量轉(zhuǎn)矩電流分量i i* *sTsT由帶雙極性限幅器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

30、器產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩由帶雙極性限幅器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制。當(dāng)磁鏈恒定時(shí)，正比于的閉環(huán)控制。當(dāng)磁鏈恒定時(shí)，正比于i isTsT的轉(zhuǎn)矩可以是雙極性的。的轉(zhuǎn)矩可以是雙極性的。借助于單位矢量借助于單位矢量(cos(cos和和sin)sin)，i i* *sMsM和和i i* *sTsT被變換到靜止坐標(biāo)系中。靜被變換到靜止坐標(biāo)系中。靜止坐標(biāo)系上的信號(hào)然后被變換為逆變器的相電流指令值。止坐標(biāo)系上的信號(hào)然后被變換為逆變器的相電流指令值。rmrsMLpTi1直接矢量控制的框圖直接矢量控制的框圖Y Y* *r+ TMcba cossin電流控制型電流控制型PWMPWM變頻器變頻器電壓模型

31、電壓模型磁鏈觀測器磁鏈觀測器磁鏈磁鏈調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器速度速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器_UdIMuabi *sMi *sTi *si *si *ai *bi *c* *rrY YrubcucaiaibrY Yr342、單位矢量計(jì)算、單位矢量計(jì)算MrrIsrisr st sTisisTisMrrrrrrrrsincos)367(22 M-T M-T坐標(biāo)系相對(duì)于靜止坐標(biāo)系以同步轉(zhuǎn)速坐標(biāo)系相對(duì)于靜止坐標(biāo)系以同步轉(zhuǎn)速s s旋轉(zhuǎn)，在任何旋轉(zhuǎn)，在任何時(shí)刻時(shí)刻M M軸相對(duì)于軸相對(duì)于軸的角度位置為軸的角度位置為=s st t。由該圖得單位矢。由該圖得單位矢量量coscos和和sinsin： 注：注：因單位矢量是由反饋磁鏈?zhǔn)噶繉?dǎo)

32、出的，故稱這種矢量因單位矢量是由反饋磁鏈?zhǔn)噶繉?dǎo)出的，故稱這種矢量控制為控制為“反饋矢量控制反饋矢量控制”。 35要得到轉(zhuǎn)子磁鏈和單位矢量首先應(yīng)該獲得要得到轉(zhuǎn)子磁鏈和單位矢量首先應(yīng)該獲得、軸磁鏈。軸磁鏈。 3 3、磁鏈?zhǔn)噶康墓烙?jì)、磁鏈?zhǔn)噶康墓烙?jì) 轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)请妱?dòng)機(jī)內(nèi)部的物理量，直接測量難以實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)请妱?dòng)機(jī)內(nèi)部的物理量，直接測量難以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中多采用間接觀測的方法獲得。實(shí)際應(yīng)用中多采用間接觀測的方法獲得。36（1 1）電壓模型磁鏈觀測器）電壓模型磁鏈觀測器 電壓模型磁鏈觀測器電壓模型磁鏈觀測器利用檢測到的利用檢測到的電機(jī)端電壓電機(jī)端電壓和和電電流流來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈和單位矢量。來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁

33、鏈和單位矢量。 根據(jù)根據(jù)3/23/2坐標(biāo)變換，得：坐標(biāo)變換，得： BABABCBsABABACBAsiiiiiiiiiiiiiiiii221)(232332)(233223)(21232)22(32 在電壓方程中，感應(yīng)電動(dòng)勢等于磁鏈的變化率，因此取電在電壓方程中，感應(yīng)電動(dòng)勢等于磁鏈的變化率，因此取電動(dòng)勢的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫做電壓模型。動(dòng)勢的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型叫做電壓模型。 37同理可得定子電壓：同理可得定子電壓： BCCBsCAABCBAsuiuuuuuuuu21)(2332)(61)22(3238Rsus is +- s Rsus is +- s 定子磁鏈：定子磁鏈

