【正文】 (329)式中： (330)根據(jù)傳遞函數(shù)，對(duì)上述的磁通環(huán)節(jié)加入PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，使其成為典型的1型系統(tǒng)。設(shè)PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為: (331)式中為比例參數(shù)，為積分時(shí)間參數(shù)。通過(guò)PI調(diào)節(jié)器的配置，則系統(tǒng)的配置后傳遞函數(shù)為: (332)令M(S)為上述的典型1型系統(tǒng)，則可以得到: （333）從自動(dòng)控制理論分析，我們知道通過(guò)配置系統(tǒng)的阻尼比，能恰當(dāng)?shù)呐渲孟到y(tǒng)的反應(yīng)速度，在一般考慮系統(tǒng)最優(yōu)性能的條件下，選擇阻尼系數(shù)==。解上面等式得到方程組: （334） （335） 解得： （336） （337） （338）于是，通過(guò)上面方程，得到PI調(diào)節(jié)參數(shù):比例參數(shù)為，輸出勵(lì)磁電壓分量的輸出參考值。(ATR)原理與磁通閉環(huán)相類似，轉(zhuǎn)矩環(huán)在整個(gè)系統(tǒng)中，也屬于內(nèi)環(huán)，需要配置成典型的1型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度，較快地跟隨外部負(fù)載的需要。由于轉(zhuǎn)矩與定子電流q軸分量成線性關(guān)系，轉(zhuǎn)矩環(huán)用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)。 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，一般需要保持其磁通恒定，轉(zhuǎn)矩公式為: （339）從上式可知，在磁通不變的情況下，轉(zhuǎn)矩與定子電流q軸分量成正比，對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制，就是對(duì)電機(jī)定子電流q軸分量的控制，要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩PI調(diào)節(jié)器，首先需要找到定子電流q軸分量與輸出電壓之間的傳遞函數(shù)。根據(jù)矢量公式有: （340）由磁鏈公式: （341） （342）結(jié)合公式(341)和(342)，得到q軸電壓輸出分量與其電流反饋分量的關(guān)系式: （343）從傳遞函數(shù)中可以看出，電壓含有與轉(zhuǎn)差率有關(guān)的量，需要在設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器后進(jìn)行補(bǔ)償。在調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，可以省略其影響。 （344）則轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以表示為: (345)在轉(zhuǎn)矩給定的通道中，由于濾波環(huán)節(jié)的存在，使轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)出現(xiàn)了延遲，考慮到轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)的延遲，在前向通道中，為平衡此延遲，加入一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，在本系統(tǒng)中，濾波時(shí)間常數(shù)是通過(guò)外部的RC濾波器給定的，=RC。則系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩環(huán)節(jié)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為: (346)與磁通調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)相類似，將傳遞函數(shù)寫(xiě)成一般形式: (347)式中： 與上面磁通PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算相同，當(dāng)考慮到系統(tǒng)的性能最佳時(shí)候，可以得到轉(zhuǎn)矩環(huán)的PI參數(shù)值為: (348) （349）為轉(zhuǎn)矩環(huán)的比例參數(shù)，為轉(zhuǎn)矩環(huán)的積分參數(shù)。其中。（ASR）原理在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之前，有必要對(duì)當(dāng)前電機(jī)速度調(diào)節(jié)控制方法做一個(gè)分析。在工業(yè)應(yīng)用中，PI調(diào)節(jié)器是應(yīng)用比較普通的一種調(diào)節(jié)方式，但近來(lái)控制領(lǐng)域上發(fā)展的基于人工智能的模糊控制已經(jīng)使電機(jī)控制發(fā)展了另外一種值得注意的方向。即為FL(fuzzy logic Speed control)方式，這種控制方式已經(jīng)被看成高性能的電機(jī)控制系統(tǒng)的最終解決方案。下面簡(jiǎn)單分析比較此兩種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。模糊控制能夠?qū)γ}沖式負(fù)載激勵(lì)做出快速響應(yīng)，其性能高于PI控制器，所以其啟動(dòng)速度更快，但此時(shí)是在速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)在零過(guò)負(fù)載的情況下的性能比較，如果控制器的設(shè)計(jì)允許加一定的過(guò)負(fù)載激勵(lì)的時(shí)候，PI速度調(diào)節(jié)的負(fù)載調(diào)節(jié)能力比模糊控制方法高。能夠增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)慣量，一直以來(lái)是被視為FL速度控制方式的一大優(yōu)點(diǎn)，但此魯棒性的實(shí)現(xiàn)依賴于速度參考點(diǎn)的設(shè)定。在一定的速度參考點(diǎn)，PI控制調(diào)節(jié)器能夠比FL控制方式具有更好的速度響應(yīng)。對(duì)于小速度參考變化的速度響應(yīng)性能，主要要看這兩種速度控制器的設(shè)計(jì)點(diǎn)與參考點(diǎn)的差距，PI控制器己經(jīng)被證明對(duì)小參考速度變化具有更加優(yōu)越的速度響應(yīng)性能，主要是因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器對(duì)設(shè)計(jì)點(diǎn)的響應(yīng)速度更慢。通過(guò)上面的各個(gè)性能比較，雖然模糊速度控制在一定程度上優(yōu)化了電機(jī)控制的性能，但對(duì)于本論文的主要面向工控的變頻系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，PI速度調(diào)節(jié)器以它的成熟技術(shù)和優(yōu)越性能而被采用。