【正文】 律 —— 不管是 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差的關(guān)系，還是保持 恒磁 通時定子電流與轉(zhuǎn)差的關(guān)系都是在穩(wěn)態(tài)條件下得出的，不能反映動態(tài)特安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 性，因而仍然不能保證最優(yōu)的動態(tài)性能 ， 顯然希望控制的基本原理基于異步 電 機的真實動態(tài)模型。 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本要點之一是保持磁通恒定，為此需要對定子電流進行調(diào)節(jié)。控制轉(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差率控制地基本概念。其中磁通勢 F1以 1? 的速度旋轉(zhuǎn) 。 由于轉(zhuǎn)子 的旋轉(zhuǎn)，定 、轉(zhuǎn)子繞組間的互感是定、轉(zhuǎn)子相 對位置的函數(shù)，使得交流電機的數(shù)學(xué)模型為一組非線性的微分方程。 就 M, T兩個繞組而言，當觀察者站在地面看上去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組 ；如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵芯上看，它們就的確 是個直流電機模型了。如果控制磁通 ? 的位置在 M軸上，就和直流電機的物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。 A ai ci F fi q ? d C 安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 a) b) A A ai C C ci B bi 1? F ? ? ai ? i? 1? F 矢量控制異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 10 c) 圖 2 2 等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型 再看圖 22中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組 M和 T，其中分別通以直流電流 mi 和ti 產(chǎn)生合成磁動勢 F，其位置相對于繞組來說是固定的。眾所周知 ， 交流電機三相對稱的靜止繞組 A、 B、 C，通過三相平衡的正弦電流 ci ， bi ，ci 時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢 F， 它在空間呈正 弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 1? ,(即電流的角頻率 )順著 ABC的相序旋轉(zhuǎn)。這是直流電機的數(shù)學(xué)模型及控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。把 F的軸線作 為直軸或 d軸 (Direct Axis)， 主磁通中的方向就在 d軸上 ； A和 C的軸線稱為交 軸或 q軸 (Quadrate Axis)。因此，要簡化數(shù) 學(xué)模型，須從簡化磁鏈的關(guān)系著手。鑒于電機參數(shù)有可能發(fā)生變化 ，會影響變頻器對電機的控制性能，目前新 型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識 、 自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動 異步電動機進行正常運轉(zhuǎn)之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識 ， 并根據(jù)辨識結(jié)果調(diào) 整控制算法中的有關(guān)參數(shù) ，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控 ??5制 。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。根據(jù)異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)方程式，它具有和直流電動機的動態(tài)方程式相同的形式，因而如果選擇合適的控制策略，異步電動機應(yīng)有和直流電動機相類似的控制性能，這就是矢量控 制的思想。交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠理想，調(diào)節(jié)器參 數(shù)很難設(shè)計，關(guān)鍵就是在于只是近似成線性單變量控制系統(tǒng)而忽略了非線性、多變量的性質(zhì)。 矢量控制異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 6 第 2章 矢量控制 的基本原理 異步電動機的數(shù)學(xué)模型 異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個至少 八階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。當今多電平中壓變頻器已成為交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域，是熱點課題之 一 中壓變頻器今后發(fā)展方向和研究課題為 ： (1) 裝置安全技術(shù)方面有，功率器件串聯(lián)技術(shù)、觸發(fā) 技術(shù)、隔離技術(shù)、絕緣技術(shù)、 保護技術(shù)、遙控及通信技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、 諧波抑制技術(shù)等 。 PWM模式改進與優(yōu)化研究 近年來 ， 隨著中壓變頻器的興起，對于電壓空間矢量控制 PWM模式進行了改進和優(yōu)化研究，其中為解決三電平中壓變頻器中點電壓偏移問題，研究了電壓矢量合成 PWM模式 (不產(chǎn)生中點電壓偏移時的長矢量、短矢量、零矢量的組合 )，已 取得了具有實用價值的研究成 果 ， 用于級聯(lián)式多電平中電壓變頻器的脈沖移相 PWM技術(shù)己有應(yīng)用。 然而轉(zhuǎn)子參數(shù)估計的不準確及參數(shù)變化影響造成定向坐標的偏移問題，至今國內(nèi)外并未真正解決，因此轉(zhuǎn)子參數(shù)辨識及針對參數(shù)變化的自適應(yīng)控制是今后矢量控制研究的攻堅課題。 (1) 以取代直流調(diào)速系統(tǒng)為目的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進 一步研究與開發(fā) (2) 新型拓撲結(jié)構(gòu)功率變換器的研究與開發(fā) (3) PWM模式的改進和優(yōu)化 (4) 中壓 變頻裝置的研究與技術(shù)開發(fā) 控制理念與控制技術(shù)方面的研究與開發(fā) 十幾年的應(yīng)用實踐表明，矢量控制理論及其他控制理論的應(yīng)用尚待隨著交流調(diào)速的發(fā)展而不斷完善，從而進一步提高交流調(diào)速系統(tǒng)的控制性能。繞線式異步電機串級調(diào)速和雙饋 調(diào) 速屬于這一類。 全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱量的形式消耗掉。如圖 11所示 根據(jù) 被控對象 — 交流電動機的種類不同，現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng) 可分為異步電機 調(diào) 速系統(tǒng)和同步電動機調(diào)速系統(tǒng)，在這里主要介紹異步電機調(diào)速系統(tǒng)。 交流電動機是個多變量、非線性、強耦 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 理論概念可 以實現(xiàn)交流電動機定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦 ， 實現(xiàn)了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速取代直流調(diào)速成為可能。