基于矢量控制的异步电机改进模型预测控制_刘威
浅析交流伺服电机的矢量控制
浅析交流伺服电机的矢量控制 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）关于交流电机的矢量控制技术，有很多论文与各种文章介绍。但多用难解的公式与坐标来记述，如果没有扎实的数学和控制等理论基础的话，相信大家有同感比较难理解。日笃君尽量用简单易懂的图解与计算来聊聊电机的构造，静止坐标与旋转坐标的变化，矢量控制，伺服控制等电机驱动技术。 在聊控制之前，为了更好理解控制，我们先来看看电机的构造。实时应用的电机构造很复杂，但可以简单的理解成：电机由装在里面的转子与装在外面的定子构成（也有相反的电机），转子里面一般放入永久磁石，定子里面一般缠绕铜线。然后在中间插入中轴来带动驱动物体。 电机技术经过百年的发展，形成了如上的各种分类。电机上使用的磁石属于稀有金属，产量主要分布在中国，近年由于稀土材料的价格高腾，工业界正在积极研究如何减少稀土的使用量，保持性能的同时降低产品成本，是企业也更是工程师永远的课题。如今实际应用中，同步电机得到广泛的采用。 同步电机又以磁石所装入的部位，主要分类为SPM（表面磁石）和IPM（内部磁石）： SPM电机由于控制简单，早起被工业界所采用，但是这种电机由于磁石装在转子的表面，所以可以利用的动力主要来源于自身的表面磁石。 IPM电机由于可以利用磁石与磁石周围励磁的动力，产生高密度的能量，而且可以通过构造的工夫减少稀土的使用量，所以今年得到更广泛的应用。 下面进入正题，聊聊交流电机的控制问题。
异步电机矢量控制仿真
2.5异步电机基于磁场定向的矢量控制系统仿真 学号：S16085207020 姓名：李端凯 图1 矢量控制仿真模型整体结构图 图2 id*求解模块 图3 iq*求解模块
图4 DQ到ABC坐标转换模块 图5 求解转子磁链角模块 图6-1 ABC到DQ坐标转换模块 在这一部分转换中包含两种变换——3/2变换和旋转变换。在交流电动机中三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换则建立了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组电压、电流和磁动势之间的关系。图1绘出了ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量，按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在α、β轴上的投影都应相等，于是得：
()233332333cos60cos6011 ()22 sin 60sin 602a b c a b c b c b c N i N i N i N i N i i i N i N i N i N i i αβ=--=--=-=+ 写成矩阵形式： 图6-2 ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量 111220a b c i i i i i αβ???-- ?????=??????????? 再就是旋转变换，两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换(简称2s/2r 变换)，两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度,则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,称为两相旋转－两相静止变换，简称2s/2r 变换。其变换关系为: cos sin sin cos d q i i i i αβφφφφ-??????=???????????? 由此整理得到： 111cos sin 22sin cos 0a d b q c i i i i i φφφφ????-- ????????=?????-?????????? 同理可得：DQ 到ABC 坐标转换则是其逆变换。 图7 求解磁链模块
转差频率控制的异步电动机
转差频率控制的异步电 动机 Revised as of 23 November 2020
转差频率控制的异步电动机 矢量控制系统仿真实训报告 二级学院 专业电气工程及其自动化 班级 指导教师 2014年6月 摘要 矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到了显着的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多地采用了矢量控制型的变频调速装置。实践证明，采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。 本文基于MATLAB?对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方
法、基本组成与工作原理。之后对异步电机的动态模型做了分析，进一步介绍了异步电机的坐标变换，对异步电机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述，通过仿真工作，证明了其可行性。最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：单纯的转差频率控制带载能力差，应用转差频率矢量控制可增强电机对转矩的调节能力且无需电压补偿。 关键词：异步电动机矢量控制转差角频率 MATLAB 目录
