感应电机矢量控制
矢量控制通俗理解
关于矢量控制，鄙人的通俗理解是：1. 先把电机想像成2块飞速旋转磁铁，定子磁铁和转子磁铁。
进一步可以引申为定子磁场和转子磁场。
2. 电机的电磁转矩与定子磁场强度、转子磁场强度、2块磁铁之间的夹角的正弦成正比。
关于这一点不难理解，两块磁铁对齐的时候（0度，sin0=0;）,不存在电磁转矩；两块磁铁相差90度的时候（sin90=1;）,电磁转矩达到顶峰；3. 接下来控制的目标就是：1）稳定其中的一个旋转磁场的强度（恒定磁场）；2）控制磁铁之间角度为90度（磁场定向FOC）；3）控制另一个磁场（受控磁场）的强度以达到控制电磁转矩大小（力矩控制）。
4. 关于坐标变换的物理意义（以同步电机为例）：1）在电机不失步的情况下，可以认为两个磁极之间相对静止，最多在夹角0~90度之间移动。
2）既然交流电产生的是一个旋转磁场，那么自然可以把它想像成一个直流电产生的恒磁场，只不过这个恒磁场处于旋转当中。
3）如果恒磁场对应的直流电流产生的磁场强度，与对应交流电产生的磁场强度相等，就可以认为两者等同。
4）坐标变换基于以上认知，首先认为观察者站在恒定定磁场上并随之运转，观察被控磁场的直流电线圈电流及两个磁场之间的夹角。
5）实际的坐标变化计算出的结果有两个，直轴电流Id和交轴电流Iq。
通过Id和Iq可以算出两者的矢量和（总电流），及两个磁场之间的夹角。
6）直轴电流Id是不出力的，交轴电流Iq是产生电磁转矩关键因素。
5. 对于交流同步隐极电动机：1）其转子磁场是恒定的。
2）转子的当前磁极位置用旋转编码器实时检测。
3）定子磁极（旋转磁场）的位置从A相轴线为起点，由变频器所发的正弦波来决定。
4）实际上先有定子磁场的旋转，然后才有转子磁场试图与之对齐而产生的跟随。
5）计算出转子磁场与A相轴线之间的偏差角度。
6）通过霍尔元件检测三相定子电流，以转子磁场与A相轴线之间的偏差角度作为算子（相当于观察者与转子磁场同步旋转），通过坐标变换分解出定子旋转磁场中与转子磁极对齐的分量（直轴电流Id）,产生转矩的分量（交轴电流Iq）。
电机的矢量控制原理
电机的矢量控制原理
矢量控制是一种现代电机控制技术，用于实现电机的精确控制。
它基于空间矢量的概念，通过控制电机的电流和电压来实现对电机转矩和速度的控制。
矢量控制的核心思想是将电机模型抽象为两个相互垂直的矢量：转矩矢量和磁场矢量。
转矩矢量代表电机的输出力矩，而磁场矢量代表电机产生的磁场。
通过合理控制这两个矢量的大小和方向，可以实现对电机的精确控制。
矢量控制主要包括两个阶段：电流控制和转矩控制。
在电流控制阶段，通过控制电机的电流大小和相位，可以实现对电机磁场矢量大小和方向的控制。
通常采用的电流控制方法有直接转矩控制和感应电动机矢量控制等。
转矩控制阶段则是通过控制电机转矩矢量的大小和方向来实现对电机的转矩和速度控制。
通常采用的转矩控制方法有转矩指令控制和速度闭环控制等。
其中，速度闭环控制通过测量电机转速并与设定值进行比较，控制转矩大小和方向，从而实现对电机的速度控制。
总的来说，矢量控制通过合理控制电机的电流和电压，实现对电机转矩和速度的精确控制。
它具有响应速度快、控制精度高、动态性能好等优点，广泛应用于电机驱动和工业自动化领域。
考虑边缘效应直线感应电机矢量控制系统仿真
考虑边缘效应直线感应电机矢量控制系统仿真直线感应电机、边缘效应、矢量控制1 引言直线电机[1]是一种将电能直接转换成直线运动机械能的驱动装置，在许多需要由旋转运动转换成直线运动的场合下使用，它可以省去中间机构，从而使装置得以简化，减少了维护的工作量，提高了系统的可靠性，且易于控制。
在合适的使用场合下，还可以提高整个系统的效率。
因此，直线电机在交通、工业、国防及民用等领域有着广泛的应用前景。
所谓直线感应电机(LIM)矢量控制是将矢量控制技术引入到对LIM的控制中去，以便LIM能像直流电机一样易于控制。
和旋转感应电机所不同的是，由于LIM的特殊结构，往往需要考虑因铁心开断而引起的边端效应，那么在建立LIM矢量控制系统的模型时也要考虑边端效应的影响。
木文介绍了LIM矢量变换控制系统数学模型的建立，用Simulink仿真模型进行了仿真实验，结果证实了仿真模型的正确性。
