【正文】 力大學,2009．[7] 李華德．交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003．[8] 王樹．變頻調(diào)速系統(tǒng)設計與應用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005．[9] 曹雪．交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)復合控制算法的研究：[D]．大慶：大慶石油學院，2009．[10] 劉立群．異步電動機轉差頻率模糊控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設計：[D]．西安：西北工業(yè)大學，2002．[11] 黃平林．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的分析和設計：[D].南京：東南大學，2004．[12] 趙博研．異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究：[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學，2009．[13] 趙朝會．現(xiàn)代交流調(diào)速技術的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]．中州大學學報．2004，21．(2)[14] 劉軍華．轉差率控制的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的設計[J]．電氣傳動．2008，38 (5)．[15] 胡君臣．基于矢量控制原理的異步電機調(diào)速系統(tǒng)的研究與設計：[D]．沈陽：東北大學，2005．[16] 曲健偉．轉差頻率矢量控制PI調(diào)節(jié)器參數(shù)計算[J]．變頻器世界．2010[17] 王會海．轉差頻率控制的異步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的研究和仿真[J]．仿真技術．2007[18] 崔培良．基于MATLABSimulink SFunction感應電機矢量控制仿真建模[J]．系統(tǒng)仿真學報．2005．[19] 劉軍華．異步電動機兩種變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真及其比較[J]．現(xiàn)代驅動與控制．2008．[20] 羅慧．基于電流解耦的異步電機VF控制補償方法[J]．華中科技大學報．2007，35(10)． [21] 陳偉．具有低速高性能的電壓定向VF控制方法．電機與控制學報．2010,14(1)．[22] 羅豪．異步電機矢量控制系統(tǒng)設計及其PI控制器參數(shù)優(yōu)化研究：[D]．長沙：長沙大學，2009．[23] 茍婷婷．異步電動機矢量控制技術若干問題研究：[D]．西安：西安理工大學，2010．[24] 湯蘊酋，史乃．電機學[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．[25] .P. 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Vas, Sensorless Vector and Direct Torque Control,Oxford University Press, New York, 1998. 致 謝在此首先要衷心感謝王旭平老師，本研究課題的進行和論文的撰寫都是在王老師的悉心指導下完成的。在動態(tài)過程中肯定會存在偏差。矢量變換控制系統(tǒng)結構簡單，思路清晰，所能獲得的動態(tài)性能基本上可以達到直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的水平，得到了普遍的應用。仿真的結果表明采用轉差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。此外，電動機在零狀態(tài)啟動時，電動機磁場有一個建立過程，在建立的過程中，磁場的變化是不規(guī)則的，這可引起轉矩的大幅度變化。圖f反映了電動機在啟動過程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉磁場的變化狀況。（a） 空載起動，t=（b）空載起動，t=（c）空載起動，t=(d)空載起動，t=（e）SPWM三相調(diào)制信號（f）空載起動，t=(g)空載起動，t=(,電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減小了。（d）坐標轉換模塊仿真給定的定子轉速為1400rmin時的空載啟動的過程。最終得到三相靜止坐標系下的定子三相電壓。定子電壓，可與輸入信號建立起函數(shù)關系（）。（a）轉速PI調(diào)節(jié)器模塊：如圖（b）所示，由于，可通過電機的轉軸輸出得到，轉差頻率可根據(jù)轉子磁場定向控制原理得到，即轉差頻率與定子電流的T軸分量，M軸分量可建立確定的函數(shù)關系（）。