感应电动机转子磁场定向下的弱磁控制算法
弱磁运行下异步电动机调速系统的转矩及功率特性
ISSN 1000-0054CN 11-2223/N 清华大学学报(自然科学版)J T sing hua Un iv (Sci &Tech),2011年第51卷第7期 2011,V o l.51,N o.71/26873-878 弱磁运行下异步电动机调速系统的转矩及功率特性 杨 耕1, 郑 伟1, 陆 城2, 陈伯时3 (1.清华大学自动化系,北京100084;2.台达能源技术(上海)有限公司,上海201209; 3.上海大学机电学院,上海200072) 收稿日期:2010-06-04 基金项目:国家自然科学基金项目(60674096)作者简介:杨耕(1957)),男(汉),四川,教授。 E -mail:yan ggeng@mail.tsin https://www.360docs.net/doc/1213719567.html, 摘 要:在弱磁调速下,异步电动机变频系统电磁转矩控制的非线性特性、以及系统最大输出电压和电流的限制,使得转矩和功率控制比较复杂。该文分析了弱磁调速区间内最大电磁转矩与电动机参数、系统电压电流约束之间的关系,给出了改善控制性能所需的系统最大电磁转矩和最大功率随定子同步频率以及最大电流约束变化的定量关系。实物实验验证了这些特性。 关键词:感应电动机;弱磁控制;转矩特性;弱磁区域中图分类号:T M 301;T M 346文献标志码:A 文章编号:1000-0054(2011)07-0873-06 Torque and power characteristics of induction motor drive in flux weakening region YANG G en g 1,ZHE NG Wei 1,LU Chen g 2,CH EN Boshi 3(1.Department of Automation,T singhua University, Beijin g 100084,China; 2.Delta Electronics (Shanghai)Co.,Ltd. Shanghai 201209,China;3.S chool of Mechatronics Engineering and Automation, S hanghai University,Shanghai 200072,China)Abstract:In the flux -weakening operation regi on of an inverter -induction m otor drive,th e control of electromagnetic torque (EM T)and pow er becomes complicated,due to the nonlinear characteris tic of th e EM T and output voltage/current con strain ts of the drive.For th e con trol performance im provement,this paper describ es th e fun ction of th e max imum EM T about the m otor param eters an d th e voltage/current cons traints,and pres ents th e algorithms of th e m aximum E M T and th e electromotive pow er along w ith the variation of stator frequ ency as w ell as the current limitations.T est res ults verify the algorithm s.Key words:induction m otor; flux w eak ening control; tor qu e characteristic;flux w eakening region 一般认为,异步电动机在额定频率以上的弱磁运行具有恒功率调速的特性[1-3] ,但在交流变频器驱动电机运行时,由于变频器最大输出电压和最大输出电流的限制(以下简称为电压电流限制),此时的 调速特性远比一般所述的/恒功率特性0复杂。然而,从系统实现的角度出发,如果采用具有转矩控制内环的结构,由于弱磁运行时电磁转矩控制环和磁 链控制环之间不再解耦,系统需要实时求取电压电流限制下随速度变化的电磁转矩指令以及励磁电流指令。此时的系统控制框图可用图1表示,励磁电流指令的求取如图中阴影部分所示,需要求解一个由多个变量构成的超越方程。由于算法十分复杂, 基于现有的实时控制器难以实现。 图1 具有转矩闭环的典型弱磁控制方法示意 迄今,韩国学者Kim 和Sul 提出的转矩最大化的弱磁调速方法[4-5]最具影响力。该方法的基本结构仍然同图1,其基本思想是:假定调速过程中弱磁变化缓慢,从而可以基于转子磁场定向条件下的电机模型分析问题;首先基于系统电压、电流限制给出弱磁调速范围内对应同步频率所能产生最大电磁转矩的励磁电流曲线;然后在实时系统中依此曲线给出励磁电流指令,同时根据最大电流限制和励磁电流对转矩电流指令进行限幅。该方法避免了超越方程的实时求解,也保证了在缓慢弱磁过程中系统对最大电流和最大母线电压最大程度地利用,因