2 考虑动态纵向边缘效应的LIM等效电路设D为初级有效长度，有关次级的参数均已折算到初级侧。
当初级绕组用三相交流电源供电时，磁动势和磁密沿电机长度正弦分布。
假设初级表面光滑，励磁电流正比于电机单位长度的磁动势；铁心非饱和时,也正比于磁通密度。
当次级导体板的一个小区域进入到磁场中,小区域会产生最大涡流,使气隙磁通密度为零，然后随着涡流的减弱,气隙磁密以时间常数T2按指数增加。
（1）而在次级导体板的离开端，次级导体产生的涡流要维持气隙磁链，并按次级漏磁时间常数迅速衰减。
这些瞬变过程如图1所示。
基于以上分析可以把边缘效应的影响量化到等效电路中去。
图1 瞬变过程图气隙磁密沿电机长度的分布决定于初级相对于次级的移动速度，单位次级时间常数的移动距离为vT2是初级速度。
初级通过次级一点的时间为：Tv=D/v （2）若把初级长度以vT2为基准标幺化，得：（3）因此，Q是表示电机长度的无单位量，在电机参数一定时，其大小决定于速度，速度为零，Q无穷大。
在X=0和X=Q之间的等效励磁电流瞬时值Ime,代表了磁动势的分布。
3.无传感器三相感应电机矢量控制
模块名称 PID MACRO Spd reg 速度 PID 模块 PID MACRO Iq reg Iq PID 模块 PID MACRO Id reg Id PID 模块 IPARK MACRO 逆 park 变换模 块
park_d：定子 α 轴电流测量值
输入 theta_p：转子磁链角
park_q：定子 β 轴电流测量值
输出
park_D：定子 d 轴电流测量值 park_Q：定子 q 轴电流测量值
输入
clark_a：定子 a 相电流测量值 clark_b：定子 b 相电流测量值
输出
clark_d：定子 d 轴电流测量值 clark_q：定子 q 轴电流测量值
Vsbeta：静止 q 轴定子电压
PsiQrS：静止 q 轴转子磁链
输出 PsiDrS：静止 d 轴转子磁链
ThetaFlux：转子磁链角
模块描述 由转速给定和转速反馈经过调节器得 到 Iq 给定值 由 Iq 给定和转速反馈经过调节器得到 uq 给定值 由 Id 给定和转速反馈经过调节器得到 ud 给定值 将两相旋转坐标系中的定子电流变换 到两相静止坐标系上
运用空间矢量 PWM 技术由定子参考 电压产生一个给定的合适的占空比驱 动三个开关功能 Ta，Tb，Tc 的开和关。
将两相静止坐标系中的定子电流的测 量值变换到两相旋转坐标系上
将定子电流的测量值由三相静止坐标 系变换到两相静止坐标系
该软件模块实现了根据三相感应电机 的数学模型进行速度估计
该软件模块根据反电动势（电压模型） 的积分实现三相异步电动机的磁链以 及转子磁链角的估计，为了减少由于纯 积分和定子电阻的测量误差，用 PI 调 节器对产生的电压进行了补偿
交流感应电机控制策略
交流感应电机控制策略
交流感应电机的控制策略可以分为以下几种：
1. 矢量控制（也称为矢量控制或矢量变频器控制）：通过测量电机电流和转子位置来控制电机的转矩和速度。
该控制策略可以实现电机的良好动态性能和高效率，适用于高性能应用。
2. 直接转矩控制（DTC）：通过测量电机电流和电压来直接控制电机的转矩和速度，不需要使用速度传感器。
DTC可以实现快速和准确的转矩响应，适用于需要快速变换负载的应用。
3. 基于空间矢量调制（SVM）的控制：将电机的电流向两个正交坐标轴进行变换，实现电流和转矩的独立控制。
SVM控制可以有效降低电机的谐波和噪音，提高电机的效率。
4. 感应电机励磁控制：通过调整电机的定子电压和频率来控制电机的励磁，实现电机的转矩和速度控制。
这种控制策略可以改变电机的励磁特性，适用于需要改变电机运行特性的应用。
以上是常见的交流感应电机控制策略，根据具体应用和要求可以选择合适的控制策略。
矢量控制在电动机控制系统中的应用
矢量控制在电动机控制系统中的应用电动机是现代工业中常用的动力设备，广泛应用于汽车、机械、电力等领域。
为了实现对电动机的精确控制和高效运行，矢量控制在电动机控制系统中的应用得到了广泛关注和研究。
