异步电动机矢量控制系统的仿真研究_胡安平

参考文献 ［１］ 杨万海．多传感器数据融合及其应用［Ｍ］．
西安： 西安电子科技大学出版社， ２ ０ ０ ４ ： １０－１１． ［２］ 杨兆升，冯金巧．基于模糊综合推理的道路 交通事件检测算法［Ｊ］．２００３全国智能交通 系统交通信息采集与融合技术研讨会， ２００３：６１－６６． ［３］ 温慧敏．交通事件检测数据融合技术研究 ［ Ｊ ］ ． 第一届中国智能交通年会论文集， ２００５：２８－２９．
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 从其动态模型出发， 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。矢量控制就是基于动态模 型的高性能的交流电动机调速系统的控制 方案之一。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 逆变换得到三相坐标系的对应量， 以实施 控制。
为三相对称绕组的电流， 它们之
间的变换关系为
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 Ｃ 变换。其变换关系为
（２）
（２）式中， 为 ｄ－ｑ 坐标系 ｄ 轴与 坐标
系 轴之间的夹角
， 是 ｄ－ｑ 旋转坐
１ 空间矢量的坐标变换
矢量变换是简化交流电动机复杂模型
的重要数学方法， 是交流电动机矢量控制
的基础。矢量变换包括三相静止坐标系和
两相静止坐标系的变换， 两相静止坐标系
和两相旋转坐标系的变换， 以及直角坐标
和极坐标的变换等。
１ ． １ 三相静止坐标系和两相静止坐标系的
变换（简称 ３ ｓ ／ ２ ｓ 变换）
如图 ２，系统的主电路由直流电源 ＤＣ、逆 变器、电动机及其测量模块组成，其中逆变器 的驱动信号是采用电流滞环来控制的。控制 电路中， 转速调节器 Ａ Ｓ Ｒ 的输出是转矩调节 器 ＡＴＲ 的给定 ，而转矩的反馈信号 则通 过矢量控制方程式（８）式计算得到。电路中的
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。而异步电动机的矢量控制方程式为
（８）
（８）式中， 为电动机极对数； 为两相 坐标系上同轴定、转子绕组间的互感； 为两相坐标系上定、转子绕组的自感； 为电动机转子磁链； 电动机的转差；
， 是转子电磁时间常数； ｐ 为微分算 子。由（８）式可以计算出电动机转差 和定子 频率 以及转子磁链 。其计算模型如下图 １ 所示。
参考文献 ［１］ 杨耕，罗应立．电机与运动控制系统［Ｍ］．
北京： 清华大学出版社， ２ ０ ０ ６ ． ［２］ 阮毅，陈维钧．运动控制系统［Ｍ］．北京：
清华大学出版社， ２ ０ ０ ６ ． ［３］ 洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的
Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿真［ Ｍ ］ ． 北京： 机械工业出版 社，２００６．
３ 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制 系统
按转子磁链定向的矢量控制系统将定子 电流分解为励磁分量和转矩分量，实现了两个 分量的解耦，但定子电流的两个分量的变化率 仍存在着交叉耦合。为了抑制这一现象，需采 用电流滞环控制， 使实际电流快速跟踪给定 值。另外， 在转速环后增加一个转矩闭环， 其 作用是当磁链一旦发生变化，相当于对转矩内 环的一种扰动作用， 必将受到转矩闭环的抑 制， 从而减少或避免磁链突变对转矩的影响， 达到削弱两个通道之间的惯性耦合作用。这 种带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系 统的原理图如图 ２ 所示。
标系的旋转角速度。 为两相旋转到两相 静止坐标系的变换矩阵。即
（３）
对（ ３ ） 式进行逆变换可以得到两相静止 到两
相旋转的变换矩阵为 （４）
１ ． ３ 三相静止坐标系和两相旋转坐标系的 变换
在得到三相静止坐标系到两相静止坐 标系的变换和两相静止到两相旋转的变换 矩阵后， 也可以得到三相静Байду номын сангаас坐标系到两 相任意旋转坐标系的变换
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４ 结语 交通信息尤其是动态交通信息的采集是
智能交通系统的关键技术之一，目前我国各个 城市都监视了不同规模的道路交通动态交通 信息采集的系统，但这些系统经常处于“各自 为政”的局面， 相互之间的协同不够， 本文介 绍了数据融合技术在交通事件判断、消除估 计误差方面的应用，对国内不同交通信息采集 方式之间的信息融合具有很强的借鉴意义。
（１）
上式中：Ｄｐ 为采用传统的方法计算的探测
车的平均延误 ｄｊ 为统计时段内第 ｊ 辆车的延误 传统算法实际上是利用采集到的探测车