在電機(jī)系統(tǒng)中，從電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩差到轉(zhuǎn)速可以簡(jiǎn)化為一個(gè)積分環(huán)節(jié)，可以用下式來(lái)表示: (350)其中J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩差，轉(zhuǎn)速給定的急劇變化，容易引起電機(jī)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，因此，在轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)PI調(diào)節(jié)器的設(shè)定環(huán)節(jié)中，不將其配置成典型I型系統(tǒng)，往往將其配置成典型型系統(tǒng)，對(duì)于此系統(tǒng)的最大的缺陷就是其超調(diào)量比較大，在電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，往往由于調(diào)節(jié)飽和而降低了超調(diào)量。 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖，用公式(237)可以從電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流分量得到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在轉(zhuǎn)速反饋和轉(zhuǎn)速給定過(guò)程中，都存在濾波環(huán)節(jié)，將其合并成一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)。其時(shí)間常數(shù)為斗，因此轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)函數(shù)可以寫(xiě)成如下形式: （351）上式的(s)是Pl調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。在本系統(tǒng)中，是通過(guò)控制定子電流間接控制轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩可以由公式(337)直接由電流得到，因此在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的時(shí)候，實(shí)際的輸出是轉(zhuǎn)速，并且將轉(zhuǎn)子磁鏈作為常量，則電流與轉(zhuǎn)矩成正比，控制電流與控制轉(zhuǎn)矩效果等同。所以G(s)是電流與轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。將上面公式寫(xiě)成:形式。令M=，傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成一般形式: (352)上面各個(gè)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)，只是考慮了在一般工礦下的條件，對(duì)于特殊的情況，比如需要反應(yīng)速度快，或者超調(diào)小的場(chǎng)合，可以依據(jù)以上設(shè)計(jì)方法，重新定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)，從各個(gè)參數(shù)設(shè)定可以看出，除了轉(zhuǎn)速環(huán)以外，其他環(huán)節(jié)的參數(shù)與電機(jī)的固定參數(shù)有關(guān)，而轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)不但與電機(jī)固定參數(shù)有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)有關(guān)，因此可以在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的值，而電機(jī)的參數(shù)也需要通過(guò)參數(shù)辨識(shí)的方法更新。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)候，由于各種因素的干擾，這些參數(shù)都只作一般的初始值。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真及其結(jié)果分設(shè)計(jì)中運(yùn)用MATLAB的工具軟件SlMULINK對(duì)磁通閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件。MATLAB是Matrix Laboratory(矩陣實(shí)驗(yàn)室)的縮寫(xiě)，這是 一種以矩陣為基礎(chǔ)的交互式程序計(jì)算語(yǔ)言。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題，由于它運(yùn)用方便，輸入便捷，運(yùn)算高效，適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，又有用戶自己擴(kuò)展的空間，因此特別受到用戶的歡迎。MATLAB比較易學(xué)，它只有一種數(shù)據(jù)類型，一種標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出語(yǔ)言，它用解釋方式工作，不需要編譯，一般經(jīng)過(guò)入門(mén)后經(jīng)過(guò)自學(xué)就可以掌握，如果遇到不清楚的地方通過(guò)幫助或演示功能得到啟示。1993年出現(xiàn)了SlMULINK，這是基于框圖的仿真平臺(tái)，SlMULINK掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB的強(qiáng)大計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。SlMULINK提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的，內(nèi)容豐富的模塊庫(kù)，為系統(tǒng)的仿真提供了極大的方便。在SlMULINK平臺(tái)上，拖拉和連接典型模塊就可以繪制仿真對(duì)象的模型框圖，并對(duì)模型進(jìn)行仿真。在SlMULINK平臺(tái)上，仿真模型的可讀性很強(qiáng)，這避免了在MATLAB窗口使用MATLAB命令和函數(shù)仿真時(shí)需要熟記大量M函數(shù)的麻煩對(duì)廣大工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是巨大的福音。SlMULINK原本是為控制系統(tǒng)的仿真而建立的工具箱，在使用中易編程，容易擴(kuò)展，并且可以解決MATLAB不容易解決的非線性，變系數(shù)等問(wèn)題。它能支持連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)離散混合系統(tǒng)的仿真，也支持線性非線性系統(tǒng)的仿真，并且支持多種采樣頻率的仿真，也就是不同的系統(tǒng)能用不同的采樣頻率組合，這樣可以仿真較大，較復(fù)雜的系統(tǒng)。因此，各學(xué)科領(lǐng)域根據(jù)自己的仿真需要，以MATLAB為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了大量的專用仿真程序，并把這些程序以模塊的形式都放入SlMULINK中，形成了模塊庫(kù)。