按转子磁链定向的矢量控制系统仿真研究
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郭 璃 壬庆 贤
按转子磁链 定 向的矢量控制系统仿真研究
（ 兰州交通 大学 自动化与电气工程 学院， 甘肃 兰州 ７ ｏ ７ ） ３ ｏｏ
摘 要： 详细分析矢量 控幸 系统对异步电机 电磁转矩 实时控幸的原理， Ｉ ｌ 构建蒂转矩 内环磁链闭环按 熙转子磁 链定向 矢量控制结构 ， 系统的各 对 部分进行 了详细的阐述。科 用仿真工具建立 了 仿真模 型。 结果表明谈方法实现 电磁转矩控幸 ， Ｉ达捌 良 的调速性侥。 好
、
一
角。
ｔｓ
图 ５ 转 速 波 形 矩 指 令 Ｒ
图 ｌ 带 转矩 内环磁 链 闭环 的 矢量 控 制 结 构 图 转子磁链反馈信号包含 了转子磁链的大小
和位置 ， 转子磁链的观测模型主要有二种目： （） １在两相静止坐标 系的模型。 定子电压和 电流由传感 器测得后 ， 经过 ３／ｓ变换 ， ｓ ２ 根据 异
得 到的 、 以及零轴 电流 ｉ＝ ｏ变换到定子三 相坐标系上 ， 得到定子电流给定信号 、 。 、 Ｃ ｒ ｎ ｅ ａ０ 模块利用 自定义封装 ， ｕｒ ｔＲ １ ｅ ｒ 实 现滞环调节 ， 内部结构如 图 ４ 使用 时只需 指 其 ， 定滞环环宽 ，滞 环宽度 的大小影响开关 器件 的 开关频率 ， 环宽越小 ， 开关频率 越高 ， 电流控 且 制精度越高 ， 反之亦然 。 、 ４仿真结果 与分析 仿真采用固定步长的 ｏｅ 仿 真算法 ， ｄ３ 为保 证精度 ， 限制最 大步长取 ｌ －。 ｅ ５ ． 电机 空载启 动，启动过程充 分利用 电机 的 过载能力 ，以最大加速度加速 ， 启动时 间只需 ０ ｓ快速性好 ， 图 ５ 其 中虚线为转 速给定 ， ．， １ 如 ， 实线为实际转速 。 启动进入稳态后 ， １ ｓ 在 ． 时刻 加 ７ ％额定 ５ ５ 图 ３ 调 节 器 的 内部 结 构 负载 ， 转速稍微有 降落 ， 但是能跟随 给定值 ， 系 Ｔ ａ ｓｏ ｍａ ｉ ｎ ｑ ｔ ａｃ模 块 将 上 一级 统呈现良好 的抗扰性。在 ２ 时刻进行减速 ｒ ｎ ｆ ｒ ｔｏ ｄ ０ ｏ ｂ ＿ ｓ
翥 一 Ｊ
（ ２ ）
图 ４ Ｒ ＤｄｔｒＣ ｎ ｔ 内部 封 装 结 构 ｅ ａｏ ｕ ￣ 的
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其 中 ，｜ 电机极对 数 ；恤 ｎ为 Ｉ 为定转 子 之间 经过 ２ ｓ为 、 后 ， 、 利用 电流滞 互 感； Ｌ为转子电感 ； 为定子 电流在转 予磁链 ｉ ｄ 环调制得到逆变器 开关信号。 方 向上的分 量； 为转子磁链 。由式 （ ） １ 可见 ， ３仿真模型 Ｉ 、ＩＬ是与 电机相关 的常数 ， ．Ｌ 、 １ 当保证 为定 依据以上的分析 ，利用 胁 Ｓ瑚ｄｎ ｉ ｌｊｋ工 值 时 ， 与 有线性关系 ，称之 为转矩 电流分 Ｅ 具箱Ｈ 搭建按照转 子磁链定向的矢量控 制调速 ， 量。 系统的模型如图 ２ ： 矢量控制系统 有多种结构 ，带转矩内环磁 链 闭环的矢量控 制系统结构如图 ｌ所示日， 该系 统 由三个闭环结构组成 ， 外环控制转速 ， 内环为 转子碰链和电磁转矩 ，直接对二者同时实现控 制 。通过转速反馈信号与转速给定相比较 的偏 差 经过转 速调节 器 Ａ Ｒ Ｓ ，输 出转 矩指令 信号 ； 转速调节器的输 出转矩指令信号 与实际 电磁转矩 相 比较的偏差通过转 矩调节器 Ａ ． Ｔ 运算 出转矩 电流分量 ； Ｒ， 转子磁链 给定是 图 ２ 带转 矩 内环 磁链 闭 环 的 函数发生器 ， 由转速给定作为输入 ， 出转子 得 矢量 控 制 系统 仿 真模 型 磁链给定信号 ， 经磁链调节器 Ａ Ｒ运算 出 Ｐ 系统 主电路 由恒定直流电源 、三相桥式逆 励磁电流分量 。转子磁链函数发生器根据 电 变器、 异步 电机模型构成 ， 控制部分包括外环转 机的调速范围和转速给定信号 ， 在恒转矩范 围 速 环， 内环转矩环和磁链环 ， 最后生成触发脉冲 内恒磁通 ， 转子磁链保持额定 ， 在恒功率范 围内 加 至逆变器六个开关器件 。 削弱磁场 ， 转子磁链随转速指令 的增大 而减小 。 电机 中 模 型 ，从 Ｍａｈｎｓ ａｕｅ ｎ ｃｉｅ Ｍｅｓｒｍｅｔ Ｄ ｍ ｘ 口引出转子磁链 ｄ 分量 、 ｅｕ端 ｑ 定子三相电 流 、 、 ， Ｉ 电磁转矩 Ｌ 作为反馈信号 。 ｈ 三个调节 器采用 Ｈ 形式 ， 内部结构如 图 ３ 所示。