永磁同步电机弱磁调速
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 专业：电气工程及其自动化 学生： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究容是对置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (4) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (6) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (7) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (12) 3.1 结论 (12) 3.2感悟与体会 (12)
定子磁场定向控制方法报告
异步电机定子磁场定向控制方法 目前应用广泛的高动态性能的交流调速系统控制方法有矢量控制和直接转矩控制，这两种控制方法各有所长，但也存在着一些缺点。 矢量控制采用转子磁场定向的方法，实现定子电流的励磁分量与转矩分量的动态解耦，采用PI连续调节方式，实现转矩与转子磁场的控制。但是其解耦性能取决于转子磁场的精确定向，由于转子磁链的观测或计算是在电机模型的基础上进行的，因而转子磁场的定向受到电机参数特别是易于变化的转子电阻的影响。 直接转矩控制是根据转矩及定子磁链的偏差，分别采用砰砰控制的方法，根据定子磁链所在的扇区，直接产生PWM驱动信号，系统结构简单，对转子参数不敏感，但砰砰控制决定了转矩脉动不可避免，虽然增加电压综合矢量个数可以降低转矩脉动，但不能消除，本报告中的定子磁场定向控制方法是在两种系统的基础上，取长补短的一种新方法。 异步电机定子磁场定向控制方法有两个特点： 1、定子磁链用电压模型计算，采用连续的闭环控制，在补偿定子电阻压降的基础上直接控制定子磁链的变化率； 2、转速控制采用与矢量控制相仿的三环结构，内环为定子电流转矩分量控制，实现了转矩电流的快速跟随，第二环是转矩闭环控制，用以抑制定子磁链对转矩的扰动，最外环为转速闭环。 这种控制方法克服了矢量控制对转子电阻的直接依赖性，同时采用连续的控制方法克服了砰砰控制带来的转矩脉动。 为了研究异步电机定子磁场定向控制方法，我们要建立异步电机按定子磁场定向的动态模型。 根据定子磁场定向的定义可知，在d-q坐标系中，规定d轴与定子磁链矢量ψ的方向重合，q轴与ψ的方向垂直。因此，在d-q坐标系中，A相的电流、电压、磁链可以表示为：
基于MATLAB的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真
科技论坛基于MATLAB 的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真 常伟 （华北电力大学电气学院，北京100043） 1概述 异步电机是一个高阶、非线性、强藕合的多变量系统，数学模型比较 复杂。本文利用M ATLAB /Simulink 软件对异步电动机转子磁场定向控 制系统动态过程建立仿真模型,并对控制方案进行仿真研究。按转子磁 场定向的矢量控制系统是已经获得实际应用的高性能调速系统，控制思 想是在转子磁场定向的基础上,经过一系列的坐标变换,实现将三相异步 电机像直流电机一样对磁场和转矩的解耦控制,注重转矩与转子磁链的 解耦，实行连续控制，可获得较宽的调速范围，使异步电机的动静态性能 有很大提高，所以，异步电机矢量控制技术已被广泛应用于高性能异步 电机调速系统中。 2异步电机的数学模型 对于笼型异步电机，转子侧电压为零,根据文献[1]可以建立异步电 机在α-β静止坐标系下的数学模型以同步角速度旋转的两相直流旋 转坐标d 、q 之间的变换,可以推导出异步电机在d 、q 坐标系上的数学模 型的电压方程: 式中U sd ，U sq 为定子电压在同步坐标系上分量，R s ，R r 为定子电阻和 转子电阻，，为定子磁链在同步坐标系上的分量，，为转子 磁链在同步坐标系上的分量，，分别为同步角速度和转差角速度, P 为微分算子。 磁链方程: 式中，L s ，L r ，L m 分别为定子电感，转子电感和互感。，为定 子电流在同步坐标系上的分量，为转子电流在同步坐标系上 的分量。 转矩方程： T e 表示为电机的电磁转矩，p 为电机极对数。 根据上面公式，可以得到下列关系式 异步电机矢量控制系统的模型: 图1为矢量控制系统的原理图。图中转速调节器ASR 的输出是转 矩调节器的给定转矩。磁链调节器用于控制电机转子磁链，并设置 了电流变换和磁链观测环节，转矩调节器ATR 和磁链调节器的输 出分别是定子电流的转矩分量和励磁分量。和，电流滞环控制PWM 逆变器控制电机定子三相电流。图2是在M atlab/Simulink 环境下建立的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真模型[3]。3仿真结果根据建立的异步电机矢量控制模型做仿真分析，实验参数为:极对数p=2，定子电阻r 1=0.075，定子绕组漏电感=0.72mH ，转子电阻r2=0.231，转子绕组漏电感=0.72mH ，互感L m =36mH ，恒负载转矩为T m =30Nm ，结果如下：从图3可以看出转速上升的速度比较快，且超调量比较小，输出转速出与转速给定指令基本相同，电机的跟随性好，说明建立矢量控制方法是正确的。