磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统
异步电机矢量控制可以转子磁链定向
在M-T坐标系上，磁链方程为
Ψms=Lsims+Lmimr Ψts=Lsits+Lmitr Ψmr=Lmims+Lrimr=Ψr Ψtr=Lmits+Lritr=0
（3） （4）
对于笼型转子异步电动机，其转子短路，端
对于矢量控制来说,i*ds类似于直流电动机的励磁 电流If，i*qs类似于直流电动机的电枢电流Ia。相 应地,我们希望类似地写出异步电动机的转矩表
达式为
Te CT r iqs
(1)
Te CT' idsiqs
(2)
式中 Ψr:正弦分布转子磁链空间矢量的峰值。
Ia
解耦
If
Ψa
Ia
Te CT f a CT' I f Ia If
正比关系,如果Ψr保持不变的话。
2.2 转子磁链模型
为了实现转子磁链定向矢量控制，关键是获
得实际转子磁链Ψr的幅值和相位角，坐标变换 需要磁链相位角（φ），转矩计算、转差计算等
需要磁链的幅值。但是转子磁链是电机内部的物 理量，直接测量在技术上困难很多。
在磁链计算模型中，根据所用实测信号的不 同，可以分为电压模型和电流模型两种。
2) 计算转子磁链的电流模型 根据磁链与电流的关系，由电流推算磁链，
称其为电流模型。
电流模型需要实测的电流与转速信号，优 点是：无论转速高低都能适用；但缺点是 都受电动机参数变化的影响。除了转子电 阻受温度和频率的影响有较大的变化外，
磁路的饱和程度也将影响电感Lm、Lr和Ls，
这些影响最终将导致计算出的转子磁链的 幅值和相位角偏离正确值，使磁场定向不 准，使磁链闭环控制性能降低。
感应电动机转差型矢量控制系统的设计
感应电动机转差型矢量控制系统的设计1 引言感应电动机具有结构简单、坚固耐用、转速高、容量大、运行可靠等优点。
但是，由于感应电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，磁通和转矩耦合在一起，不能像直流电动机那样，磁通和转矩可以分别控制。
所以，一直到20世纪80年代都没有获得高性能的感应电动机调速系统。
近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等相关技术的发展，使得感应电动机在可调传动中获得了越来越广泛的应用。
矢量控制策略的提出，更是实现了磁通和转矩的解耦控制，其控制效果可媲美直流电动机。
本文在分析感应电动机矢量控制原理的基础上，基于matlab/simulink建立了感应电动机转差型矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了该模型的合理性。
并在此基础上进行系统的软、硬件设计，通过实验验证控制策略的正确性。
2 矢量控制的基本原理长期以来，直流电动机具有很好的运行特性和控制特性，通过调节励磁电流和电枢电流可以很容易的实现对转矩的控制。
因为它的转矩在主磁极励磁磁通保持恒定的情况下与电枢电流成线性关系，所以通过电枢电流环作用就可以快速而准确地实现转矩控制，不仅使系统具有良好稳态性能，又具有良好的动态性能。
但是，由于换向器和电刷的原因，直流电动机有它固有的缺点，如制造复杂，成本高，需要定期维修，运行速度受到限制，难以在有防腐防暴特殊要求的场合下应用等等。
矢量控制的设计思想是模拟直流电动机的控制特点进行交流电动机控制。
基于交流电动机动态模型，通过矢量坐标变换和转子磁链定向，得到等效直流电动机的数学模型，使交流电动机的动态模型简化，并实现磁链和转矩的解耦。
然后按照直流电动机模型设计控制系统，可以实现优良的静、动态性能。
转子磁链ψr仅由定子电流励磁电流ism产生，与定子电流转矩分量ist无关，而电磁转矩te正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，这充分说明了感应电动机矢量控制系统按转子磁链定向可以实现磁通和转矩的完全解耦。
【精品】第七章异步电动机动态数学模型的调速系统
第七章异步电动机动态模型调速系统内容提要:异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。
矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后按照直流电动机模型设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。
两种交流电动机调速系统都能实现优良的静、动态性能，各有所长，也各有不足之处。
本章第8.1节首先导出异步电动机三相动态数学模型，并讨论其非线性、强耦合、多变量性质，然后利用坐标变换加以简化，得到两相旋转坐标系和两相静止坐标系上的数学模型。
第8.2节讨论按转子磁链定向的基本原理，定子电流励磁分量和转矩分量的解耦作用，讨论矢量控制系统的多种实现方案。
第8.3节介绍无速度传感器矢量控制系统及基于磁通观测的矢量控制系统。
第8.4节讨论定子电压矢量对转矩和定子磁链的控制作用，介绍基于定子磁链控制的直接转矩控制系统。
第8.5节对上述两类高性能的异步电动机调速系统进行比较，分析了各自的优、缺点。
第8.6节介绍直接转矩控制系统的应用实例。
