【正文】 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 2021/6/18 116 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。 2021/6/18 117 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。 2021/6/18 118 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 2021/6/18 119 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 2021/6/18 120 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。 2021/6/18 121 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)。 2021/6/18 122 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 2021/6/18 123 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。 2021/6/18 124 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 2021/6/18 125 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 2021/6/18 126 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。 2021/6/18 127 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 2021/6/18 128 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。 2021/6/18 129 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。 2021/6/18 130 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 2021/6/18 131 11rmr r srrr mr r srrdLid t T Td Lid t T T?? ? ??? ? ??? ? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ?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 2021/6/18 132 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 2021/6/18 133 11mrr smrrmstrrLdid t T TLiT?????? ? ???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 2021/6/18 134 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。 2021/6/18 135 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 2021/6/18 136 [ ( ) ][ ( ) ]rr s s s s smrr s s s s smLu R i d t L iLLu R i d t L iL? ? ? ?? ? ? ?????? ? ?? ? ???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 2021/6/18 137 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)。 2021/6/18 138 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。 2021/6/18 139 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) 2021/6/18 140 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。 2021/6/18 141 ***ms strrL iT? ?? 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。 2021/6/18 142 1rs m rmTsiL??? 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。 2021/6/18 143 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。 2021/6/18 144 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。 2021/6/18 145 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。 2021/6/18 146 矢量控制系統(tǒng)的仿真 ? 矢量控制系統(tǒng)仿真模型 2021/6/18 147 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） 2021/6/18 148 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） 2021/6/18 149 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 2021/6/18 150 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) ? 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 DTC(Direct Torque Control)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。 2021/6/18 151 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诘奈恢茫苯舆x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。 2021/6/18 152 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 2021/6/18 153 21111()11()11()ppsq sd sd sq Lsds sd sq sdsqs sq sd sqsd s r r s sdsd sq sd sqs r s s r ssq sqs r r ssq sd sq sds r s s r snndi i Tdt J JdR i udtdR i udtdi R L R L uiidt L T L L L Ldi uR L R Liidt L T L L L L?????????? ?? ? ?? ? ? ?? ?? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?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? 2021/6/18 154 ( )e p sq sd sd sqT n i i???0sd ssq?????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 2021/6/18 155 2111()1()ppsq s Lss sd sdsd s r r s sdsd s sqs r s r ssq sqs r r ssq s sds r s snndiTdt J JdR i udtdi L R L R uiidt L L L T Ldi uL R L Riidt L L L L???? ? ?? ? ??? ? ?? ? ???? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?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 2021/6/18 156 ssqpe inT ??s1ddts q s s qsu R i???????電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用 ? d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾? 2021/6/18 157 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 2021/6/18 158 1s q s s s qu R i????21111()1 1 1 1( ) ( ) ( )ppsq s L