4结论本文采用M atlab/Simulink 系统仿真工具,对异步电机转子磁场定向的矢量控制系统进行了建模仿真。按转子磁链定向，实现了定子电流 励磁分量和转矩分量的解耦，使系统具有良好的调速性能。仿真试验证明该矢量控制系统可以大范围地调速,具有很好的跟随性能，动态性能良好。因此,该系统在工业应用领域中具有很好的应用前景。参考文献: [1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2003.[2]尔桂花.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2004.[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动系统的MATLAB 仿真[M].北京:机械工业出版社。 摘要：异步电动机的模型特点是一多变量、强耦合的非线性系统。本文根据异步电机理论，建立了异步电动机的数学模型，给出了异步电动机转子磁场矢量控制系统基本结构和矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了所建电机模型的正确性。 关键词：异步电机；矢量控制；磁场定向；磁链 作者简介：常伟（1980-），男，工程师，华北电力大学在职研究生，首钢动力厂供电技术员。 ááL áá L 88··
第五章-定子磁场定向矢量控制
第五章 定子磁场定向矢量控制 5.1 转子电流控制 在双馈电机定子磁场定向的矢量控制策略中，通常将同步旋转坐标系的d 轴与双馈电机定子磁场相重合，逆时针旋转90度的方向作为q 轴方向，即在同步旋转dq 坐标系中定子磁链可表述为： ???ψ=ψ=ψs sd sq 0 （5-1） 其中，s ψ为定子磁链的幅值。 由此，在定子磁链定向的情况下，重写双馈电机在同步旋转坐标系中的定转子电压方程、磁链方程： ????? ??????++=+-=+-=+-=qr dr s qr r qr dr qr s dr r dr ds qs s qs ds ds s ds dt d i r u dt d i r u i r u dt d i r u ψψωψψωψωψ1 （5-2） ??? ????+-=ψ+-=ψ+-=+-=ψqr r qs m qr dr r ds m dr qr m qs s dr m ds s s i L i L i L i L i L i L i L i L 0 （5-3） 求解后，得： qr s m qs i L L i =、()ms dr s m ds i i L L i -= （5-4） 其中：m s ms L i ψ=，称为通用励磁电流 计算转子磁链如下： ??????????? ??+-=ψ???? ??+-+=ψqr r s m qr dr r s m ms s m dr i L L L i L L L i L L 222 （5-5） 设??? ? ??-=s m r s L L L L 2σ为漏磁系数，则5-5式又可表示为： ?????=ψ+=ψqr r qr dr r ms s m dr i L i L i L L σσ2 （5-6） 利用式5-2计算转子电压如下：
六相永磁同步电动机磁场定向控制实例
六相永磁同步电动机磁场定向控制方案实例： 本文在分析了六相永磁同步电动机(PMSM)的数学模型的基础上，建立了六相PMSM 矢量控制系统的仿真模型。同时，利用数字信号处理器TMS320LF2407的强大资源来实现矢量控制算法。最后，仿真分析和实验结果相符合，而且使得系统能够获得很好的性能。 在满足一定的假设条件下，我们建立p 对极N 相正弦波永磁同步电动机在abc 坐标下和dq 坐标下的状态数学模型： fs ss sr s s f r rs rr r r L L i L L i ψψψψ????????=+????????????????，s s s r r u i p R u i ψψr ?????=+? ???????????? 式中 () kd kq R diag r r r r r =" 定转子绕组之间的互感矩阵 rs L ? 232 3kd1 kd kd kdn rs sr kq1 kq kq kqn L L L L L L L L L L ?? ==? ??? "" 转子绕组的电感系数矩阵 rr L ? 00 kd rr kq L L L ??=? ??? ss L -定子绕组电感系数矩阵 fs ψ-永磁体产生的磁通链过定子绕组的磁链 rs ψ-永磁体产生的磁通链过定子绕组的磁链 -定子绕组，直轴阻尼绕组和交轴阻尼绕组 ,,kd kq r r r p -对时间的求导算子d p dt = dq系统的磁链方程 假设气隙磁场按正弦分布，忽略磁场的高次谐波分量，通过合适的变换矩阵