34、：22)()(sssssssssssdtiRudtiRu39氣隙磁鏈：氣隙磁鏈：轉(zhuǎn)子磁鏈：轉(zhuǎn)子磁鏈：slssrsmmslssrsmmslssrsmmiLiiLiLiiLiLiiL)()()327()()357()347()337(slrmmrrslrmmrrslrmmrriLLLiLLLiLLL40圖圖7-7 7-7 電壓模型磁鏈觀測器框圖電壓模型磁鏈觀測器框圖+_+_rY1+_mrLL+_mrLL+_+_rY1R Rs sL Llslsis Y Yscosus isusL LlrlrY YmY YsY YmR Rs sL LlslsL LlrlrY YrY YrsinY Yr22rr41電壓

35、模型磁鏈觀測器的特點(diǎn)：電壓模型磁鏈觀測器的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：不需要轉(zhuǎn)速信號(hào)，算法與轉(zhuǎn)子電阻優(yōu)點(diǎn)：不需要轉(zhuǎn)速信號(hào)，算法與轉(zhuǎn)子電阻R Rr r無關(guān)，只與定無關(guān)，只與定子電阻子電阻R Rs s有關(guān)，而有關(guān)，而R Rs s容易測得。受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較小，容易測得。受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較小，且算法簡單，便于應(yīng)用。且算法簡單，便于應(yīng)用。 缺點(diǎn)：在低速時(shí)，模型不夠準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：在低速時(shí)，模型不夠準(zhǔn)確。 其原因是：其原因是：低頻時(shí)電壓采樣信號(hào)很小，積分精度難以保低頻時(shí)電壓采樣信號(hào)很小，積分精度難以保證；證；低頻時(shí)電阻低頻時(shí)電阻R Rs s、電感、電感L Llsls、L Llrlr和和L Lm m等參數(shù)的變化

36、對(duì)計(jì)算等參數(shù)的變化對(duì)計(jì)算精度的影響相對(duì)較大，尤其以精度的影響相對(duì)較大，尤其以R Rs s的影響最為顯著。的影響最為顯著。22)()(sssssssssssdtiRudtiRu注：注：在高速時(shí)，這些參數(shù)變化的在高速時(shí)，這些參數(shù)變化的影響則可以忽略。影響則可以忽略。 42（2 2）電流模型磁鏈觀測器）電流模型磁鏈觀測器 電流模型磁鏈觀測器電流模型磁鏈觀測器利用檢測到的利用檢測到的電機(jī)電流電機(jī)電流和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈和單位矢量。來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈和單位矢量。)507(11rrrrsrmrrrrrsrmrTiTLpTiTLp 根據(jù)磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得根據(jù)磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方

37、程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得到的模型叫做電流模型。到的模型叫做電流模型。43圖圖7-9 7-9 電流模型磁鏈觀測器框圖電流模型磁鏈觀測器框圖 Cos Sin Y Yr+_+_+rmTLrY1rmTLrY1rT1rT1 r22rrY YrY Yris ispY YrpY Yr44 電流模型磁鏈觀測器的特點(diǎn)電流模型磁鏈觀測器的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：不論轉(zhuǎn)速高低都能適用。優(yōu)點(diǎn)：不論轉(zhuǎn)速高低都能適用。 缺點(diǎn)：觀測精度受缺點(diǎn)：觀測精度受R Rr r、L Lm m等參數(shù)變化的影響較大，其中受等參數(shù)變化的影響較大，其中受轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻R Rr r的影響最大。因溫度和集膚效應(yīng)的影響，的影響最大。因溫度和集膚效應(yīng)的影響，R

38、Rr r的變的變化甚至?xí)^化甚至?xí)^5050，并且該參數(shù)的補(bǔ)償也非常困難。因此該，并且該參數(shù)的補(bǔ)償也非常困難。因此該觀測方法觀測方法常需進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)才能保證磁鏈觀測精度。常需進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)才能保證磁鏈觀測精度。45 由于高速時(shí)電壓模型磁鏈觀測器效果較好，而電流模型由于高速時(shí)電壓模型磁鏈觀測器效果較好，而電流模型磁鏈觀測器可在任何速度范圍內(nèi)使用，但受轉(zhuǎn)子電阻影響較磁鏈觀測器可在任何速度范圍內(nèi)使用，但受轉(zhuǎn)子電阻影響較大，因此可以將電壓和電流模型結(jié)合起來使用，即在大，因此可以將電壓和電流模型結(jié)合起來使用，即在高速時(shí)高速時(shí)采用電壓模型磁鏈觀測器，低速時(shí)采用電壓模型磁鏈觀測器，低速時(shí)(例如例如n15%