关键嗣 ： 矩控镧； 转 矢量 控 毒 ； 真 Ｉ仿
Ａｈ 础 ｒ 槲 ａ ｉ ｅ ｈ ｓ 翻ｎ ｔｌ ｒｃ ａ ｗｉ ｂ ｔ ｈ ｔａｌｅ ｏ啪 Ⅱ 醴捌出 ｏ ｕ ｄ 哔 ｆｒ 矗 ｏ 哪ｄⅡ 呐嘴 瑚ａｃ．ｍ＇ａ ｄ ｌｏ ｏ １】ｅ ｎ ａｓ ￣ ｒ ｃｅ 喇 妇 ｉ ｕｌ ｄ ａ Ｉ岛 ｅｅ ｐ ｃ ｎ￣Ｊ蟛吲岫ｍ Ｉ ｏｔ ｈ ｈ ｑｌ ｏ ｌ ｌｑ Ａ ｅ １ｄ ｅ ｄ． ｅ ｄ ｈ ｓ ｂ ｅ ｔｋ ｎ ｆｒ ｅ ｃ 秘 释 甲 ａ ｅ ｎ ａ ｅ ｏ ａ ｈ Ｈｅ ｓ Ｈ ｌ ∞ ｎ ，ａ 哪ｌ ｊ 吐ｉ ｄ．ａ 菇面 ￣ｍｅ ｎ ｉｎ ｄ ｎ ｄ 瑚 略 瞧 哪 呻 ｍｅ ｔｏ ｅ ａ ｄ
ｔａ ｔｈ ｓ ｓ ｌ Ｉ ｍＨｎｅ ｈ ｔｉ ａ ｏ ｄ ｐ
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ｌ橱隧 步电机 在两相静止坐标系下的数 学摸墅，计算 对于电力拖动系统 ， 其动态 、 静态性 能取决 转子磁链 的大小和相位。 于系统对电机 电磁转矩的实时控制能力 。异步 电机的动态数学模型是—个高阶 、 非线性 、 强耦 合 的多变量系统ｍ 电磁转矩更是耦合 性强 ， ， 对 ‰ 斗 ） 姒 （） ３ 其控嗣亦 十分复杂 。 （） ２ 按转子磁场定向两相旋转坐标系下的 电动机定子电流 ， 根据磁场定 向原 理， 电流分 将 模 型。 三相定子 电流 、 、 ３ ２ 按转子磁链 经 ｄ ｒ 解为产生磁场的电流分量（ 磁电流） 励 和产生转 定 向， 得到 、 ， ｉ 利用矢量控翻方程 式 ｑ 矩的电流分量 （ 转矩 电流 ） 分别加 以控 制 ， 同 并 时控镧两分量间的幅值和相位 ，电磁转矩与转 （） ４ Ｊ ％ ｒ 矩电流有近似的线性关系 ， 达到控镧异步电动 哦 ‘ （） ５ 机转矩的 目的， 实现高性能调速 。 ２控制结构分析 可 以获得 和转差 ，由 与实测转速 异步 电机的电磁转矩表达式 ： ｍ相 加得 到定 子频率信号 岫， 再经积 分即为转 哦 （ ） 子磁链的相位角 。即同步旋转变换的旋 转相位 １
基于转子磁场定向异步电机矢量控制电机及其系统分析与仿真讲解
基于转子磁场定向异步电机矢量控制在 20 世纪 60 年月从前，全球电气传动系统中高性能调速传动都采纳直流电动机，而绝大多数不变速传动则使用交流电机。
使得交流电机的应用遇到很大限制。
1971 年德国学者 Blaschke F 提出了交流电动机的磁场定向控制原理，应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁重量与转矩重量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的，为异步电机的调速确定了基础。
磁耦合是机电能量变换的必需条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积获得感觉电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均这样。
交、直流电动机结构和工作原理的不一样，使得表达式差异很大。
1 三相异步电机非线性数学模型在研究异步电机数学模型时，作以下的假设(1)忽视空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽视磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽视死心消耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。
异步电动机三相绕组可以是Y 连接，也可以是连接。
若三相绕组为连接，可先用—Y变换，等效为Y 连接。