得到： 220 00 00 skd d kd kd d d fsd dq q q skq q kq kq pL L r pL i i pL L r pL ψψψψ?? ? ??+?????? ? ?==+??? ?????????????? +??? ? fsd ψ-定子相绕组轴线与直轴一致时，永磁体产生的基波磁通链过该相绕组的磁链 fr d ψ-永磁体产生的基波磁通链过转子绕组的直轴磁链 建立了p 对极N 相正弦波永磁同步电动机的数学模型后，有助于我们从控制的角度出发对其进行分析，进而实现各种先进的控制策略，只是基本而重要的步骤。 为建立六相PMSM的dq轴数学模型，假设： (1) 电机定子绕组产生的磁动势波和磁场在空间上都按正弦分布； (2) 忽略电机铁心剩磁，磁路线性； (3) 不计定子表面齿、槽的影响。 在上述前提下，由图1所示的变换可得到dq 坐标系下六相PMSM 的磁链方程、电压方程和电磁转矩方程分别为： d d d s q s q q q s d 00 u i R p u i R ψψωψψ??????????=++?????????????????? ? ?? （1） d d d f q q q 000L i L i ψψψ???????? =+?????????? ?????? （2） em p f q d q d q ())T n i L L i i =+? （3） em l ?d T T R J dt Ω ??Ω= （4）
field_weaken 异步电机弱磁调速
异步电机弱磁调速 异步电机矢量控制的调速范围可以通过减弱磁场来增大，这种调速方式被称作“弱磁调速”，在Turbo PMAC中，可以通过一个简单的程序来实现这种调速方式。 弱磁调速的基本用法是：当转速达到现有电枢电压下的极限（即反向电动势等于电枢电压）减弱转子场强，以达到速度极限增大的效果。磁场强度在一定范围内与速度大致成反比，磁场强度是由定子的Id（平行于磁场方向的电流）指令控制，在Turbo PMAC中为Ixx77变量。但实际磁场变化会滞后于Ixx77一个相对较大的电气时间常数（电感的电流滞后于电压）。Turbo PMAC的“滑差（转差）增益”参数Ixx78是相更新时间（相周期）除以转子时间常数，Turbo PMAC使用“滑差增益”与“开环估计器”计算代表磁场强度的转子励磁电流。 我们也可以使用Ixx78滑差增益预测转子励磁电流的滞后，还可以加速定子Id指令的变化以对滞后做出一定的补偿。由于这个算法并非每个相周期都会运行，我们将针对PLC0计算等效的滑差时间常数，一个介于实时中断与转子电气时间常数之间的值。 由于转子的磁场强度决定电机的力矩常数，因此控制场强也相当于控制了反馈回路增益，在减弱磁场的同时回路增益也将减小。为对此做补偿，我们需要同时更改位置环比例增益Ixx30，Ixx30的变化应与估计的转子励磁电流成反比，以确保回路全局增益保持不变。 下面的例子是在4号电机上操作，您可以做简单的更改以操作其他电机。它基于期望速度来控制磁场，因期望速度比实际速度更平滑，但在使用时应确保实际速度与期望速度相差不是太大，否则，应使用实际速度控制磁场。 ；变量替换及定义 ；I变量 #define ServoPeriod I(I19+5) ；每个伺服周期内相周期个数 #define PLC0Period (I8+1) ；每个实时中断周期内伺服周期个数 #define Mtr4CmdId I477 ；指令直接电流（Id） #define Mtr4SlipGain I478 ；滑差增益，由转子时间常数得出 #define Mtr4PropGain I430 ；控制回路增益 #define Mtr4MaxIq I469 ；伺服输出限幅值（Iq，力矩电流） ；用于自动计算的M变量 #define Mtr4EstIm M480 ；估计励磁电流，PMAC自动计算 Mtr4EstIm->Y:$000237,8,16,S ；以Ixx77为单位 #define Mtr4ActId M476 ；实际Id，来自（霍尔）传感器 Mtr4ActId->Y:$000239,8,16,S ；以Ixx77为单位 #define Mtr4DesVel M455 ；期望速度 Mtr4DesVel->X:$00021A,0,24,S ; 1/[Ixx08*32]cts/[Ixx60+1]cyc #define Mtr4ActVel M456 ；实际速度，来自编码器 Mtr4ActVel->X:$00021D,0,24,S ; 1/[Ixx09*32]cts/[Ixx60+1]cyc ；用于算法的P变量 #define Mtr4DesIm P470 ；期望的励磁电流
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究
永磁同步电机弱磁控制的控制策略研究 摘要 永磁同步电机是数控机床、机器人控制等的主要执行元件，随着稀土永磁材料、永磁电机设计制造技术、电力电子技术、微处理器技术的不断发展和进步，永磁同步电机控制技术成为了交流电机控制技术的一个新的发展方向。基于它的优越性，永磁同步电机获得了广泛的研究和应用。本文对永磁同步电机的弱磁控制策略进行了综述，并着重对电压极限椭圆梯度下降法弱磁控制、采用改进的超前角控制弱磁增速、内置式永磁同步电动机弱磁控制方面进行了调查、研究。 关键词：永磁同步电机、弱磁控制、电压极限椭圆梯度下降法、超前角控制、内置式永磁同步电动机 一、永磁同步电机弱磁控制研究现状 1．永磁同步电机及其控制技术的发展 任何电机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用产生的。直流电机的主磁场和电枢磁场在空间互差90°电角度，因此可以独立调节；而交流电机的主磁场和电枢磁场互不垂直，互相影响。因此，交流电机的转矩控制性能不佳。经过长期的研究，目前交流电机的控制方案有：矢量控制、恒压频比控制、直接转矩控制等[1]。 1．