一、转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统 1.矢量控制概述 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。 矢量控制（VC）方式：矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
异步电机矢量控制
目录 1引言 (1) 1.1 交流电机调速系统发展的现状 (1) 1.2 矢量控制的现状 (1) 1.3 课题的研究背景及意义 (2) 1.4 本课题的主要内容 (2) 2 矢量控制的基本原理 (4) 2.1 坐标变换的基本思路 (4) 2.2 矢量控制坐标变换 (5) 2.3 矢量控制系统结构 (8) 3 转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制 (10) 4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 (13) 4.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 (13) 4.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 (13) 5 控制系统的设计与仿真 (15) 5.1 矢量控制系统的设计 (15) 5.2 异步电动机的重要子模块模型 (16) 5.3 系统仿真结果和分析 (18) 6 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。
1引言 1.1 交流电机调速系统发展的现状 在当今用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、防、科技及社会生活的方方面面[1] [2] [3] [4]。电动机负荷约占总发电量的60％～70％，成为电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交电动机两大类，交流电动机分为同步电动机和异步电动机两种。电动机作为把能转换为机械能的主要设备，在实际的应用中，一是要使电动机具有较高的机能量转换效率：二是要根据生产机械的工艺要求控制并调节电动机的转速。电动的调速性能直接影响着产品质量、劳动生产效率和节电性能。 但是直到20世纪70年代，凡是要求调速范围广、速度控制精度高和动态响性能好的场合，几乎全都采用直流电动机调速系统。其原因主要是：(1)不论异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速是最为方便的，而且以获得优异的调速特性。但大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解；(2)异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路—定子绕阻，致其速度控制比较困难，不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流可方便地控制电动机的转速。但交流电机，特别是笼式异步电动机，拥有结构单、坚固耐用、价格便宜且不需要经常维修等优点，正是这些突出的优点使得气工程师们没有放弃对电力牵引交流传动技术的探索和发展。进入20世纪70代，由于电力电子器件制造技术和微电子技术的突破和发展，先进的控制理论矢量控制、直接转矩控制等具有高动态控制性能的新技术开始被采用，使得交传动进入一个崭新的阶段。 交流电动机的诞生已有一百多年的历史，时至今日已经研制出了形式、用途容量等各种不同的品种。交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类。同电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系：异步电动机则不保这种关系。其中交流异步电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通交流电动机加以利用的。据统计，交流电动机用电量约占电机总用电量的85％。 1.2 矢量控制的现状 自20世纪70年代，德国西门子公司的EBlasehke提出了“磁场定向控制的理论”和美国的PC．Custmna与A．AQark申请了专利“感应电机定子电压的坐标交换控
异步电动机矢量控制系统的仿真
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
交流异步电动机调速系统控制策略