而后，按Y 连接进行解析和设计。
三相异步电机的物理模型以以下图1 所示，定子三相绕组轴线 A 、 B、C 在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c 随转子以角转速w 旋转。
图 1 三相异步电动机的物理模型异步电动机的动向模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程构成。
此中磁链方程和转矩方程为代数方程，电压方程和运动方程为微分方程。
1.1 磁链方程异步电动机每个绕组的磁链是它自己的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和 ,所以，六个绕组的磁链可用下式表示：A L AA L AB L AC L Aa L Ab L Ac i A B L BA L BB L BC L Ba L Bb L Bc i BCL CAL CB L CC L CaL Cb LCc i C (1)LaALaBLaCLaaLabLaci a a bL bALbBL bCL baL bbL bci b cLcALcB LcC Lca Lcb Lcci c式中 i A ,i B ,i C ,i a ,i b , i c 是定子和转子相电流的刹时价；A ,B ,C , a,b ,c 是各相绕组的全磁链。
按照转子磁链定向的矢量控制系统仿真
按照转子磁链定向旳矢量控制系统仿真1.矢量控制技术概述异步电机旳动态数学模型是一种高阶、非线性、强耦合旳多变量系统，其控制十分复杂。
矢量控制实现旳基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对机旳励磁电流和转矩电流进行控制，从而到达控制异步电动机转矩旳目旳。
将异步电动机旳异步电动定子电流矢量分解为产生磁场旳电流分量(励磁电流) 和产生转矩旳电流分量(转矩电流) 分别加以控制，并同步控制两分量间旳幅值和相位，即控制定子电流矢量，因此称这种控制方式称为矢量控制方式。
ω图1 带转矩内环节磁链闭环旳矢量控制系统构造图2.几种关键问题：●转子磁链函数发生器根据电机旳调速范围和给定旳转速信号，在恒转矩范围内恒磁通调速、转子磁通保持额定磁通；在恒功率范围内弱磁调速，转子磁通随转速指令旳增大而减小。
转子磁链函数发生器用来产生磁链大小信号。
这里采用下面旳曲线。
转子磁链旳幅值一般为1。
●转子磁链旳观测与定向转子磁链旳观测模型重要有二种：（1） 在两相静止坐标系上旳转子磁链模型电机旳定子电压和电流由传感器测得后，通过3S/2S 变换，再根据异步电机在两项静止坐标系下旳数学模型，计算转子磁链旳大小。
()r αm s αr r βr 11L i T T p ψωψ=-+ ()r βm s βr r αr 11L i T T p ψωψ=++ （2） 按磁场定向两相旋转坐标系上旳转子磁链模型三相定子电流 iA 、 iB 、iC 经3/2变换变成两相静止坐标系电流 is α 、 is β ，再经同步旋转变换并按转子磁链定向，得到M ，T 坐标系上旳电流 ism 、ist ，运用矢量控制方程式m st1s r rL i T ωωωψ-==mr smr 1L i T p ψ=+可以获得 ψr 和 ωs 信号，由ωs 与实测转速 ω 相加得到定子频率信号ω1，再经积分即为转子磁链旳相位角ϕ ，它也就是同步旋转变换旳旋转相位角。
基于某转子磁场定向异步电机矢量控制-电机及其系统分析报告与仿真
基于转子磁场定向异步电机矢量控制在20世纪60年代以前，全世界电气传动系统中高性能调速传动都采用直流电动机，而绝大多数不变速传动则使用交流电机。
使得交流电机的应用受到很大限制。
1971年德国学者Blaschke F提出了交流电动机的磁场定向控制原理，应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，再经过按磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的，为异步电机的调速奠定了基础。
磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同，使得表达式差异很大。