而轉速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運算模塊，：如圖(a)所示，PI調(diào)節(jié)器的輸入為給定角頻率和電機轉軸實際角頻率的偏差，其中PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)為，（）。測量模塊電機類型選擇異步電機(Asynchronous)。2） 整流橋和逆變橋參數(shù)設置：二極管整流電路和IGBT逆變電路中將橋臂的個數(shù)設置為6，其他參數(shù)均采用默認值。（1）PWM變頻電路參數(shù)設計PWM變頻電路分為整流電路和逆變電路，整流電路的輸入為三相交流電壓源，采用不可控的二極管作為整流器件，逆變電路采用可自關斷的IGBT作為換流器件。 主電路模型如下，由圖可見基于轉差頻率異步電動機矢量控制系統(tǒng)的主電路由PWM變頻電路，電動機模塊，測量模塊等部分構成。電機額定有功W，額定電壓=380V，額定頻率=50HZ,定子電阻=，定子漏感=,轉子電阻=，轉子漏感=，電機定轉子互感=，電機轉動慣量=,逆變器直流電源為510V,摩擦系數(shù),電機極對數(shù),漏磁系數(shù)，轉子時間常數(shù)由基于轉差頻率矢量控制原理圖可以看出，在保持轉子磁鏈不變的控制下，電動機轉矩直接受定子電流的轉矩分量的控制。得到滿意曲線后，將比例度放大，將積分時間由大到小加入，直到獲得滿意曲線響應曲線。但若太大，積分作用太弱，以致不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。當合適時，過獨特性比較理想。（2）積分控制對控制性能的影響積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合作用，構成PI或PID控制。若太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。在實際閉環(huán)系統(tǒng)中，當轉速上升到給定值時，調(diào)節(jié)器的，積分過程將自動停止。如果輸入電壓一直存在，則會不斷進行積分，直到輸出電壓達到輸出的限幅值時為止。當初始條件為零時，可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （31）上式表明，PI調(diào)節(jié)器為一比例環(huán)節(jié)和一積分環(huán)節(jié)組成，在零初始狀態(tài)和給定輸入下，可得PI調(diào)節(jié)器輸出的電壓時間特性曲線如下圖所示： PI調(diào)節(jié)器輸出的電壓時間特性曲線從上圖可以看出比例積分作用的物理意義，突加給定電壓后，輸出電壓首先突躍到，保證了一定的快速響應，但是小于穩(wěn)態(tài)性能指標所要求的比例放大系數(shù)的，因此，快速性被壓低了，換來對穩(wěn)態(tài)性能的保證。在基于轉差頻率適量控制系統(tǒng)中，為了滿足快速性這一主要性能指標，設計了轉速PI調(diào)節(jié)器這一動態(tài)校正裝置。在設計閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，常常會遇到動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標發(fā)生矛盾的情況。本章將對轉速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運算，兩相到三相坐標三部分的組成及原理做一簡單討論。4. 采用不可控的二極管整流器，電源側功率因數(shù)較高，且不受逆變器輸出電壓大小的影響。2. 輸出電壓波形雖是一系列的PWM波，但由于采用了恰當?shù)腜WM控制技術，正弦基波的比重較大，影響電動機運行的低次諧波受到很大的抑制，因而轉矩脈動小，提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)性能。PWM變壓變頻器的應用之所以如此的廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點：1. 在主電流整流和逆變兩個單元中，只有逆變單元式可控的，通過它同時調(diào)節(jié)電壓和頻率，結構十分簡單。由于這類變壓變頻器在恒頻交流電源和變頻交流輸出之間有一個中間直流環(huán)節(jié)，所以又稱間接式變壓變頻器。從整體結構看，電力電子變壓變頻器可分為和交交兩大類。所謂PWM控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)試的技術。 PWM逆變器與整流相對應，把直流電變成交流電稱為逆變?？刂齐娐酚山o定環(huán)節(jié)，轉速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運算，兩相三相坐標變換，PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)組成。3主電路與控制電路主電路是在電器設備或電力系統(tǒng)中直接承擔電能的交換或控制任務的電路。1．