39、nN)采用電流采用電流模型磁鏈觀測器模型磁鏈觀測器。（3 3）組合模型磁鏈觀測器）組合模型磁鏈觀測器46 在磁鏈閉環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈反饋信號(hào)是由在磁鏈閉環(huán)的直接矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈反饋信號(hào)是由磁鏈模型獲得的，受電機(jī)參數(shù)磁鏈模型獲得的，受電機(jī)參數(shù)T Tr r和和L Lm m變化的影響，造成控制的變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。既然這樣不準(zhǔn)確性。既然這樣, , 與其采用磁鏈閉環(huán)控制而反饋不準(zhǔn)與其采用磁鏈閉環(huán)控制而反饋不準(zhǔn), , 不不如采用磁鏈開環(huán)控制如采用磁鏈開環(huán)控制, , 系統(tǒng)反而會(huì)簡單一些。系統(tǒng)反而會(huì)簡單一些。 除了單位矢量是以前饋的方式產(chǎn)生外，間接矢量控制和直接除了單位矢量

40、是以前饋的方式產(chǎn)生外，間接矢量控制和直接矢量控制本質(zhì)上是相同的。間接矢量控制在工業(yè)上用得比較多。矢量控制本質(zhì)上是相同的。間接矢量控制在工業(yè)上用得比較多。（二）間接或前饋矢量控制（二）間接或前饋矢量控制( (又稱為轉(zhuǎn)差頻率矢量控制又稱為轉(zhuǎn)差頻率矢量控制) )47當(dāng)當(dāng)i isMsM* *為恒值時(shí)為恒值時(shí) 間接矢量控制是間接矢量控制是從從電流指令值電流指令值和和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速來計(jì)算來計(jì)算單位矢量和磁單位矢量和磁鏈。鏈。 )537(1)527()1 (*sMrmrrrsMsTslipTLTpTiirsMsTslTii1*48)557()()547(*dtdtrslsrsls定子頻率指令：49根據(jù)指令電流根據(jù)

41、指令電流i i* *sMsM、i*sT求轉(zhuǎn)子磁鏈及相角的結(jié)構(gòu)電路：求轉(zhuǎn)子磁鏈及相角的結(jié)構(gòu)電路： 定向精度同樣受定向精度同樣受T Tr r、L Lm m等參數(shù)變化的影響，其中受轉(zhuǎn)子電阻等參數(shù)變化的影響，其中受轉(zhuǎn)子電阻R Rr r的影響最大。的影響最大。50間接矢量控制間接矢量控制( (轉(zhuǎn)差頻率矢量控制轉(zhuǎn)差頻率矢量控制) )系統(tǒng)系統(tǒng)51為簡單起見，以開環(huán)方式維持磁鏈為常值。為簡單起見，以開環(huán)方式維持磁鏈為常值。 給定轉(zhuǎn)子磁鏈給定轉(zhuǎn)子磁鏈*r，根據(jù)下式得到產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)子磁鏈，根據(jù)下式得到產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)子磁鏈*r所需要的勵(lì)磁電流所需要的勵(lì)磁電流i*ds(i*sM)。框圖說明：框圖說明：mrsMLirmr

42、sMLpTi152 速度控制環(huán)產(chǎn)生定子電流的轉(zhuǎn)矩分量速度控制環(huán)產(chǎn)生定子電流的轉(zhuǎn)矩分量i*ds(i*sT)。rmrslsTLTi 轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率* *slsl由電流由電流i*qs(i*sT)產(chǎn)生。產(chǎn)生。)177( sTRrrmsliLRL53 轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率* *slsl與與r r相加得同步頻率信號(hào)相加得同步頻率信號(hào)e e(s s) )。對(duì)。對(duì)e e積分并查表得單位矢量信號(hào)積分并查表得單位矢量信號(hào)coscose e和和sinsine e (cos (cos和和sin)sin)。54轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)磁場定向由給定信號(hào)確定并靠矢量控制方程保證，省去磁場定向由給