1 三相异步电机非线性数学模型在研究异步电机数学模型时，作如下的假设(1)忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽略铁心损耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。
异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。
若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y 连接。
然后，按Y连接进行分析和设计。
三相异步电机的物理模型如下图1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c随转子以角转速w旋转。
图1 三相异步电动机的物理模型异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
其中磁链方程和转矩方程为代数方程，电压方程和运动方程为微分方程。
1.1 磁链方程异步电动机每个绕组的磁链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，六个绕组的磁链可用下式表示：A AA AB AC Aa Ab Ac A B BA BBBC Ba Bb Bc B C CA CB CC Ca Cb Cc C a aA aB aC aa ab ac a b bA bB bC ba bb bc b c cAcBcCcacbcc c L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i ψψψψψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦(1) 式中,,,,,A B C a b c i i i i i i 是定子和转子相电流的瞬时值；,,,,,A B C a b c ψψψψψψ是各相绕组的全磁链。
按转子磁链定向的矢量控制系统仿真研究
图 1 带转矩内环磁链闭环的矢量控制结构图 转子磁链反馈信号包含了转子磁链的大小
和位置，转子磁链的观测模型主要有二种[3]： （1）在两相静止坐标系的模型。定子电压和
电流由传感器测得后，经过 3s/2s 变换，根据异
图 3 调节器的内部结构 Transformation dq0_to_abc 模 块 将 上 一 级
按Ã转ÁÅÂÄ子磁链定向ÂÁ的Ã矢量Á控制系统仿真研究 科 技 论 坛
郭 瑞 王庆贤 （兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃 兰州 730070）
摘 要：详细分析矢量控制系统对异步电机电磁转矩实时控制的原理，构建带转矩内环磁链闭环按照转子磁链定向矢量控制结构，对系统的各 部分进行了详细的阐述。利用仿真工具建立了仿真模型，结果表明该方法实现电磁转矩控制，达到良好的调速性能。
图 10 调速过程中的电流波形
20%，减速过程的快速性良好。在 3s 时刻加速 过程平滑，基本无冲击。
10%，转速也能良好的跟随给定值。整个调速过
5 结论
程中的电磁转矩指令值如图 6、图 7 为其响应，
矢量控制是一种优良的控制策略，带转矩
可以看出，系统对电磁转矩的控制是有效的。 内环磁链闭环矢量结构，得益于直接对转矩和
2.3.2 采集节点对总线命令的响应 控制管理计算机作为数据采集系统的主节 点，可向各节点发送总线命令。总线命令包括总 线检测或总线切换等。采集节点作为从节点，两 路总线的 eCAN 模块均设置有特定 ID 的邮箱 接受总线命令，这些邮箱始终使能，在收到数据 后可立即产生邮箱中断。不论命令从哪条总线 上传来，采集节点均能够进行响应。 若为总线切换命令，则调用相应函数，复位 当前总线，切换到另一总线。另外，为了便于恢 复通信，主节点在正常通信时，需将当前的邮箱 通信状况记录下来，包括正在发送和待发送的 信息。读该表即可获取系统原来进行的任务，实 现原来通信任务的可靠切换。其他从节点则只 需在复位后等待主节点重新请求数据即可。 总线检测则是主节点随机的向总线上的从 节点发送远程帧，从节点收到后，将自己的节点