一、矢量控制概述矢量控制是一种通过对电动机电流和磁通的直接控制，实现对电动机转速和转矩精确控制的方法。
与传统的感应电机控制方式相比，矢量控制能够更加准确地控制电机的转速和转矩，并且在低速和零速运行时依然能够提供较高的转矩输出。
在矢量控制中，需要通过对电动机的输入电流进行独立控制。
通过测量电动机的电流和磁通，可以将电机的矢量表达为速度和转矩分量。
通过调整控制电流和磁通的幅度和相位，可以实现对电动机的准确控制。
二、矢量控制的优势1. 高效可控性：矢量控制能够实现对电动机的高效控制，可以在各种工况下实现精确的转速和转矩控制。
尤其在低速和零速运行时，能够提供较高的转矩输出，适用于许多需要高启动转矩的场合。
2. 响应速度快：矢量控制能够实时调整电机的电流和磁通，使得电机能够快速响应控制指令。
这在需要频繁调整工作状态的应用中尤为重要，如机器人、CNC加工设备等。
3. 能耗低：矢量控制能够实现对电动机的精确控制，避免了传统控制方式中产生的能量损耗。
通过提高控制精度，减少能量的损耗，节约了能源并降低了环境的压力。
三、矢量控制的应用领域1. 汽车工业：矢量控制在电动汽车和混合动力汽车中得到了广泛应用。
通过对电动机转速和转矩的精确控制，可以提高汽车的驱动性能和能效，实现更好的车辆加速性能和自动换挡控制。
2. 机械制造：在机床、印刷机、纺织机械等领域中，矢量控制在电机的运动控制中起到了重要作用。
通过对电机的精确控制，可以提高机械设备的定位精度和运动平稳性，提高生产效率和产品质量。
3. 电力工业：矢量控制在电力系统中的应用主要集中在变频调速领域。
通过对电动机的矢量控制，可以实现电力系统的节能运行，提高电动机的效率，并且可以应对电力网络的不稳定性。
无速度传感器矢量控制原理
无速度传感器矢量控制原理无速度传感器矢量控制（Sensorless Vector Control）是一种在没有速度传感器的情况下实现电机精确速度和转矩控制的方法。
该控制方法广泛应用于交流电机，如感应电机和永磁同步电机。
无速度传感器矢量控制原理的核心在于通过电机自身的电压和电流信息，估计出电机的转速和转矩，进而控制电机的运行状态。
无速度传感器矢量控制的实现需要以下主要步骤：1. 电流采样与转换：首先，需要对电机的三相电压和电流进行采样并进行模数转换，通常使用模数转换器（ADC）来完成这项工作。
采样频率应该足够高，以确保对电流的精确测量。
2. 电流控制环：电流控制环的目的是保持电机的电流和预期值保持一致，以实现所需的电机转矩控制。
电流控制环通常由PID控制器组成，控制器使用电流误差信号来调整电机的电压，使电流保持在预期值。
3. 电流解耦：在电流控制环之后，需要进行电流解耦操作，将三相电流转换成直流坐标系下的两个分量：一个是磁场分量，另一个是扭矩分量。
这一步骤的目的是消除电机中的交叉耦合，使得电机的控制更为简单。
4. 转速和转矩估算：在无速度传感器的情况下，需要通过电流和电压信息来估计电机的转速和转矩。
估算转速的常用方法是利用感应电机的反电动势（back-EMF）或者永磁同步电机的电压方程，并使用观测器来估计转速值。
转矩的估算可以利用电流和电压信息，结合电机的恒功率特性来进行估算。
5. 转速和转矩控制：通过估算出的转速和转矩值，可以根据要求设定所需的转速和转矩控制策略。
通常采用PID控制器来根据转速和转矩误差来调整电机的电压，以使电机的运行状态达到设定值。
需要注意的是，无速度传感器矢量控制虽然可以不依赖于传感器来实现电机的速度和转矩控制，但在实际应用中，需要具备准确的电机模型和参数，以及高性能的数字信号处理器（DSP）或者微控制器（MCU）来实现控制算法。
此外，该方法在低速和低转矩运行时可能存在一些误差，因此在特定应用场景中，可能还需要使用速度传感器来提高控制的准确性。
异步电机矢量控制基本原理
异步电机矢量控制基本原理哎呀，写这个主题的作文，感觉就像是在和朋友们聊天一样，得用点大白话，还得带点幽默感，对吧？那咱们就聊聊异步电机矢量控制这玩意儿。
首先，咱们得知道，异步电机，也就是感应电机，这家伙在工业上用得可多了。
你想想，你家里的洗衣机、空调，工厂里的那些大家伙，很多都是用的这种电机。