43、定信號(hào)確定并靠矢量控制方程保證，省去了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；運(yùn)行中轉(zhuǎn)子參數(shù)的變化及磁路飽和等因素影響會(huì)造成實(shí)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子參數(shù)的變化及磁路飽和等因素影響會(huì)造成實(shí)際定向軸偏離設(shè)定的目標(biāo)定向軸，影響解耦效果和控制際定向軸偏離設(shè)定的目標(biāo)定向軸，影響解耦效果和控制性能。性能。55 無論是直接矢量控制還是間接矢量控制都具有動(dòng)態(tài)性能好、無論是直接矢量控制還是間接矢量控制都具有動(dòng)態(tài)性能好、調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，采用光電碼盤轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，一般可以調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，采用光電碼盤轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，一般可以達(dá)到調(diào)速范圍達(dá)到調(diào)速范圍D=100D=100，當(dāng)系統(tǒng)和傳感器精度高時(shí)，甚至可達(dá)，當(dāng)

44、系統(tǒng)和傳感器精度高時(shí)，甚至可達(dá)D=1000D=1000。 動(dòng)態(tài)性能受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響是矢量控制的主要不足動(dòng)態(tài)性能受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響是矢量控制的主要不足之處。之處。56 將將i isMsM定向到轉(zhuǎn)子磁鏈定向到轉(zhuǎn)子磁鏈r r、氣隙磁鏈、氣隙磁鏈m m或定子磁鏈或定子磁鏈s s上都上都可以實(shí)現(xiàn)矢量控制。轉(zhuǎn)子磁鏈定向可以得到自然解耦控制，可以實(shí)現(xiàn)矢量控制。轉(zhuǎn)子磁鏈定向可以得到自然解耦控制，而氣隙磁鏈或定子磁鏈定向會(huì)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，該耦合效應(yīng)必而氣隙磁鏈或定子磁鏈定向會(huì)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，該耦合效應(yīng)必須通過解耦的補(bǔ)償電流實(shí)施補(bǔ)償。須通過解耦的補(bǔ)償電流實(shí)施補(bǔ)償。（三）其它磁場定向控制方式（三）其它磁場定向

45、控制方式57氣隙磁場定向矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)氣隙磁場定向矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)氣隙磁通易于直接測量，同時(shí)電機(jī)磁通的飽和程度與氣氣隙磁通易于直接測量，同時(shí)電機(jī)磁通的飽和程度與氣隙磁通一致，故基于氣隙磁通的控制方式更適于處理飽隙磁通一致，故基于氣隙磁通的控制方式更適于處理飽和效應(yīng)；和效應(yīng)；與轉(zhuǎn)子磁場相同，維持氣隙磁通恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與與轉(zhuǎn)子磁場相同，維持氣隙磁通恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與q q軸電流成正比；軸電流成正比；磁通關(guān)系和滑差關(guān)系中存在耦合，與解耦的轉(zhuǎn)子磁通控磁通關(guān)系和滑差關(guān)系中存在耦合，與解耦的轉(zhuǎn)子磁通控制結(jié)構(gòu)相比，耦合使基于氣隙磁通控制的轉(zhuǎn)矩和磁通控制結(jié)構(gòu)相比，耦合使基于氣隙磁通控制的轉(zhuǎn)矩和磁通控制

46、結(jié)構(gòu)圖更復(fù)雜。制結(jié)構(gòu)圖更復(fù)雜。58定子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)定子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)在磁通閉環(huán)控制系統(tǒng)中，定子磁通定向在一般的調(diào)速范在磁通閉環(huán)控制系統(tǒng)中，定子磁通定向在一般的調(diào)速范圍內(nèi)可利用定子方程做磁通觀測器，非常易于實(shí)現(xiàn)，且圍內(nèi)可利用定子方程做磁通觀測器，非常易于實(shí)現(xiàn)，且不包括對(duì)溫度變化非常敏感的轉(zhuǎn)子參數(shù)；不包括對(duì)溫度變化非常敏感的轉(zhuǎn)子參數(shù)；低速時(shí)，由于定子電阻壓降占端電壓的大部分，致使反低速時(shí)，由于定子電阻壓降占端電壓的大部分，致使反電勢測量誤差較大，導(dǎo)致定子磁通觀測不準(zhǔn)；電勢測量誤差較大，導(dǎo)致定子磁通觀測不準(zhǔn)；與氣隙磁場定向一樣，磁通關(guān)系和滑差關(guān)系中存在耦合，與氣隙磁場定向一