20 按转子磁链定向的矢量控制2
用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实
现了转矩与转子磁链的动态解耦。
18
转矩闭环控制
图6-28 带除法环节的矢量控制系统原理框图
19
带转矩内环的矢量控制仿真
带转矩内环的矢量控制结构
20
Simulink实现
21
转矩控制器
22
磁链观察-电流模型
23
坐标变换
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电流跟随
25
定子电流
(6-44)
Hale Waihona Puke 9计算转子磁链的电压模型
图6-31 计算转子磁链的电压模型
10
计算转子磁链的电压模型
电压模型包含纯积分项，积分的初始值和
累积误差都影响计算结果，在低速时，定子 电阻压降变化的影响也较大。
电压模型更适合于中、高速范围，而电流
模型能适应低速。有时为了提高准确度，把 两种模型结合起来。
3. 省略电流调节器，电流与电压的关系通 过下式计算 usm =Rsism 1 Lsist dist ust 1Lsism Rsist Ls dt
34
简化后的系统原理图
35
仿真模型
36
定、转子电流
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转速、转矩
基于定子电流模型的MRAS系统仿真研究
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｌｃｒ ａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ ｎ ｆｒ ｔ ｎ Ｓ ｕｈ ｅｔ ｅ ｏｅ ｍ Ｕｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｄ ， １ ５ ０ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｅｅｔ ｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｄＩ ｏｍａｉ ， ｏ ｔｗ ｓ Ｐ ｔ ｌ ｉｅｓｙ Ｃ ｅ ｇ ｕ ６ ０ ０ ） ｉ ｎ ａ ｎ ｏ ｒ ｕ ｔ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｒ ＡＳ Ｓｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｔ ｔ ｒＣｕｒ ｅ ｔＭ ｏ ｌ ｉ ｌ ｔｏ ｓ ａ ｃ ｆＭ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ａ ｏ ｒ ｎ ｄｅ
Ｙ ｎ Ｋａ Ｊ ａ ｇ Ｌｉ Ｌｉ ｏ ｇｂ Ｙ ｎ Ｊ ｅ ｉｇ ｉ ｉｎ ｎ ｎ ｏ Ｈ ａ ｇ ｉ
Ａ ｓ ｉ一ｉ输入到转速 自适应 Ｐ ｉ＝ ｓ ｓ Ｉ调节器 来得到转速 观测值 ，但 由于 电流误差 △ 为一矢量 ，静止坐标
感应 电机 。矢量控制 的关键 问题是转子磁场 的准确定
向，只有准确得到磁链 的幅值和空 间位置 ，才能准确 的得到定子 电流的励磁分量和 转矩分量 ，从而实现定
ｄ ｉ： １ ｌ “ ＡＩ Ｂ ＩＩ ＋ ｓ ｓ
ｆ Ｉ ｌ 模 型，构成模型参考 白适应系统来辨识转 速和转子磁链 ，不涉及 电压模型 中的纯积分环节和 电
式中，Ｕ、ｉ ｓ 分别为定子电压 、电流矢量， 为转子磁
势计算， 从而可 以改善传统的 ＭＲ ＡＳ矢量控制系统存
（Ｍ ）［ ］来 估 计转 子磁 链 。 Ｉ ４ － ５
矢 量控制的基本原理就是通过坐标变换和磁场 定 向， 定子电流分解 为励磁分量 ｉ 和转矩分量 ｉ，转 将 。 。 子磁链仅 由定子励磁 电流产生 ， 电磁转矩 正 比于 而 转子磁链和 定子电流转矩分量 的乘积 ，从而实现 了磁通和转矩 的解耦控制 ，还 降低 了电机数学模型的 阶次 ，然后按照直流电机 的转矩和转速控制规律控制