交流异步电动机调速系统控制策略 发表时间：2018-10-01T12:18:49.203Z 来源：《基层建设》2018年第27期作者：刘英敏 [导读] 摘要：为了提高异步电动机调速系统的精确性，本文主要分析了三种较为成熟的控制策略，同时分析了现代控制理论在交流异步电动机调速系统的应用控制策略的未来发展方向，期望能够推动系统控制策略的不断完善发展。 齐鲁石化运维中心炼油电气山东淄博 255434 摘要：为了提高异步电动机调速系统的精确性，本文主要分析了三种较为成熟的控制策略，同时分析了现代控制理论在交流异步电动机调速系统的应用控制策略的未来发展方向，期望能够推动系统控制策略的不断完善发展。 关键词：交流异步电动机；调速系统；策略；方向 交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置，其主要成分包括定子、转子和气隙。定子绕阻在接通三相交流电之后能够产生磁场，而且还切割了转子，进而获得转矩。交流异步电动机具有结构简单、运行稳定、价格实惠、安装和维护方便等优点，使其得到了广泛的应用。 交流异步电动机常见的调速方法有降压调速、转子串电阻调速和变极对数调速等，其中的变压变频调速的调速范围宽、灵活性较强，应用较为广泛。变压变频调速时的转差功率能够保持稳定，在配以一定的技术后能够保持高性能，能够与直流调速系统想媲美。本文以现代控制理论为基础分析了对异步电动机的变压变频调控策略的分析。 一、基于静态模型的控制策略 对异步电动机的调速的本质在于对电磁转矩的控制。传统的异步电动机交流调速系统以T型稳态等电路建立了数学模型，但对电磁转矩的控制率低。但其也有结构简单、工作场合要求低等特点，在风机和水泵中得到了广泛的应用。 1.对转速开环、恒压频比的控制 对转速开环和恒压频比控制的核心在于对电压和频率的控制，确保电压频率比保持稳定不变的情况下，以改变异步电动机的同步转速进行调速。在这一过程中，当电磁转矩不变时，转差频率不变，负载时的转速不变，通过改变电子电压频率来稳步改变转速。由于转速开环、恒压频比不能控制电磁转矩，其动态性能较差，调速范围也十分有限。 2.转速闭环、转差频率控制 能够控制电磁转矩就能够提高系统的动态性能。在转速开环、恒压频比上进行转速闭环控制，当电压频率陡然增加时，电机转速较为迟疑，造成转差额较大，电机转速提高，进而实现了对转速的控制。 二、基于动态模型的传统控制策略 上述的一种控制策略从稳态的电路出发，在稳态的情况下气隙恒定，动态性较差。要向实现动态性的调速，就要控制异步电动机的磁通和电磁转矩，常见的控制策略是矢量控制、直接转矩控制等。 1.矢量控制 矢量控制起源于感应电机磁场定向控制，并在感应电机定子电压上逐渐形成了矢量控制理论。矢量控制能够将定子电流分解成励磁分量和转矩分量，并在各自控制器的独立控制下实现了控制。矢量控制的关键在于保持转子磁链的恒定，因此就需要随时掌握转子磁链的信号。在初始阶段，人们尝试使用磁链传感器检测转子磁链，但其工艺和技术不太理想，而且转速低时的脉动分量大大超出了平常。当前的矢量控制系统多使用软测量的方法，例如电压、电流信号等。 2.直接转矩控制 矢量控制在理论上实现了磁链和转矩的解耦控制，但其坐标变换和转子磁链的准确性限制了矢量控制范围的准确性。而直接转矩控制系统通过双位控制器控制电磁转矩，选择合适的电压矢量控制电机，转矩响应速度快，稳定性也更高。 三、现代控制策略 传统控制策略会收到电机参数和扰动的影响，因此，现代控制理论与矢量控制、直接控制理论相结合，并且通过设计参数辨识器、观测器等修正模型，提高系统的鲁棒性。 1.滑模变结构控制 滑模变结构控制是通过变革结构控制实现控制，其实质是通过不连续的控制率使其按照要求的轨迹运动，常与矢量控制和直接转矩控制相结合使用。传统的滑模控制器只有滑动到面上时才具备不确定的干扰抑制力，常见的简单的办法是提高增益性使系统能够快速收敛到滑动面，但随之抖动也家具，使系统变得不稳定。全滑模控制具有全程性，在通过滑动模块控制的基础上，需要设计一个非线性的动态滑模来消除滑模控制，使系统具备全过程的鲁棒性，克服了原有的缺点。滑模变结构控制还有另外一个缺点，即当达到滑动后，滑动面向平衡点运动的轨迹难以得到控制，容易产生抖动。 2.自适应控制 由于异步电动机的参数与电机工作状态联系紧密，而矢量控制和直接转矩控制的动态性能也容易受到参数的变化，其自适应控制受到了广泛关注。自适应控制系统中常见的调速系统包括自适应控制和自适应观测器。模型自适应控制器以参考模型的输出为理想输出，以控制被控制对象的动态性和参考模型的动态性一致，其中涉及到的问题有负载转矩的矫正、速度控制器等。为了解决这些问题，需要掌握状态变量，如定子电流、转速等，但还需要定转子磁链自适应观测器，其以磁链为工具，以实际输出量和预估输出量为基准进行矫正，能够实现对转子电阻和转速的有效辨识。另外，还有一种自适应观测器——卡尔曼滤波器，它具有观测和滤波功能，能够消除系统噪音，提高了观测器的精度，使其鲁棒性更强。但交流调速系统以非现行系统为主，人们多以交流调速系统方程建立卡尔曼滤波方程，并加入了参数辨识、转速观测等，使观测器更加简化。 3.模糊控制 在矢量控制系统中，以转速和电流控制器为设计对象均能够将其设计成模糊控制器，进而掌握电极参数的变化和负载扰动的抑制能力。模糊控制常用在直接转矩控制中，更好地实现了定子电阻的控制，有效地实现了对异步电动机定子电阻的检测。 4.神经网络控制 神经网络控制的非线性模型包括神经网络辨识器和神经网络控制器的设计。神经网络能够矫正定、转子电阻，能够有效消除其对转子
感应电机矢量控制系统的仿真
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电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， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。
同步电机与异步电机的概念、区别及应用前景