矢量控制呢，就是让电机能更听话，让它转得更顺溜。
咱们先来聊聊这个矢量控制的基本原理。
想象一下，你手里拿着一个球，你要让这个球按照你的意愿旋转，对吧？你得给它一个力，这个力得有方向，还得有大小。
矢量控制，就是给电机一个有方向有大小的力，让它转得更精准。
这个力，咱们得从两个方面来看。
一个是磁场，一个是电流。
磁场就像是你给球的旋转方向，电流就像是你给球的旋转力度。
矢量控制，就是通过调整这两个东西，让电机达到你想要的效果。
具体来说，矢量控制得先测量电机的磁场和电流，然后计算出电机的磁场和电流的矢量。
这个矢量，就像是你手里的球，你得知道它现在的位置和速度，才能控制它。
然后，通过调整电流的矢量，让电机的磁场矢量按照你的想法旋转。
举个例子，就像你开车，你想要左转，你得打方向盘，还得踩油门。
矢量控制就是让你的电机，按照你的想法，左转或者右转。
咱们再来说说细节。
比如说，你家里的洗衣机，它在脱水的时候，转得特别快，对吧？这就是矢量控制在起作用。
它让洗衣机的电机，按照需要的速度和方向旋转，达到脱水的效果。
再比如，工厂里的那些大家伙，它们需要精确控制速度和力矩，矢量控制就是它们的好帮手。
通过精确调整电流和磁场的矢量，让电机达到最佳的工作状态。
最后，咱们还得说说，矢量控制不是万能的，它也有局限性。
比如说，如果电机的负载变化太大，或者电机本身的性能不够好，矢量控制的效果可能就没那么理想。
所以，你看，异步电机矢量控制，就像是给电机装了个聪明的大脑，让它能更好地按照你的意愿工作。
不过，这玩意儿也有它的脾气，你得了解它，才能用得好。
好了，咱们聊了这么多，是不是感觉异步电机矢量控制也没那么难懂了？其实，就像生活中的很多事情一样，只要咱们细心观察，多了解，总能发现其中的奥妙。
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Te
W'
m
i c onst.
pn
W'
i c onst.
1 2
pni T
L i
1 2
pn
i
T
0 Lrs
Lsr
i
0
（10-21）
三、转矩方程和机械运动方程
又考虑到
i T [isT
i
T r
]
[iA
iB
iC
ia
ib
ic ]
代入式（10-21），得
Te
1 2
pn
i
T r
Lrs
is
isT
Lsr
d a
dt
d b
dt
d c
dt
（10-1） （10-2）
一、电压方程
将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子p代替符号d /dt有
uA Rs 0 0 0 0 0 iA
uB
0
Rs
0
0
0
0
iB
A
B
uuCa
0 0
0 0
Rs 0 0 Rr
0 0
0 0
iiCa
p
ir ia ib ic T
Lm
s
Lls
Lss
1 2
Lm s
1 2
Lm s
1 2
Lm s
Lms Lls
1 2
Lm s
1
2 1
2
Lm s Lm s
Lm s
Lls
（10-15） （10-16）
二、磁链方程
Lm
s
Llr
Lrr
1 2
Lm s
1 2
Lm s
1 2 Lms
Lms Llr
绕组内的电流大小无关； ➢ 定、转子表面光滑，不计齿槽的影响； ➢ 不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。
三相感应电机物理模型 三相感应电机物理模型如图10-1所示。
正方向规定 规定各绕组电压、电流、磁链等的正方向符合电动机惯例 。
第一节 三相坐标系中感应电机的动 态方程
三相坐标系中感应电机的动态方程由电压方程、 磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成。
1 2
Lm s
1
2 1
2
Lm s Lm s
Lm s
Llr
（10-17）
cos Lrs Lsr T Lms cos( 120)
cos( 120)
cos( 120) cos
cos( 120)
cos( 120)
cos( 120)（10-18）
cos