1 矢量控制 1971年德国西门子公司F．Blaschke等与美国P．C．Custman等几乎同时提出了交流电机磁场定向控制的原理，经过不断的研究与实践，形成了现在获得广泛应用的矢量控制系统。矢量控制系统是通过坐标变换，把交流电机在按照磁链定向的旋转坐标系上等效成直流电机，从而模仿直流电机进行控制，使交流电机的调速性能达到或超过直流电机的性能。 1．2 恒压频比控制 恒压频比控制是一种开环控制，它根据系统的给定，利用空间矢量脉宽调制转化为期望的输出进行控制，使电机以一定的转速运转。但是它依据电机的稳态模型，从而得不到理想的动态控制性能。要获得很高的动态性能，必须依据电机的动态数学模型，永磁同步电机的动态数学模型是非线性、多变量，它含有角速度与电流或的乘积项，因此要得到精确控制性能必须对角速度和电流进行解耦。近年来，研究了各种非线性控制器，来解决永磁同步电机非线性的特性。 1．3 直接转矩控制 矢量控制方案是一种很有效的交流伺服电机控制方案，但是由于该方案需要进行矢量旋转变换，坐标变换比较复杂。此外，由于电机的机械常数慢于电磁常数，矢量控制中转矩响应的速度不够迅速。针对矢量控制的上述缺点，德国学者
电机磁场定向控制系统概述
电机磁场定向控制系统概述 永磁同步电机（PMSM）是近年来发展较快的一种电机，由于其转子采用永磁钢，属于无刷电机的一种，具有一般无刷电机结构简单，体积小，寿命长等优点。 本文讨论空间矢量控制的永磁同步电机，采用磁场定向算法借助DSP高速度实现对转速的实时控制。由于控制算法必须获取转子位置信息，所以传统的控制系统都需要以光电编码器等作为转子位置传感器。为了最大限度减少传感器，本文从改变相电流检测方法，建立采用砰－砰控制的滑模观测器，介绍一个可以实现的模型。 2磁场定向原理 磁场定向控制，简称FOC。两直角坐标系：αβ坐标系为定子静止坐标系，α轴与定子绕组a相轴重合；dq为转子旋转坐标系，d轴与转子磁链方向重合，并以同步速ωr逆时针旋转。两坐标系之间的夹角为θe。可以把定子电流综合矢量is，在旋转坐标系dq轴上如下式分解 is＝isd＋isq （1） 在交流永磁同步电机中，转子为永磁钢，可认为转子电流综合矢量的模大小不变，常用常数值IF代表。根据交流电机电磁转矩T与定、转子电流综合矢量的普遍关系式 式中p———极对数 L12———定、转子互感 i1———定子电流综合矢量 i2———转子电流综合矢量 δ———定、转子综合矢量间夹角 这样电磁转矩只随｜i1｜和角δ变化。为了获得简单可控的转矩特性，可以给定定子电流综合矢量指令使其始终在q轴上，即δ＝90°，从而得 式中Is———定子电流综合矢量的模 按上式可以实现用定子电流综合矢量的模来直接控制电动机电磁转矩，从而使永磁同步电动机获得类似直流电动机的伺服性能，并可得到快速无静差的调节特性。 该速度控制系统由速度、电流双闭环实现，采用的算法由相应的模块实现，包括：Park变换模块，Clark变换模块，反Park变换模块，转子位置角估计模块，转速计算模块，弱磁控制模块，PI调节模块，空间矢量PWM生成模块等。整个控制系统，以DSP芯片为核心再配以简单的外围电路，其复杂的控制算法及功能全部由软件来实现。其中每一个控制模块，对应一C调用函数，主函数流程用C语言编制。与有位置传感器的控制系统相比，无位置传感器系统仅在对反馈量的处理中采用了转角观测器模块函数，而对其他控制模块，而系统可以以完全相同的方法实现，这更显示了软件构成系统的灵活性。 3无传感器算法 3．1减少一路电流传感器方法 在逆变器控制中都需要相电流信息，传统采用的方法是直接用传感器获得需要的相电流，这种方法依赖负载的布置，并且至少需要两个传感器直接应用于电机组绕组。本文介绍的方法是仅通过采集直流侧母线电流信息，来估计交流侧三相电流值。因为逆变器开关状态是我们直接控制的，所以已知输入电流的路径，即输入线电流和电机相电流间的关系。这样在通常八个开关状态（Sa，Sb，Sc）中除（0，0，0）和（1，1，1），在其他六个开关状态下，直流侧线电流信息总对应a，b，c中某一路相电流值。 开关状态（Sa，Sb，Sc）＝（0，0，1）下，相电流ic等于直流线电流，另外两相电流ia，ib则等于直流线电流的一半。这样线电流信号经一路AD通道，送给DSP，再经过适当计算即可获三相电流信息。
第七章磁场定向矢量控制系统
第七章磁场定向矢量控制系统 判断题 1.不同电机模型彼此等效的的原则是在不同的坐标系下所产生的磁动势完全一致。√ 2.矢量控制系统可以分为电压型和电流型，现代牵引传动系统中，电流型矢量控制系 统应用最为普遍。? 3.低速情况下，采用电压模型法观测转子磁链性能比采用电流模型法好。? 4.转子磁链准确的检测与计算是进行矢量变换控制的前提。√ 5.直接矢量控制系统是转速和磁链闭环控制的矢量控制系统。√ 6.CRH2型动车组在低速时采用异步调制，高速时采用分段同步调制，弱磁控制采用 单脉冲控制。√ 7.间接矢量控制系统是转速闭环、磁链开环控制的矢量控制系统。√ 8.转子磁链观测模型中电流模型比较适用于微机数字控制。? 9.在电传动系统中，电机是实现机电能量转换的主体。√ 10.转子系统与静止系统之间的变换是一种旋转变换，而不是静止的三相/两相变换。√ 11.矢量控制是以定子磁链的矢量来定向的。? 12.电机转子时间常数会随着转子绕组温度而变化。√ 13.德国的BR152电力机车采用的是间接矢量控制方式。? 14.一般情况下，我们希望电动机工作在额定满磁场的状态。√ 15.直接转矩控制方式比矢量控制方式具有更优良的动、静态性能。√选择题 1.我国CRH2型动车组采用的控制策略是______ （B） A. 恒压频比控制策略 B. 转子磁场定向间接矢量控制策略 C. 转子磁场定向直接矢量控制策略 D. 直接转矩控制策略 2.下面几种异步电机控制方式中，属于智能控制的是______ （C） A. 恒压频比控制 B. 直接转矩控制