异步电机与同步电机的控制原理，应用领域 和研究热点 班级： 学号： 姓名：
同步电机，和感应电机一样是一种常用的交流电机。特点是：稳态运行时，转子的转速和电网频率之间有不变的关系n=ns=60f/p，ns称为同步转速。若电网的频率不变，则稳态时同步电机的转速恒为常数而与负载的大小无关。同步电机分为同步发电机和同步电动机。现代发电厂中的交流机以同步电机为主。 工作原理 励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场 运行方式 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行。作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式，作为电动机运行是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。同步电机还可以接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。
永磁同步电机的调速主要通过改变供电电源的频率来实现。目前常用的变频调速方式有转速闭环恒压频比控制（v/f）、转差频率控制、基于磁场定向的矢量控制（Vector Control）以及直接转矩控制（Direct Torque Control）。 1.转速闭环恒压频比控制 转速闭环恒压频比控制是一种最常用的变频调速控制方法。该方法是通过控制V/f恒定，使磁通保持不变，并以控制转差频率来控制电机的转矩和转速。这种控制方法低速带载能力不强，须对定子压降实行补偿，因该控制方法只控制了电机的气隙磁通，不能调节转矩，故性能不高。但该方法由于实现简单、稳定可靠，调速方便，所以在一些对动态性能要求不太高的场合，如对通风机、水泵等的控制，仍是首选的方法。 2.转差频率控制 转差频率控制的突出优点就在于频率控制环节的输入是转差信号，而频率信号是由转差信号与实际转速信号相加后得到的，这样，在转速变化过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或者下降。尽管转差频率控制能够在一定程度上控制电机转矩 3.矢量控制 矢量控制框图如图2 所示。 1971 年，西门子工程师Balschke 首次提出矢量控制理论，使交流电机控制理论获得了一次质的飞跃。其基本思想为：以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为相互正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子电流励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量，分别对它们进行控制，获得像直流电动机一样良好的动态特性。因其控制结构简单，控制软件实现较容易，已被广泛应用到调速系统中。但矢量控制方法在实现时要进行复杂的坐标变换，并需准确观测转子磁链，而且对电机的参数依赖性很大，难以保证完全解耦，使控制效果大打折扣。
异步电机的矢量控制系统
电力拖动课程结题报告 题目：异步电机的矢量控制系统 班级：K0312417 姓名：罗开元 学号：K031241723 老师：郎建勋老师 2015年 6月 22 日
前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke 和W .Flotor 提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink 中SimPowerSystems 模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步 电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的 VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标 系上的定子交流电机A i 、B i 、C i ，通过3/2变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 α i 和 β i ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 d i 和q i 。如果观察 者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图l 。从整体上看，输人为A ，B ，C 三相电压，输出为转速ω，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3／2变换和按转子磁链
(技术文档2)异步电机目前几种主要控制方法的对比分析