異步電動機轉差頻率間接矢量控制，的推導如果采用磁通不變的控制，由式代入式（262），得 （263）關于的控制如公式（257）定子電流勵磁分量和轉子磁鏈給定信號之間的關系是靠式（260）建立，其中的比例微分環(huán)節(jié)可以近似處理為單純的比例環(huán)節(jié)，即 （264）2．異步電動機轉差頻率間接矢量控制，的推導由于矢量控制方程得到的是定子電流的勵磁分量和轉矩分量，而本系統(tǒng)采用了電 型逆變器，需要相應的將電流控制轉換為電壓控制，其變換關系為：由式（241）得 （265）由磁鏈方程 又由轉子磁鏈定向條件，給定為常量，所以 ，因（265）可化為 = （266）由（264）得，因此可得 （267）式中，,為定子電壓的勵磁分量和轉矩分量，為漏磁系（）。根據(jù)公式（25）（27），以及基于轉差頻率的異步電動機矢量控制結構原理圖，可以看出，在保持轉子磁鏈不變的控制下，電動機轉矩直接受定子電流的轉矩分量的控制，并且轉差角頻率可以通過定子電流的轉矩分量計算，轉子磁鏈也可以通過定子電流的勵磁分量來計算。該系統(tǒng)主電路采用了SPWM電壓型逆變器，轉速采用轉差頻率間接矢量控制，即異步電動機定子角頻率由轉子角頻率和轉差角頻率組成（）。當兩相同步旋轉坐標系按轉子磁鏈定向時，應有，代入轉矩方程（250）和狀態(tài)方程式（251）到（255）可得如下方程 （256）上式可解得 （257） （258） （259）上式（259）可解得 （260） （261）上式（261）可解得 （262）其中和分別為定，轉子自感，為微分算子,為轉子總磁鏈，為轉差角頻率，為轉矩?？刂齐娐分饕芍绷鞴╇婋娫矗琁GBT逆變電路，異步電動機，測量裝置等部分組成，而控制電路部分主要由給定環(huán)節(jié)，轉速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運算，兩相三相坐標變換，PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)組成。轉速采用轉差頻率控制，即異步電動機定子角頻率由轉子角頻率和轉差角頻率組成（）。轉差頻率間接矢量控制調(diào)速系統(tǒng)主要由主電路和控制電路兩部分組成。（2）狀態(tài)方程。而轉子電流﹑不可測，因此不易做狀態(tài)變量，因此只能選用定子電流﹑，另外兩個狀態(tài)變量必須是轉子磁鏈﹑，或者是定子磁鏈﹑。以上的分析表明，在兩相坐標系上的電壓源型變頻器異步電機具有4階電壓方程和1階運動方程，因此其狀態(tài)方程也應該是5階的，須選取5個狀態(tài)變量。當時，即轉子角轉速的負值。于是， 則磁鏈變換式為 （235）再利用（210）磁鏈方程，可得 （236）因此 （237）：坐標系同軸定子與轉子等效繞組間的互感，：坐標系定子等效兩相繞組間的互感，：坐標系轉子等效兩相繞組間的互感，又磁鏈的零軸分量最終磁鏈方程可化為， （238）定子電壓變換關系： （239）同理， （240）ABC三相坐標系，A相電壓方程將,代入上式，令為dq0旋轉坐標系相對定子的角速度，可得 （241）同理的轉子電壓方程 （242）將磁鏈方程（238）代入式（341），（342）中得到坐標系上的電壓電流方程式 （243）3．轉矩和運動方程由式（220）利用反變換矩陣和可把坐標系上的定﹑轉子電流變換到坐標系，且經(jīng)過簡化，最后可以得到坐標系上的轉矩方程 （244）運動方程與坐標轉換無關仍為式（221）。定子磁鏈變換矩陣，其中令d軸與A軸的夾角為。它將對異步電動機動態(tài)數(shù)學模型的簡化提供理論依據(jù)，同時，也為異步電動機的矢量控制提供了理論依據(jù)。由于各繞組匝數(shù)都相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，直接用電流表示，例如可以直接標成。從兩相靜止坐標系，到兩相旋轉坐標系，的變換稱做兩相兩相旋轉變換，其中s表示靜止，r表示旋轉。由于交流磁動勢的大小隨時間在變化，圖中磁動勢矢量的長度是隨意的。、和、兩個坐標系，為方便起見，取軸和軸重合。為了解除定、轉子間這種非線性的耦合關系，需要對其進行坐標變換，建立起參考系坐標內(nèi)的異步電機的數(shù)學模型。這樣，通過坐標系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型?；蛘哒f，在三相坐標系下的與和在旋轉兩相坐標系下的直流和是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉磁動勢。這時，繞組相當于勵磁繞組，繞組相當于偽靜止的電樞繞組。當觀察者站在鐵芯上和繞組一起旋轉時，在它看來，和是兩個通以直流而相互垂直的靜止繞組。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵芯以同步轉速旋轉，則磁動勢F自然也就隨之旋轉起來，成為旋轉磁動勢。這時，繞組相當于勵磁繞組，繞組相當于偽靜止的電樞繞組。當觀察者站在鐵芯上和繞組一起旋轉時，在它看來，和是兩個通以直流而相互垂直的靜止繞組。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵芯以同步轉速旋轉，則磁動勢F自然也就隨之旋轉起來，成為旋轉磁動勢。（a）和（b）的兩個旋轉磁動勢大小和轉速都相等時，即認為兩相繞組與三相繞組等效。然而，旋轉磁動勢并不一定非要