C. 人工神经网络控制 D. 矢量控制 3.下面几种转子磁链观测的方法中，哪一种是在两相旋转坐标系上实现的 （D） A. 电压模型法 B. 电流模型法 C. 电压—电流模型法 D. 根据指令电流和转速检测值计算磁链法 4.在电压—电流转子磁链观测模型中，没有用到的信号是______ （B） A. 定子电流信号 B. 转子电流信号 C. 定子电压信号 D. 转速信号 5.下列车型中，采用间接矢量控制的是______ （A） A. CRH2型动车组 B. 德国BR152电力机车 C. 奥地利1012电力机车 D. CRH3型动车组 6.在电力牵引交流传动电力机车和高速动车组上，异步牵引电动机控制方法经历了几 个发展过程。（B） A.2个 B.3个 C.4个 D.5个 7.影响电机转子时间参数的因素为______ （D） A.磁路饱和 B.温度变化 C.频率变化 D.以上三项都是 8.在矢量控制系统中，用于两个正交量求取模及幅角的运算的坐标变换是______ （D） A.3/2变换 B.2/3变换 C.VR变换 D.K/P变换 9.下面哪项不是人工神经网络的优点______ （B） A.具备快速并行计算能力 B.控制电路简单 C.容错能力强 D.对参数变化的影响较小 10.数字信号处理器(DSP)的优点有______ （D） A.硬件简单、控制算法灵活 B.抗干扰性强 C.无漂移、兼容性好 D.上述三项都是
基于矢量控制的电动汽车用异步电动机弱磁控制方法
基于矢量控制的电动汽车用异步电动机 弱磁控制方法 窦汝振,辛明华,杜智明 (中国汽车技术研究中心,天津300162) 摘要:对需要异步电动机恒功率运行的应用领域,特别是电动汽车这种需要大范围扩速运行的情形,弱磁控制是一个非常重要的方法。基于矢量控制提出一种恒交轴电压弱磁控制方法,该方法与电机参数无关,稳定性强,实现简单,试验结果验证了该方法的正确性和有效性。 关键词:矢量控制;弱磁控制;异步电动机 中图分类号:TM301.2B TM343文献标识码:A文章编号:1673-6540(2009)05-0025-03 F iel dW eakening Control of A synchronousM otors Based on V ector Control DOU Ru-zhen,X I N M i n g-hua,DU Zhi-m ing (Ch i n a A uto m otive Technology&Research C enter,T i a nji n300162,Ch i n a) Abstract:The field w eaken i ng contro l is i m portan t for the i nducti on mo tor.s constant pow er ope ration that i s re-qu ired by t he e l ec tric veh icle.Based on the detail ed theo retical analysis,usi ng t he vector contro,l a constant q-ax i s sta t o r vo ltage fi e l d weaken i ng controlm e t hod t hat is stab l e,i ndependent o fm otor para m ete rs is presented.Its vali d it y is prov ed by experi m ental resu lts. K ey word s:vector con tro;l field weaken i ng con tro;l asynchronou sm otors 0引言 异步电动机结实耐用,在矿山机械、航空航天、轨道交通、电动汽车等领域有着广泛应用。异步电动机运行时,其电压会受到供电电压的限制,而电流的增大也会受到电机及变频器的容量限制。因此,异步电动机运行在基速以上时需要采用适当的弱磁方法,在满足电机及逆变器的电压和电流限制条件下,得到尽可能大的电机转矩输出和功率输出及良好的系统动、静态特性[1]。此外,异步电动机弱磁运行时的参数变化较大,因此期望所采用的弱磁控制方法具有较强的参数鲁棒性。 国内、外已有的以矢量控制为基础的弱磁控制方法基本可分为以下三类[2-4]。 (1)1/X r弱磁。如式(1)所示,该方法是在电机转速高于额定转速后将转子磁链给定值设定为与转子转速成反比。 7rd=7rd n X n X r(1)式中:7r dn)))额定转子磁链; X n)))额定转速; X r)))电机转速。 (2)恒压弱磁。这类方法保持电机电压为额定电压,根据电压控制环的输出来控制电机的励磁电流,与电机参数无关,但转矩电流和励磁电流耦合强,电流调节器易于饱和。 (3)励磁电流的解析控制。电机的励磁电感存在磁饱和现象,电感参数会随着励磁电流的调整而发生变化。因此,在电机及励磁电感建模的基础上,采用精确的弱磁电流解析形式,提高电机的转矩输出能力和动态响应。但这类方法的有效性依赖于电机参数的准确性,励磁电流控制开环,鲁棒性较差。 本文对基于转子磁链定向控制的异步电机弱磁控制方法进行了分析,并提出了一种基于交轴电压控制的弱磁控制方法,该方法简便易行。 ) 25 )