三相异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统仿真
摘要本文对三相异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统进行了计算机仿真研究，运用Matlab/Simulink和SimPowerSystem工具箱及面向系统电气原理结构图的仿真方法，实现了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的建模与仿真；重点介绍了调速系统的建模和调节器参数的设置，给出了矢量交流调速系统的仿真模型和仿真结果非常接近实际情况，说明了仿真模型的正确性。
关键词：异步电动机；交流调速；矢量控制目录摘要 (I)1概述 (1)2总系统设计 (2)3子系统设计 (6)3.1 转速控制器 (6)3.2 定向控制器 (6)4三相异步电动机磁场定向矢量控制系统仿真 (8)4.1参数给定 (8)4.2系统仿真 (10)总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)1概述交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。
对其仿真研究不能像控制系统那样可用各环节简化传递函数来表示，这样会有很多重要环节被忽略，完全体现不了交流调速系统的整体结构和各个环节点上的信号状态。
对电气传动系统的建模仿真力求达到与实际系统相一致，Matlab提供的Simulink中的电力系统工具箱（SimPowerSystems）能很好地满足这一要求。
以往对电气传动系统的仿真研究主要集中在电机的建模和仿真，最近，许多对复杂电力传动系统的建模仿真方法已提出，主要有运用仿真工具箱对电力传动系统建模仿真和将电力传动系统的功能单元模块化的仿真建模。
由于三相异步电动机是一个多变量、强耦合非线性系统，存在着高性能上难以控制的问题。
矢量控制技术有按转子磁链定向和按定子磁链定向的控制等策略。
按转子磁链定向矢量控制给出了交流电动机的基本解耦控制方法。
在设计调速系统过程中，利用Matlab按转子磁链定向矢量控制的交流调速系统仿真，正确的应用坐标变换模块是建立转子磁链模型的基础。
三相异步电机按转子磁链定向的矢量控制系统实验研究
突加 、 突卸３ Ｎ・ ｍ负载 ， 实验 波形 如图２ 所示 ， 从上 到下依次 为
１ 通 道 观测 磁 链 反 馈 、 ３ 通道 观 测 转矩 指 令 、 ４ 通 道 观 测 转 矩
反 馈、 ２ 通道观 测转速 反馈 。对 于磁链 ， ｌ 格（ １ ｖ） 代表０ ． ５ Ｗｂ ： 对 于转 矩 ， １ 格（ １ ｖ） 代表６ ． ６ ６ Ｎ・ ｍ； 对 于转 速 ， ｌ 格 （ １ Ｖ） 代
关 键词 ： 矢量控制； 三 相 异步 电机 ； ＤＳ Ｐ
０ 引 言
电机 是 电能消 耗 的最 大户 ， 其中 工业 电机用 电量 占据 工 业用 电的比例 很高 。 三相 交流笼型异步 电机 因其成本低 、 可靠 性高、 维护 简 单 等优 点 ， 成 为 在工 业控 制 领域 运用 最 多 的 电
Ｌ 忆
（ １ ）
同步 旋 转 坐 标 系 幽 上 的 电 压 方 程 ：
ｒ ｝ ｑ ， ￣ － ２ｌ ０ 县 ｑ
Ｍ， 。 。 Ｄ Ｊ ９ ｄ
…
ｕ ， ｄ ＝ Ｒ， ｉ ， ＃ｐ ｄ ／ ， ￣ －（ ｔ ｏ Ｉ 一 ） ｍ ｕ 尺 （ ２￣ ０ － ２） ０ ｔ ｄ
…
电磁 转 矩 方 程 ：
ｎ （ ｉ ， ｑ ｉ Ｔ ｄ — ｉ ｇ ） （ ３ ）
图２ 突加 、 突卸负载 时系统性能
从 图中可 以看 出， 无论 是突加还 是突 卸负载转矩 ， 电机在
经 过短 时间调 整后 总能将 速度 保持为 原来 的状 态， 速 度 波 动 不 大， 系统具有较 强的抗负载冲击能 力。 （ 下 转 第４ ７ 页）
按转子磁链定向矢量的智能控制_沈翠凤-北京科技大学报
零分为正零 (P0) 和负零 (N0), 其余六个与上面相 同. 隶属函数采用预先设定方法得到, 而对于规则 dTe 库的确定, 规则选用 “if ∆Te and − then u” 的方 dt 法获得.