8.1交流异步电动机动态数学模型和坐标变换基于稳态数学模型的异步电动机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速，但对于轧钢机、数控机床、机器人、载客电梯等动态性能高的对象，就不能完全适用了。
要实现高动态性能的调速系统和伺服系统，必须依据异步电动机的动态数学模型来设计系统。
8.1.1三相异步电动机数学模型在研究异步电动机数学模型时，常作如下的假设：（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所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。
矢量控制学习心得体会
矢量控制学习心得体会这学期跟着严老师学习了运动控制这门课程，加深了对电机拖动在实例中的运用，而矢量控制实现的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异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。
异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，虽然通过坐标变换可以使之降阶并简化，但并没有改变其非线性、多变量的本质。
因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，必须面向这样一个动态模型。
按转子磁链定向的矢量控制系统便是其中一种。
异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。
由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统，简称VC系统。
在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则图6-53中虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。
可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。
矢量变换包括三相/两相变换和同步旋转变换。
在进行两相同步旋转坐标变换时，只规定了d，q两轴的相互垂直关系和与定子频率同步的旋转速度，并未规定两轴与电机旋转磁场的相对位置，对此是有选择余地的。
按照图6-53的矢量控制系统原理结构图模仿直流调速系统进行控制时，可设置磁链调节器AψR 和转速调节器ASR分别控制ψr和ω，如图6-55所示。
电力拖动自动控制系统考纲及试题
电力拖动自动控制系统考纲及试题直流调速系统一判断题5串级调速系统的容量随着调速范围的增大而下降。
（Ⅹ）6交流调压调速系统属于转差功率回馈型交流调速系统。
（Ⅹ）7普通串级调速系统是一类高功率因数低效率的仅具有限调速范围的转子变频调速系统。
（√）9交流调压调速系统属于转差功率不变型交流调速系统。
（Ⅹ）13转差频率矢量控制系统没有转子磁链闭环。
（Ⅹ）计算转子磁链的电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。
9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（Ⅹ）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（Ⅹ）16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
二选择题2绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（B）A0S1，输出功率低于输入功率BS0，输出功率高于输入功率C0S1，输出功率高于输入功率DS0，输出功率低于输入功率4绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（C）Ａnn1，输出功率低于输入功率Bnn1，输出功率高于输入功率Cnn1，输出功率高于输入功率Dnn1，输出功率低于输入功率5与矢量控制相比，直接转矩控制（D）A调速范围宽B控制性能受转子参数影响大C计算复杂D控制结构简单7异步电动机VVVF调速系统中低频电压补偿的目的是A补偿定子电阻压降B补偿定子电阻和漏抗压降C补偿转子电阻压降D补偿转子电阻和漏抗压降8异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是（D）A恒压频比控制B恒定子磁通控制C恒气隙磁通控制D恒转子磁通控制9电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时，A开关频率高，B电流波形失真小C电流谐波分量高D电流跟踪精度高4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（）。
(完整word版)《交流调速系统》课后习题答案
《交流调速系统》课后习题答案第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。
答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。