三种磁场定向矢量控制技术的比较知识讲解
磁场定向矢量控制技术按照获得磁链的不同方式大致可分为两种:直接和间接方式。直接方式的实现依赖于直接测量或对转子，定子，气隙磁链矢量的幅值和位置的估算。传统的直接矢量控制策略使用检测线圈，具有抽头的定子绕组或霍尔效应传感器对磁通进行检测，但由于电机结构或散热的需要就会产生一定的限制，但随着目前高速DSP的不断面世，在一个PWM周期内，实现负载的控制及磁链估算应成为可能，所以近年来基于磁链观测器的直接方式由重新得到了人们的重视。而间接方式则使用电动机模型，例如对于转子磁通定向控制，它利用了固有的转差关系。与直接的方法相比，间接方式对电机参数有较高的依赖性。多数场合使用间接策略，因为这会使硬件电路相对简单并且在低频下也具有较好的总体性能，但是由于包含了会随着温度，饱和度和频率变化而变化的电机参数，所以需要研究不同的参数自适应策略。 如果从选择的磁链矢量分类的话，磁场定向矢量控制技术一般可分为三种，即气隙磁场定向控制，定子磁场定向控制，转子磁场定向控制。 1. 气隙磁场定向控制方案。气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。 2. 定子磁场定向控制方案。定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M 轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。 3. 转子磁场定向控制方案。转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。若忽略由反电动势引起的交叉祸合，只需检测出定子电流的M轴分量，就可以观测转子磁通幅值。当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的T 轴分量成正比，通过控制定子电流的T轴分量就可以控制电磁转矩。因此称定子电流的M轴分量为励磁分量，定子电流的T轴分量为转矩分量。可由电压方程M 轴分量控制转子磁通，T轴分量控制转矩，从而实现磁通和转矩的解耦控制。 下面对它们进行简要的总结和比较： 气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。 定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的动静态性能，同时控制系统结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占
永磁同步电机弱磁调速
永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告
专业：电气工程及其自动化 学生姓名： 学生学号: 学生班号:
本篇论文是从阅读文献报告的角度来解读论文的。 稀土永磁同步电机早在上世纪七十年代就开始出现，现在已被广泛使用，其具有重量轻、体积小、效率高、弱磁扩速能力强等一系列优点，成为航空、航天、武器装备、电动汽车等领域重要发展方向。由于永磁同步电机磁场结构复杂，使得计算准确度差，磁极形状与尺寸的优化，调速性能等都是永磁电机设计的难点。这些年来，如何提高永磁同步电机恒功率调速比的问题是研究的重点，永磁电机及其驱动器的设计成了电机领域研究的热点课题。 本文主要研究内容是对内置式永磁同步电机设计及弱磁性能的研究。 分析永磁同步电机(PMSM)数学模型的基础上，通过阐述弱磁调速的控制原理，提出了一种基于电流调节的PMSM定子磁链弱磁控制算法，有效地拓宽了恒功率调速比。并在Matlab/Simulink环境下，构建了永磁同步电机弱磁控制系统的速度和电流双闭环仿真模型。仿真结果证明了该控制系统模型的有效性，恒功率调速比达到了4： 1，为永磁同步电机弱磁调速控制系统的设计和调试提供了理论基础，有一定的实际工程价值。 关键词：内置式；永磁电机；弱磁控制；电流跟踪算法；仿真建模
目录 永磁同步电机弱磁调速控制文献阅读报告 (1) 一、研究的问题 (5) 二、研究方法 (5) 2.1 永磁电机的数学模型 (5) 2.2弱磁调速原理 (7) 2.3 基于Matlab的PMSM弱磁控制系统仿真模型建立 (8) 2.4 仿真结果 (11) 三、解决效果 (13) 3.1 结论 (13) 3.2感悟与体会 (13)
§3.6--磁场定向控制原理
§3.6 异步电动机的矢量控制 异步电动机的磁场定向控制是从70年代发展起来的一种新的控制技术。 定义：异步电动机的磁场定向控制是把定子电流做为具有垂直分量的空间分量来处理的，因此又称为矢量控制。 目的：通过这种控制技术能使异步电动机得到和直流电动机相同的调速特性 一． 磁场定向控制的基本思想 基本思想；把交流电动机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制 在任何电力拖动的控制系统，电动机产生的电磁转矩 e T 作用在电动机轴上的负载转矩（包括电动机的空载转矩0M ）L T 以及惯性转矩dt J m /ω? 三者之间的关系都由转矩平衡方程式决定，即： dt J T T m L e /ω?=- 设L T 及 J 均为常数，那么在动态过程中电动机速度 m ω 的变化规律完全取决于对电动机的电磁转矩e T 的控制。举例如下： 起动和制动的过程中，如果控制电动机的电磁转矩 e T 使其保持在最大允许值，就能使电动机以最大的恒加速度或恒减速度运行，从而缩短了起、制动的时间。 在突加负载时，只要能迅速地使电动机的电磁转矩 e T 增加，就可以使动态速降减小，缩短速度的恢复时间。由此可见调速系统动态性能的好坏完全取决于在动态过程中电动机的转矩 是否能