2.2
转速调节器和磁链调节器参数设置的原则 转速调节器和磁链调节器采用智能控制方法,
图2
Fig.2 control system
交流感应电动机以其结构简单、 维修便捷等优 点得到了广泛应用. 由于交流电动机是一个多变 量、强耦合和非线性系统, 在控制上比直流电机复 杂. 一些学者按转子磁链定向的矢量控制技术给出 了交流电动机控制的新方法, 但许多文献在按转子 磁链定向控制调速系统中只给了常规 PI 调节器, 并 没有充分利用微机控制的特点和优良性 [1−5] . 本文 是在按转子磁链定向矢量控制的基础上, 根据不同 的控制规律, 采用智能控制和模糊控制相结合的方 法, 对按转子磁链定向的矢量控制进行了研究, 充分 利用智能控制和模糊控制的特点来进行调节器的设 计. 仿真和实验结果表明, 该控制方案有较高的动、 静态性能.
结构如图 2 所示, 现以转子磁链调节器为例说明调 节过程. ∆Ψ 为转子磁链偏差, ∆Ψ dt 为磁链偏差 dΨ 的积分, − 为实际磁链变化率的负值, 按照专家 dt dΨ 系统的方法, 根据 ∆Ψ 、 ∆Ψ dt 和 − 确定调整 dt 规则和调整强度, 使智能型 PI 调节器参数随着偏 差的变化而有选择性的变化. 当偏差比较大时, 停 止积分, 增大比例系数, 使得系统以最大能力消除 偏差； 当偏差较小时, 投入积分, 调整比例系数和积 分系数, 使系统以最佳过程达到稳态. 其调整规则 确定如下：
(4)
以抑制磁链的影响, 它的实际作用是改造了被控对 象, 提高了系统快速响应性. 故设计采用模糊控制, 首选确定数据库的设计, 转矩调节器的输入变量为 dTe ∆Te 和磁链变化率 − , 它们的标准论域均为 [−6, dt +6]. 转换系数 ke 由允许偏差决定, 因此取 ke = 0.1, dTe kc 由允许的 − 决定, 这里取 92, ku 决定了被控 dt 过程静态放大倍数, 初步确定 ke = ku . 模糊变量的确定, 由于标准论域值 n=6, 所以
基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制研究
基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制研究转子磁链定向技术是一种在无速度传感器矢量控制系统中广泛应用的方法。
该技术通过测量电机的转子磁链，实现对电机速度和位置的准确控制。
在传统的矢量控制系统中，通常需要使用速度传感器来获取电机的实时速度信息。
然而，速度传感器不仅增加了系统的成本，而且容易受到外部环境的干扰。
因此，研究人员开始寻找一种无需速度传感器的控制方法，以提高系统的可靠性和稳定性。
基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制技术正是基于这一需求而发展起来的。
该技术通过测量电机的转子磁链来推导出电机的速度和位置信息。
具体而言，通过测量电机绕组的电流和电压信号，可以计算出电机的磁链。
然后，结合电机的电气参数和控制算法，可以推导出电机的速度和位置。
与传统的速度传感器相比，基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制技术具有以下优点。
首先，无需额外的传感器装置，降低了系统的成本。
其次，由于不依赖传感器，系统对外界环境的干扰更小，提高了系统的稳定性。
此外，该技术还可以提供更高的控制精度，使电机的速度和位置控制更加准确和稳定。
然而，基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制技术也存在一些挑战和限制。
首先，由于测量的是转子磁链，需要对电机的参数进行精确测量和建模。
其次，转子磁链定向技术对电机的运行状态和负载的变化比较敏感，需要进行实时的参数补偿和控制策略调整。
此外，该技术在低速和起动时的性能表现较差，需要进一步优化。
综上所述，基于转子磁链定向的无速度传感器矢量控制技术是一种具有潜力的控制方法。
通过测量电机的转子磁链，可以实现对电机速度和位置的准确控制。
然而，该技术还需要进一步的研究和改进，以克服其存在的挑战和限制，提高系统的性能和可靠性。