从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。
1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。
5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。
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
24
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
37
转速、转矩
磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统
它继承了基于稳态模型转差频率控制系 统的优点，同时用基于动态模型的矢量控 制规律克服了它的大部分不足之处。下图 绘出了转差型矢量控制系统的原理图，其 中主电路采用了交-直-交电流源型变频器， 适用于数千kW的大容量装置，在中、小容 量装置中多采用带电流控制的电压源型 PWM变压变频器。
• 转差型矢量控制的交－直－交电流源变频调速系统
（2）定子电流励磁分量给定信号 i*sm 和转子磁
（3） i*sm和i*st 经直角坐标/极坐标变换器 K/P合成后，产生定子电流幅值给定信号 i*s 和相角给定信号 *s 。前者经电流调节器 ACR控制定子电流的大小，后者则控制逆 变器换相的时刻，从而决定定子电流的相位。 定子电流相位能否得到及时的控制对于动态 转矩的发生极为重要。极端来看，如果电流 幅值很大，但相位落后90°，所产生的转矩 仍只能是零。
（4）转差频率给定信号 *s 按矢量控制方程 Lmist 式 1 s 算出，实现转差频率控制 Tr r 功能。 由以上特点可以看出，磁链开环转差型矢 量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信 号确定，靠矢量控制方程保证，并没有实际 计算转子磁链及其相位，所以属于间接矢量 控制。
TA 矢量控制器 i*st Tr p+1 Lm i*sm i*s + K/P is ACR
s
* +
Lr * Te np Lm
ASR
UR
*r
*
Ld
CSI
Lm Tr
*s
1
+ +
1 + p + &#链开环转差型矢量控制系统原理图
• 系统的主要特点 （1）转速调节器ASR的输出正比于转矩给 定信号，实际上是 Lr * Te np Lm
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（2）定子电流励磁分量给定信号 i*sm 和转子磁
（3） i*sm和i*st 经直角坐标/极坐标变换器 K/P合成后，产生定子电流幅值给定信号 i*s 和相角给定信号 *s 。前者经电流调节器 ACR控制定子电流的大小，后者则控制逆 变器换相的时刻，从而决定定子电流的相位。 定子电流相位能否得到及时的控制对于动态 转矩的发生极为重要。极端来看，如果电流 幅值很大，但相位落后90°，所产生的转矩 仍只能是零。
TA 矢量控制器 i*st Tr p+1 Lm i*sm i*s + K/P is ACR
s
* +
Lr * Te np Lm
ASR
UR
பைடு நூலகம்
*r
*
Ld
CSI
Lm Tr
*s
1
+ +
1 + p + +s
FBS
M 3~
磁链开环转差型矢量控制系统原理图
• 系统的主要特点 （1）转速调节器ASR的输出正比于转矩给 定信号，实际上是 Lr * Te np Lm
它继承了基于稳态模型转差频率控制系 统的优点，同时用基于动态模型的矢量控 制规律克服了它的大部分不足之处。下图 绘出了转差型矢量控制系统的原理图，其 中主电路采用了交-直-交电流源型变频器， 适用于数千kW的大容量装置，在中、小容 量装置中多采用带电流控制的电压源型 PWM变压变频器。
• 转差型矢量控制的交－直－交电流源变频调速系统
（4）转差频率给定信号 *s 按矢量控制方程 Lmist 式 1 s 算出，实现转差频率控制 Tr r 功能。 由以上特点可以看出，磁链开环转差型矢 量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信 号确定，靠矢量控制方程保证，并没有实际 计算转子磁链及其相位，所以属于间接矢量 控制。
由矢量控制方程式可求出定子电流转矩分量 给定信号 i*st 和转差频率给定信号*s，其关 系为
Lr i Te* np Lm r
* st
Lm * ist Tr r
* s
二式中都应除以转子磁链 r ，因此两个 通道中各设置一个除法环节。
链给定信号*r 之间的关系是靠式 ism Tr p 1 r Lm 建立的，其中的比例微分环节 Tr p + 1 使 ism 在动态中获得强迫励磁效应，从而克服实际 磁通的滞后。
磁链开环转差型矢量控制系统—— 间接矢量控制系统
在磁链闭环控制的矢量控制系统中， 转子磁链反馈信号是由磁链模型获得的， 其幅值和相位都受到电机参数 Tr 和 Lm 变 化的影响，造成控制的不准确性。 有鉴于此，很多人认为，与其采用磁链 闭环控制而反馈不准，不如采用磁链开环 控制，系统反而会简单一些。在这种情况 下，常利用矢量控制方程中的转差公式， 构成转差型的矢量控制系统，又称间接矢 量控制系统。