矢量控制原理

1、.控制目標(biāo)控制目標(biāo) 最大利用風(fēng)能最大利用風(fēng)能 與電網(wǎng)的匹配（有功、無功、功率因與電網(wǎng)的匹配（有功、無功、功率因數(shù)）數(shù)） 最好的電性能（動(dòng)、靜態(tài)、穩(wěn)定性、最好的電性能（動(dòng)、靜態(tài)、穩(wěn)定性、諧波）諧波）.三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型.坐標(biāo)變換的基本思路坐標(biāo)變換的基本思路 從上節(jié)分析異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的過程中可以看出，這個(gè)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 66 電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系。因此，要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，須從簡(jiǎn)化磁鏈關(guān)系入手。 .圖6-46 二極直流電機(jī)的物理模型dqFACifiaic

2、勵(lì)磁繞組電樞繞組補(bǔ)償繞組. （1）交流電機(jī)繞組的等效物理模型）交流電機(jī)繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCF1a）三相交流繞組. （2）等效的兩相交流電機(jī)繞組）等效的兩相交流電機(jī)繞組Fii1b）兩相交流繞組 .旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機(jī)模型旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機(jī)模型1FMTimitMTc）旋轉(zhuǎn)的直流繞組 . 三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量 AN2iN3iAN3iCN3iBN2i60o60oCB. 設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在 、 軸上的投影都應(yīng)相等， )2121(60cos60cosCBA3C3B3A32iiiNiNi

3、NiNiN)(2360sin60sinCB3C3B32iiNiNiNiN.寫成矩陣形式，得CBA232323021211iiiNNii（6-89） . 考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明,匝數(shù)比應(yīng)為3223NN（6-90） .代入式（6-89），得CBA232302121132iiiii（6-91） . 令 C3/2 表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 2323021211322/3C（6-92） 三相三相兩相坐標(biāo)系的變換矩陣兩相坐標(biāo)系的變換矩陣. 如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線，則有 iA + iB + iC = 0，或 iC = iA iB 。代入式（6-92）和（6

4、-93）并整理后得BA221023iiii（6-94） .BA2161032iiii（6-95） 按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時(shí)還可證明，它們也是磁鏈的變換陣。.兩相兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）變換） 從上圖等效的交流電機(jī)繞組和直流電機(jī)繞組物理模型的圖 b 和圖 c 中從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 M、T 變換稱作兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡(jiǎn)稱 2s/2r 變換，其中 s 表示靜止，r 表示旋轉(zhuǎn)。 把兩個(gè)坐標(biāo)系畫在一起，即得下圖。.兩相兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）變換）it siniFs1imcosimimsinitcosiitMT. s

5、incostmiiicossintmiii2s/2r變換公式變換公式.寫成矩陣形式，得 tms2/ r2tmcossinsincosiiCiiii（6-96） cossinsincoss2/ r2C（6-97） 是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換陣。 式中兩相旋轉(zhuǎn)兩相旋轉(zhuǎn)兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣. 對(duì)式（6-96）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得 1tmcossinsincoscossinsincosiiiiii (6-98) .cossinsincosr2/ s2C (6-99) 則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣是 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流（

6、磁動(dòng)勢(shì)）旋轉(zhuǎn)變換陣相同。 兩相靜止兩相靜止兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣.is (Fs)1simitMT 令矢量 is 和M軸的夾角為 s ，已知 im、it ，求 is 和 s ，就是直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)稱K/P變換。直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換（極坐標(biāo)變換（K/P變換）變換） .顯然，其變換式應(yīng)為 （6-100）2t2msiiimtsarctanii（6-101）.三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程 作為異步電機(jī)控制系統(tǒng)研究和分析基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，過去經(jīng)常使用矩陣方程，近來越來越多地采用狀態(tài)方程的形式，因此有必要再介紹一下狀態(tài)方程。為了簡(jiǎn)單起見，這里只討論兩相同步旋

7、轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程，如果需要其它類型的兩相坐標(biāo)，只須稍加變換，就可以得到。 .三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程1. r is 狀態(tài)方程 由前節(jié)式（6-103b）表示dq坐標(biāo)系上的磁鏈方程 rqrsqmrqrdrsdmrdrqmsqssqrdmsdssdiLiLiLiLiLiLiLiL（6-103b） . 式（6-104）為任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程rddqrrqrqrrqrqdqrrdrdrrdsddqssqsqssqsqdqssdsdssdpiRupiRupiRupiRu（6-104） . 對(duì)于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系， dqs = 1 ， dqr = 1 - = s ，又考慮到籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)

8、部是短路的，則 urd = urq = 0 ，于是，電壓方程可寫成 rd1rqrqrrq1rdrdrsd1sqsqssqsq1sdsdssd)(0)(0piRpiRpiRupiRu（6-112） .由式（6-103b）中第3，4兩式可解出 sqmrqrrqsdmrdrrd11iLLiiLLi.基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的基于動(dòng)態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的 矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng) 矢量控制系統(tǒng)的基本思路 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用 轉(zhuǎn)子磁鏈模型 轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)直接矢量控制系統(tǒng) 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng). 異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3/2三相/兩相變換

9、; VR同步旋轉(zhuǎn)變換; M軸與軸（A軸）的夾角 3/2VR等效直流等效直流電機(jī)模型電機(jī)模型ABC iAiBiCit1im1ii異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī) 異步電機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖. 既然異步電機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電機(jī)，那么，模仿直流電機(jī)的控制策略，得到直流電機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電機(jī)了。 由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）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)就叫作矢量控制系統(tǒng)（Vector Control System），控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。. 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 控制器控制器VR-12/3電流控制電流控制變頻器變頻器3/2VR等效直流等效直流電機(jī)模型電機(jī)模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1i