异步电机几种主要控制方法的对比分析 近些年来，随着电力电子、计算机控制以及矢量控制等技术的不断发展，交流调速获得了巨大的技术支持，交流调速系统已经取代了直流调速系统。交流异步电机调速控制系统大致可分为两大类，一类是标量控制系统，主要是变频调速系统，包括恒压频比控制（V/F 控制）和转差频率控制。另一类是矢量控制系统，包括转子磁场定向矢量控制（VC ）、转差频率矢量控制、直接转矩控制（DTC ）和无速度传感器矢量控制。 1 标量控制 1.1 恒压频比控制( V/F) 交流异步电机调速时，总是希望保持每极磁通量m Φ为额定值不变，这样铁芯才能工作在最经济状态。电源频率和电机极对数决定异步电动机的同步转速，即在改变电源频率时，可以改变电机的同步转速，这时只有控制电源电压与变化的频率的比值为恒定( V/F 恒定) ，才能确保电动机的磁通m Φ基本恒定。电动机定子的感应电动势： m N 111K 44.4Φ=N f E g （1） 式中Eg —气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势有效值; 1f —电源频率; 1N —定子每相绕组串联匝数; 1N K —基波绕组系数; m Φ—每极气隙磁通量。 由式(1)可知，在控制电动机频率时，保持1/f E g 1恒定，就可以维持磁通恒定。有三种不同方式的电压—频率协调控制。 (1) 恒压频比=11/f U 控制,1U 为定子端电压，这种方式最容易实现，能够满足一般调速要求，其缺点是低速带载能力差，需要对定子压降进行补偿。 (2) 恒1/f E g 控制，g E 是气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势，它以对恒压频比实行电压补偿为目标，稳态调速性能优于恒压频比11/f U 控制。这种控制方式的缺点是机械特性非线性，产生转矩的能力不强。 (3) 恒1/f E r 控制，r E 是气隙磁通在转子每相绕组中感应电动势，这种控制方式可以得到和直流励电动机一样的机械特性，从而使高性能调速得以实现。但是它的控制系统比较复杂。
异步电机矢量控制设计
异步电机的矢量控制设计及仿真
前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke和W .Flotor提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink中SimPowerSystems模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势 为准则，在三相坐标系上的定子交流电机A i、B i、C i，通过3/2变换可以等效成
基于Matlab的交流电机矢量控制系统仿真..
基于MATLAB交流异步电机矢量控制系统建 模与仿真 摘要：在分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上,利用MATLAB，采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器,再进行功能模块的有机整合,构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强,验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 关键词：交流异步电机，矢量控制，MATLAB 一、引言 交流电动机由于动态数学模型的复杂性，其静态和动态性能并不是很理想。因此在上世纪前期需要调速的场合下采用的都是直流电动机，但是直流电动机结构上存在着自身难以克服的缺点，导致人们对交流调速越来越重视。从最初的恒压频比控制到现在的直接转矩控制和矢量控制，性能越来越优良，甚至可以和直流电机的性能相媲美。 本文研究交流异步电机矢量控制调速系统的建模与仿真。利用MATLAB中的电气系统模块构建异步电机矢量控制仿真模型,并对其动、静态性能进行仿真试验。仿真试验结果验证了矢量控制方法的有效性、可行性。 二、交流异步电机的矢量控制原理 矢量控制基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交 的交流分量，转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量,分别实现对电机磁通和转矩的控制,然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机,实现了像直流电机那样独立控制磁通和转矩的目的。 由于交流异步电机在A-B-C坐标系下的数学模型比较复杂,需要通过两次坐标变换来简化交流异步电机的数学模型。一次是三相静止坐标系和两相静止坐标系
异步电机矢量控制Matlab仿真实验
基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真 一．理论基础 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是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，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流ism和ist。 图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型 从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A、B、C三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r，变成一台以ism和ist为输入、ω为输出的直流电动机。m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism相当于励磁电流，t绕组相当于电枢绕组，ist相当于与转矩成正比的电枢电流。 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。