很方便、很准确地被调节和控制。 由于结构上的特点，他励直流电动机的电磁转矩 T很容易控 e 制。其工作原理可用下图来表示。 在励磁绕组f中通以励磁电流 i则通过电刷及换相器流入 f 电枢绕组。由于电刷和换相器的作用，使得电枢绕组虽然在转动但它产生的电枢磁场在空间是固定不动的。因此可用一个等效的静止绕组来代替实际的电枢绕组。这个等效静止绕组的轴线与励磁绕组轴线垂直，绕组中通过电枢电流 i，产生的磁场与实际电枢绕组产 a 生的磁场相同，并且由于实际电枢绕组在旋转，因此等效静止绕组中有一感应电势 e，这样，就可以用下图的等效模型来代替实际 a 的他励直流电动机。 励磁绕组中通入的励磁电流产生主极磁通φ，电枢绕组电流 i与φ a 作用产生电磁转矩 T。无论电机处于稳态或动态，它产生的电磁转 e
转子磁场定向矢量控制与气隙磁场定向矢量控制的区别
1. 气隙磁场定向控制方案。气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。 2. 定子磁场定向控制方案。定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。 3. 转子磁场定向控制方案。转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。若忽略由反电动势引起的交叉祸合，只需检测出定子电流的M轴分量，就可以观测转子磁通幅值。当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的T轴分量成正比，通过控制定子电流的T轴分量就可以控制电磁转矩。因此称定子电流的M轴分量为励磁分量，定子电流的T轴分量为转矩分量。可由电压方程M轴分量控制转子磁通，T轴分量控制转矩，从而实现磁通和转矩的解耦控制。 下面对它们进行简要的总结和比较： 气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。 定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的动静态性能，同时控制系统结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占端电压的大部分，致使反电动势测量误差较大，导致定子磁通观测不准，影响系统性能。定子磁场定向的矢量控制系统适用于大范围弱磁运行的情况。 转子磁场定向的控制方案，缺点是磁链闭环控制系统中转子磁通的检测精度受转子时问常数的影响较大，降低了系统性能。但它达到了完全的解耦控制，无需增加解耦器，并且不存在静态稳定性限制的条件，控制方式简单，具有较好动态性能和控制精度，故应用最为广泛。
基于转子磁场定向的异步电机矢量控制仿真研究解读
研究与开发 2008年第 3期 43 基于转子磁场定向的异步电机矢量控制仿真研究 陈世浩冯晓云李官军王利军 (西南交通大学电气工程学院,成都 610031 摘要文章根据转子磁场定向控制理论,建立了三电平逆变器异步电机矢量控制系统。通过 Matlab/Simulink仿真验证了本文的控制系统在动态响应过程中,电流稳定性好转速无波动,转矩响应快等优点。 关键词:转子磁场定向;异步电机;矢量控制 Research and Simulation on Rotor Field Oriented Control System of Inductive Motor Chen Shihao Feng Xiaoyun Li Guanjun Wang Lijun (School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031 Abstract On the basis of the rotor flux oriented control theory, establish a conteol system on three-level inverter and inductive motor. It is proved by simulation using the Simulink of Matlab. The results prove that the control system has many advantages such as good stability of current and no wave ,fast response of torque. Key words:rotor flux-orientation; inductive motor; vector control 1 引言 异步电机是一个十分复杂的非线性控制对象, 对其进行转矩控制比较困难。基于转子磁链定向的矢量控制在磁链和转矩解耦上有较容易实现的形式。