47、樣，磁通關(guān)系和滑差關(guān)系中存在耦合，耦合使轉(zhuǎn)矩和磁通控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。耦合使轉(zhuǎn)矩和磁通控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。597-4 7-4 矢量控制的研究方向矢量控制的研究方向研究方向研究方向11無速度傳感器的矢量控制無速度傳感器的矢量控制 研究背景：研究背景： 凡是高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，無論是矢量控制系統(tǒng)，還凡是高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，無論是矢量控制系統(tǒng)，還是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)或其他系統(tǒng)，都需要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速反是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)或其他系統(tǒng)，都需要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速反饋。常用轉(zhuǎn)速傳感器的種類：饋。常用轉(zhuǎn)速傳感器的種類：n電磁式：旋轉(zhuǎn)變壓器，接近開關(guān)式等；電磁式：旋轉(zhuǎn)變壓器，接近開關(guān)式等；n磁敏式：磁敏電阻，磁敏二極管，霍爾

48、傳感器等；磁敏式：磁敏電阻，磁敏二極管，霍爾傳感器等；n光電式：增量式編碼器，絕對(duì)式編碼器。光電式：增量式編碼器，絕對(duì)式編碼器。60速度反饋：速度反饋：傳感器增加了電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加大了電機(jī)傳感器增加了電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加大了電機(jī)空間尺寸和體積?？臻g尺寸和體積。傳感器的使用增加了電機(jī)與控制系統(tǒng)之間的連接線和傳感器的使用增加了電機(jī)與控制系統(tǒng)之間的連接線和接口電路，降低了系統(tǒng)可靠性。接口電路，降低了系統(tǒng)可靠性。受傳感器使用條件如溫度、濕度和振動(dòng)的限制，調(diào)速受傳感器使用條件如溫度、濕度和振動(dòng)的限制，調(diào)速系統(tǒng)不能廣泛適應(yīng)各種場合。系統(tǒng)不能廣泛適應(yīng)各種場合。傳感器及其輔助電路增加了調(diào)速系統(tǒng)

49、的成本，某些高傳感器及其輔助電路增加了調(diào)速系統(tǒng)的成本，某些高精度傳感器的價(jià)格甚至可與電機(jī)本身價(jià)格相比。精度傳感器的價(jià)格甚至可與電機(jī)本身價(jià)格相比。61 因此，如果舍去轉(zhuǎn)速傳感器仍能夠獲得良好的控制性能，因此，如果舍去轉(zhuǎn)速傳感器仍能夠獲得良好的控制性能，將是一個(gè)很有價(jià)值的方案。自從將是一個(gè)很有價(jià)值的方案。自從2020世紀(jì)世紀(jì)70708080年代以來，年代以來，很多學(xué)者和工程技術(shù)人員在這方面做了大量的工作，取得很多學(xué)者和工程技術(shù)人員在這方面做了大量的工作，取得不少成就，已經(jīng)發(fā)表了許多關(guān)于無速度傳感器高性能交流不少成就，已經(jīng)發(fā)表了許多關(guān)于無速度傳感器高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的研究和綜述，內(nèi)容十分豐富。其后，多種系列調(diào)速系統(tǒng)的研究和綜述，內(nèi)容十分豐富。其后，多種系列的無速度傳感器高性能通用變頻器產(chǎn)品已經(jīng)獲得應(yīng)用。的無速度傳感器高性能通用變頻器產(chǎn)品已經(jīng)獲得應(yīng)用。62 無速度傳感器控制方法：無速度傳感器控制方法：n直接計(jì)算法；直接計(jì)算法；n觀測器方法觀測器方法( (全階狀態(tài)觀測器，降階狀態(tài)觀測器，滑模全階狀態(tài)觀測器，降階狀態(tài)觀測器，滑模觀測器，擴(kuò)展卡爾曼濾波器）；觀測器，擴(kuò)展卡爾曼濾波器）；n模型參考