值得注意的是，Lrs和Lsr两个分块矩阵互为转置，且均 与转子位置角有关，它们的元素都是变参数，这是系统
Lcb
Lac
1 2
Lm
r
1 2
Lm s
定、转子绕组之间的互感为
（10-10） （10-11）
LAa LaA LBb LbB LCc LcC Lms cos LAc LcA LBa LaB LCb LbC Lms cos( 120 ) LAb LbA LBc LcB LCa LaC Lms cos( 120 )
或写成
ψ Li
（10-4a）
二、磁链方程
定子各绕组的自感和互感为
LAA LBB LCC Lms Lls
LAB
LBC
LCA
LBA
LCB
LAC
1 2
Lm s
转子各绕组的自感和互感为
（10-8） （10-9）
Laa Lbb Lcc Lmr Llr Lms Llr
Lab
Lbc
Lca
Lba
速成正比的旋转电动势。
三、转矩方程和机械运动方程
三、转矩方程和机械运动方程
根据机电能量转换原理，若整个电机内的磁共能为
WΦ，则电磁转矩Te应当等于磁共能对转子机械角位移m
的偏导数（电流恒定时）。在线性电感的条件下，磁共能
为
W'
W
1 2
i Tψ
1 2
i T Li
（10-20）
考虑到机械位移角m=/pn，pn为电机的极对数，则有
C a
（10-3）
ub
0
0
0
0 Rr
0
ib
uc 0 0 0 0 0 Rr ic
b
c
或简写成
u Ri pψ
（10-3a）
二、磁链方程
二、磁链方程
每个绕组的磁链都是它本身的自感磁链和其它绕组 对它的互感磁链之和，因此六个绕组的磁链可表达为
A LAA
LAB
LAC
LAa
非线性的一个根源。
二、磁链方程
如果把磁链方程代入电压方程，可以得到展开后的电
压方程
u Ri p(Li) Ri L di dL i dt dt
Ri L di L i dt
（10-19）
其中，Ldi /dt 项是由于电流变化引起的感应电动势， (∂L / ∂)i 项是由于定、转子相对位置变化产生的与转
LAb
LAc iA
B
LBA
LBB
LBC
LBa
LBbΒιβλιοθήκη LBciBC a
LCA LaA
LCB LaB
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
（10-4）
b
LbA
LbB
LbC
Lba
Lbb
Lbc
ib
c LcA
LcB
LcC
Lca
Lcb
Lcc ic
一、电压方程 二、磁链方程 三、转矩方程和机械运动方程 四、三相坐标系中感应电机的动态数学模型
一、电压方程
一、电压方程
三相定子绕组的电压平衡方程为
uA uB uC
iA Rs iB Rs iC Rs
d A
dt
d B
dt
d C
dt
三相转子绕组的电压方程为
ua ub uc
ia Rr ib Rr ic Rr
i
r
（10-22）
将式（10-18）代入式（10-22）并展开，得
Te pn Lms[(iAia iBib iCic ) sin (iAib iBic iCia ) sin( 120)
(iAic iBia iCib )sin( 120)] 系统的机械运动方程为
（10-22a）
Te
TL
R pn
J pn
d
dt
（10-23）
四、三相坐标系中感应电机的动态 数学模型
四、三相坐标系中感应电机的动态数学模型
（10-12） （10-13） （10-14）
二、磁链方程
将式（10-8）~（10-14）代入式（10-4），可得完 整的磁链方程 。常写成分块矩阵的形式
式中
ψs ψ r
Lss
Lrs
Lsr is
Lrr
ir
ψs A B C T ψr a b c T
is iA iB iC T
感应电机的动态分析与矢量控制
第一节 三相坐标系中感应电机的动态方程 第二节 坐标变换与空间矢量 第三节 两相坐标系中感应电机的动态数学模型 第四节 三相感应电动机起动过程的动态分析 第五节 感应电动机的矢量控制
第一节 三相坐标系中感应电机的动 态方程
建立三相感应电机动态数学模型时的假设： ➢ 忽略空间谐波，各绕组产生的磁动势在空间上正弦分布； ➢ 不考虑磁路饱和，并忽略铁耗，各绕组的自感和互感均与