图1-2矢量控制系统原理结构图 通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。 图1-3简化后的等效直流调速系统 二．设计方法 1.电流模型设计 转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。 由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量 ?? ? ?? ?? ++-=+--=β αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1) 也可表述为：
异步电机控制文献综述
文献综述 毕业设计题目：基于freescaleDSC 的电机控制设计
基于freescaleDSC的电机控制设计 滕昭跃 (08电子信息科学与技术(1)班E08640119) 一、前言 电机行业是一个传统的行业。经过多年的发展，它已经成为现代生产、生活中不可或缺的核心、基础，是国民经济中重要的一环。电动机主要分同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中又以三相异步电动机的使用最为广泛。到目前为止，我国的电机制造业已经具有一定规模。在现代电动机控制中，长期以来存在着交流调速和直流调速方案之争，早在19世纪末，电力系统中就有过交流供电和直流供电之争，结果经过半个世纪的争论，由于三相交流电的发明，使电力系统的交流化取得了胜利[1]。由于电力电子器件的不断发展，这对交流电机的控制和调速奠定了物质基础。电力电子器件是实现弱电控制强电的关键所在。以普通晶闸管构成的方波形逆变器被全控型高频率开关器件组成的脉宽调制(PWM)逆变器取代，正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器及其专用芯片得到了普遍应用。在现代电机控制理论中，交流变压变频技术是一种转差功率不变高效型调速技术，它是现代交流调速的主要控制方法，自20世纪60年代获得突破性进展以来，一直受到人们的高度重视。交流变压变频技术按其控制方式可简单分为：V/F恒定正弦脉宽调制(SPWM)、电压空间矢量(SVPWM)、矢量控制和直接转矩控制三代控制方式[2]。在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器，DSP(Digital Signal Processors)以运算速度快为显著特征而单片机则以数字控制功能强为特点。电动机的数字控制既要求控制器有强大的 I/O 控制功能，又要求控制器有高速的信号处理能力以实现实时控制。因此世界上各大DSP生产商将DSP的高速运算速度与单片机的高控制能力相结合，开发出电机控制的专用DSC。其中由飞思卡尔公司生产的56f8300系列DSC就是为电机控制所研发。这种 DSC是目前用于电机控制中功能最强大的控制器。它足以满足以上几种控制方式的需求[3] [4]。 二、电机的交流调速 从世界上第一台电动机诞生以来，交流电机变频调速技术的发展一直没有得到大
交流异步电动机的矢量控制系统设计原理
交流异步电动机的矢量控制系统设计原理 本文主要利用电机矢量控制系统原理，提出了一种异步电机矢量控制系统及其控制策略总体设计方案，采用Simulink工具构建了矢量变频调速系统数学模型，详细介绍了各个子模块的构建方法和功能。通过仿真可得系统的动态及稳态性能，表明系统具有较高的响应能力和鲁棒性，为矢量控制技术提供了一种前期检验方法和研究手段。 0引言 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，矢量控制是电机控制系统的一种先进控制方法，由于其交流调速时的优越性被广泛应用到异步电机调速系统中。基于Simulink的交流异步电机仿真可以验证系统设计方案的有效性，在实验室应用过程中可能遇到系统设计难题。 本文以双闭环矢量控制系统为研究对象，在Simu-link中进行仿真来验证控制系统的有效性。通过分析仿真结果得到矢量控制系统的动静态特性，从而证实了本设计方案的可行性。 1矢量控制原理 矢量控制系统，简称VC系统，坐标变换是核心思想。矢量控制的基本思想是以产生同样的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流等效成两相静止坐标系上的交流电流，在通过坐标旋转变换将其等效成同步旋转坐标系上的直流电流，等效过程中实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果，得到直流电动机的控制量。便可将三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得与直流调速系统接近的动、静态性能。 矢量控制中矢量变换包括三相-两相变换和同步旋转变换，将d轴沿着转子总磁链矢量φr的方向称为M轴，将q轴逆时针转90°，即垂直于矢量φr的方向称为T轴，经过变换电压-电流方程改写为式（1），磁链方程为式（2）：
模型失配永磁同步电机模型预测控制研究