SlMULINK的模塊庫(kù)實(shí)際就是用MATELAB基本語(yǔ)句編寫(xiě)的子程序集?，F(xiàn)在SlMULINK模塊庫(kù)有三級(jí)樹(shù)狀的子目錄，在一級(jí)目錄下就包含了SlMULINK最早開(kāi)發(fā)的數(shù)學(xué)計(jì)算工具箱、控制系統(tǒng)工具箱的內(nèi)容，之后開(kāi)發(fā)的信號(hào)處理工具箱、通訊系統(tǒng)工具箱等也并行列入模塊庫(kù)的一級(jí)子目錄，逐級(jí)打開(kāi)模塊庫(kù)瀏覽器的目錄，就可以看到這些模塊。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)（Power Sestem Blocset）、和SlMULINK兩個(gè)模塊庫(kù)進(jìn)行。本系統(tǒng)（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制）選用帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速，磁鏈閉環(huán)的失量控制。，主電路采用了電流滯環(huán)控制型逆變器，在控制電路中，在轉(zhuǎn)速環(huán)后增加了轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的給定Te*，而轉(zhuǎn)矩的反饋信號(hào)Te,則通過(guò)矢量控制方程式（337）計(jì)算得到。電路中的磁鏈調(diào)節(jié)器ApsiR用于對(duì)電動(dòng)機(jī)定子磁鏈的控制，并設(shè)置了電流變換和磁鏈觀測(cè)環(huán)節(jié)。ATR和ApsiR的輸出分別是定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量。和經(jīng)過(guò)3r/2s變換后得到三相定子電流的給定值、并通過(guò)電流滯環(huán)控制PWM逆變器控制電機(jī)定子三相電流。其中直流電源DC、逆變器inverter、電動(dòng)機(jī)AC motor和電動(dòng)機(jī)測(cè)量模塊組成了模型主電路，逆變器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由滯環(huán)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。系統(tǒng)中的三個(gè)調(diào)節(jié)器：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)，磁鏈調(diào)節(jié)器(ApsiR)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器(ATR)，均選用帶輸出限幅值的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)采用兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的磁鏈模型，函數(shù)模塊F用于計(jì)算轉(zhuǎn)矩，dt0_to_abc模塊用于2r/3s變換。 模型中異步電動(dòng)機(jī)（AC motor）由逆變器（inverter）驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型從電動(dòng)機(jī)測(cè)量模塊M得到定子三相電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，模塊的輸出是轉(zhuǎn)子磁鏈（圖中的psir） 轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型 轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型（iabc）從電動(dòng)機(jī)定子側(cè)經(jīng)電壓測(cè)量單元取得三相電壓信號(hào)（uabc），電壓模型輸出的是轉(zhuǎn)子磁鏈在軸上的分量，（，）。，其中磁鏈在軸上。 轉(zhuǎn)子磁鏈電壓模型分支模塊結(jié)構(gòu) 三相靜止坐標(biāo)系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換及其反變換模型如上圖，圖中調(diào)用了兩個(gè)abc_to_dq0 transformation 模塊，調(diào)用的兩個(gè)abc_to_dq0模塊有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。輸入端abc連接需變換的三相信號(hào)sin_cos輸入端為d_q坐標(biāo)系d軸和靜止坐標(biāo)系A(chǔ)軸之間的夾角的正、余旋信號(hào)，輸出端dq0輸出變換后的d軸和q軸分量以及0軸分量。模型中三相電壓信號(hào)由可編程信號(hào)源（3phase Programmable Source）產(chǎn)生，夾角由時(shí)鐘(clock) 常數(shù)（constant）模塊產(chǎn)生，并經(jīng)sin、cos模塊產(chǎn)生正、余旋信號(hào)。電流滯環(huán)控制型逆變器：電流滯環(huán)控制型逆變器又稱為電流跟蹤性逆變器，該逆變器的輸出電流跟隨給定的電流變化，也是一種PWM控制方式，其電流跟蹤一般都采用滯環(huán)控制（即當(dāng)逆變器輸出電流與給定電流偏差超過(guò)一定值時(shí)，改變逆變器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使逆變器的輸出電流增加或減少，將輸出電流與給定電流的偏差控制在一定范圍內(nèi)）三相電流滯環(huán)逆變器由由三組單相電流跟隨逆變器組成（）其中滯環(huán)控制器由三個(gè)單相滯環(huán)控制器打包組成。 三相滯環(huán)控制逆變器仿真模型 滯環(huán)控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 針對(duì)建立的異步電機(jī)矢量控制方法做了仿真分析。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為:極對(duì)數(shù)p=2，定子電阻=，定子繞組漏電感=，轉(zhuǎn)子電阻=，轉(zhuǎn)子繞組漏電感=，互感=35mH，恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩為=20Nm。 Speed( r/min) Time(s) Torque(Nm) Time(s) Torque(Nm) Time(s) ，，，。，轉(zhuǎn)速上升的速度比較快，約2秒鐘速度便達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，并且超調(diào)量比較小。，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的基波與電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令基本相同，這反映出電機(jī)的跟隨性好，這說(shuō)明本文推導(dǎo)的矢量控制方法是正確的。5結(jié)論本文對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并做了M