在人類社會進入信息化時代后，電力電子技術(shù)連同電力傳動控制與計算機技術(shù)一起仍是 21 世紀最重要的兩大技術(shù)。隨著向大電流、高電壓、高頻化、集成化、模塊化方向繼續(xù)發(fā)展，第三代電力電子器件是20 世紀 90 年代制造變頻器的主流產(chǎn)品，中、小功率的變頻調(diào)速裝置主要是采用 IGBT,中、大功率的變頻調(diào)速裝置采用 GTO 器件。 電力電 子 器件是現(xiàn)代交流調(diào)安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 速裝置的支柱，其發(fā)展直接決定和影響交流調(diào)速的發(fā)展。 20 世 紀 60 年代以來后，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國重視交流調(diào)速技術(shù)的研究和開發(fā)。然而，采用無換向器的交流電動機作為調(diào)速傳動設(shè)備代替直流調(diào)速傳動可以突破這些限制， 滿足生產(chǎn) 發(fā)展對調(diào)速傳動的各種不同的要求。 (3) 機械式換向器必須經(jīng)常 檢查和維修，電刷必須定期更換。如果要超過極限容許值，則大大增加電機制造的難度和成本 ，以及調(diào)速系統(tǒng)的復(fù)雜性。 眾所周知， 直流電動機的轉(zhuǎn)速比較容易控制和調(diào)節(jié)，在額定轉(zhuǎn)速下，保持勵磁電流不變，可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩 調(diào)速 ； 在額定轉(zhuǎn)速以上，保 持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調(diào)速。電動機的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定 性影響。 矢量控制異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 2 第 1 章 緒論 交流電機調(diào)速技術(shù)的發(fā)展狀況 根據(jù)采用的電流制式不同，電動機分為直流電動機和交流電動機兩大類，其中交流電動機擁有量最多，提供給工業(yè)生產(chǎn)的電量多半是通過交流電動機加以利用的。所謂矢量控制就是以轉(zhuǎn)子磁場定向 ， 用矢量變換的方法 ， 實現(xiàn)對交流電動機轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的完全解耦 ， 達到與直流 電動機一樣的調(diào)速性能。 關(guān)鍵詞 ： 交流調(diào)速系統(tǒng) ； 轉(zhuǎn)差頻率 ； 矢量控制 ； 仿真建模 矢量控制異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 II Vector control of induction motor based on simulation studies Abstract 20th century 70s German experts put forward the idea of vector transform control. transform vector control use vector transformation to make the exchange of excitation of induction motor stator current ponents and torque decoupling between ponents, so that the magic AC asynchronous motor Qualm and independent control of torque, respectively, so that the exchange of asynchronous motor with variable frequency speed regulation system of the DC drive system all the advantages. This article introduces the asynchronous motor of the basic principles of vector control and slip frequency vector control of the basic concepts, practical design bined with vector control of induction motor based on the structure, according to the model of induction motor speed control system and the various sub system model, in the SIMULINK environment simulation system and simulation results obtained. The simulation results from the tests can be seen: The method is simple, high precision. The control for induction motor speed control system has good dynamic and static performance. Using MATLAB / SIMULINK module of AC asynchronous motor vector control system modeling and simulation. Illustrate the MATLAB / SIMULINK for the plex AC Drive System is a good simulation tools, and through the simulation waveform analysis to verify AC induction motor according to the rotor fluxoriented vector control system has good dynamic and static performance, It can be applied to the exchange of highspeed dynamic performance occasions. Key words : AC Drive System。安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 矢量控制異步電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究 摘 要 20 世紀 70 年代德國專家 提出 了矢量變換控制的思想 ， 矢量變換控制就是采用矢量變換使交流異步電機定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間實現(xiàn)解耦 ， 使交流異步電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩分別進行獨立控制 , 從而使交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)具有了直流調(diào)速系統(tǒng)的全部優(yōu)點。 利用 MATLAB/ SIMULINK模塊對交流異步電動機矢量控制系統(tǒng)進行了建模仿真 ，說明了 MATLAB/ SIMULINK 對于復(fù)雜的交流調(diào)速系統(tǒng)來說是一種很好的仿真工具 ， 并且通過仿真波形的分析也驗證了交流異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)具有較好的動 、 靜態(tài)性能 ， 完全可以 適用于高動態(tài)性能的交流調(diào)速場合 。 Simulation Modeling 安徽工程科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） III 目 錄 引 言 ..............................................................................