第53卷第10期2019年10月 电力电子技术 Power Electronics Vol.53,No.10 October2019模型失配永磁同步电机模型预测控制研究 郝剑奇，何凤有，陈俊磊 (中国矿业大学，电气与动力工程学院，江苏徐州221008) 摘要：在实际运行中，电机参数受到温升、磁场饱和等因素的影响而发生改变，会出现参数值与其实际值不匹配的情况。这些参数不匹配将导致电流预测不准确并降低预测算法的性能。为提高永磁同步电机(PMSM)的预测精度，对预测电流控制(PCC)方法进行了扩展，在预测方程中加入了预测误差来进行误差纠正。该策略不仅降低了电流纹波，还提高了系统对参数不确定性的鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的良好性能。 关键词：永磁同步电机；预测电流控制；预测误差 中图分类号:TM351文献标识码：A文章编号：1000-100X(2019)10-0031-03 Research on Model Predictive Control of Model Mismatch Permanent Magnet Synchronous Motor HAO Jian-qi,HE Feng-you,CHEN Jun-lei (China University of Mining and Technology,Xuzhou221008,China) Abstract:In actual operation,the parameters of the motor are affected by temperature rise,magnetic field saturation and other factors,and there will be a mismatch between the parameters and their actual values.The mismatch of these parameters leads to inaccurate current prediction and reduces the performance of the prediction algorithm.In order to improve the prediction accuracy of permanent magnet synchronous motor(PMSM),the predictive current control(PCC) method is extended,and the predictive error is added to the predictive equation to correct the error.This strategy not only reduces the current ripple,but also improves the robustness of the system to parameter uncertainties.The simula-tion and experimental results verify the good performance of this method. Keywords:permanent magnet synchronous motor；predictive current control；prediction error Foundation Project:Supported by National Key Research and Development Program(No.2016YFC0600906) 1引言 近年来，随着稀土材料和电力电子技术的发 展.PMSM以其转子结构简单、体积小、无励磁损耗、力矩惯量比大、功率密度高等诸多优点，在钢铁冶金、电力能源、船舶推进、轨道交通等领域都得到越来越广泛的应用⑴。模型预测控制凭借其良好的动态响应性能成为电机控制领域近年来研究的热点之一，作为一类采用在线寻优的闭环控制算法，能够显著提升电机的动态性能，在PMSM 驱动领域得到了成功应用"7。 模型预测控制是一种十分依赖于参数的控制算法。文献［4］使用比例积分(PI)调节器对d轴电流进行控制，并在g轴电流控制中加入积分作用，该方法可以在一定程度上消除参数误差的影响，但存在积分饱和作用，失去了预测控制算法在动 基金项目：国家重点研发计划课题(2016YFC0600906) 定稿日期：2019-04-22 作者简介：郝剑奇(1992-),男，河北张家口人，硕士研究生，研究方向为电力传动。态过程中响应快的优势。文献［5］将鲁棒控制理论引入预测算法，在建立预测模型和求解预测算法时均考虑了参数扰动的影响，以达到在最大扰动情况下仍能满足电机运行要求。但鲁棒预测控制原理只要求能够满足最基本的控制目标，并没有 消除参数不准确所带来的影响。文献［6］提出无模型的预测控制算法，尽管这种控制算法不依赖系统模型，但是这种方法的性能取决于提取电流的精度，任何噪音或者测量偏差均可能造成系统的不稳定。文献［7］在预测方程中加入了上一次采样时预测值与实测值之间的加权误差，提高了对下一次采样时所有切换状态的系统行为的预测。但由于每个切换状态的预测误差可能不同于其他状 态，最后一个预测误差可能不适合添加到下一个步骤的预测阶段。 此处在传统两电平逆变器冋基础上提出新控 制器结构，以在PCC中提高预测精度。为提高预测精度，使电机模型接近足够真实电机行为，在预测阶段增加了各施加开关状态的预测误差。仿真和实验结果表明了该方法的有效性。 31