（样本）的平均延误估计去估计所有车辆的（总 体） 延误。利用传统算法和探测车的信息， 可 以提供一个简便的探测车延误的估计算法。 但由于所有车辆（总体）的延误并不等于探测车 （样本）的延误，所以应用传统算法，只能提供所 有车辆延误的有偏估计。
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
相应的两相任意旋转坐标系到三相静 止坐标系的变换矩阵为
（７）
２ 按转子磁链定向两相旋转坐标系上的转 子磁链的电流模型
按转子磁链定向两相旋转坐标系上的转 子磁链电流模型是通过检测定子三相电流和 转速 计算转子磁链，三相定子电流经 ３ｓ／２ｒ 变换得到定子电流的励磁分量 和转矩分量
５ 结语
由于交流电机的广泛应用，同时节能口号 的紧迫呼出， 交流调速技术不断发展， 使得交 流调速逐步具备了宽调速范围、高稳速精 度、快速动态响应等良好的技术性能。而带 转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制实现了 定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，同时连 续的 ＰＩ 控制，使得转矩与磁链变化平稳，能获 得良好的动态性能。
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图 １ Ａ Ｄ Ｖ Ａ Ｎ Ｃ Ｅ 项目数据融合流程
线圈数据修正算法， 具体理论如下： 反应交通状况的重要信息归根到底是行
程时间、行程车速，在不确定路段的起终点时 行程车速直接反应道路交通状况，对于行程时 间的准确的短期预测是人们想要做到的。行 程时间分为两部分： 行驶时间和延误时间， 假 定所有车的行驶时间是相等的，而区别在于延 误时间不相等，传统算法如下：
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。
设
为两相对称绕组的电流，
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胡安平 王晓峰 张广辉 （ 贵州大学 贵州贵阳 ５ ５ ０ ０ ０ ３ ）
摘 要： 本文以矢量变换的思想为基础， 分析了按转子磁链定向两相旋转坐标系上的转子磁链电流模型， 提出了一种带转矩内环的转速、
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可以利用线圈采集数据对上面的算法进 行改进， 将延误的统计时间分为几个小段， 假 定各个小段时间的通过的车辆数可以用线圈 检测到， 可以利用下式对传统算法进行改进， 改进后的算法如下：
（２）
上式中： 为采用改进后的算法计算的所 有车辆的无偏平均延误
ｉ 为统计时段内的时间间隔数 Ｎｉ 为第 ｉ 间隔内到达的车辆数 ＮＴ 为统计时段内到达的车辆总数 传统算法的样本均值和总体的均值的相 关系数为０．６１，而改进算法和总体均值的相关 系数可以达到 ０．８１。把这种方法运用到城市 信号灯道路中，可以减少５０％的行程时间预测 偏差。
以上仿真模型参数具体如下： Ａ 电动机模型参数：
； 逆变器直流电源 Ｄ Ｃ １ ＝ Ｄ Ｃ ２ ＝ ２ ５ ０ Ｖ
Ｂ 调节器仿真参数如表 １。
４ 仿真结果分析 在给定转速为 １４００ｒ／ｍｉｎ，空载启动，在
０．６ｓ 时加载 ６５Ｎ＊ｍ，系统的仿真结果如图 ３ 所 示。其中图 ３（ａ）￣（ｃ）分别为电动机转速、电 流、转矩的曲线，图 ３（ｄ）三个调节器的输出 信号波形。从波形中可以看到， 在矢量控制 下转速上升平稳， 加载后略有下降但随即恢 复，在 ０．２ｓ 达到给定转速时和 ０．６ｓ 加载时，系 统调节器和电流、转矩都有相应的响应。由于 ＡＴＲ 和 ＡｐｓｉＲ 都是带限幅的 ＰＩ 调节器，在起 动中两个调节器都处于饱和限幅状态，因此定 子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子电 流的给定值也不变，所以在启动过程中定子电 流基本保持不变，实现了恒流起动。由图 ３（ｇ） 定子磁链轨迹可以看出， 带磁链调节器后， 在 起动阶段， 磁场的建立比较平滑， 磁链呈螺旋 形增加，同时电动机转矩也不断上升。由图 ３ （ｈ）转矩－转速曲线可知，带磁链调节器的系统 起动转矩较大。
磁链闭环矢量控制系统。对该系统在 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ 环境下进行了仿真研究， 并对仿真结果进行了分析。
关键词： 矢量变换 转子磁链 磁链闭环矢量控制
中图分类号： Ｋ ８ ２ ６ ． １ ６
文献标识码： Ａ
文章编号：１６７３－０５３４（２００７）０９（ｂ）－００１６－０２
（５）
式中，三相静止坐标系到两相任意旋转坐 标系的变换矩阵为
（６）
（１）
式中， 是便于逆变换而增加的一相零序 分量。Ｃ３／２ 为 ３ ｓ ／ ２ ｓ 变换矩阵。 １ ． ２ 两相静止坐标系和两相旋转坐标系的 变换（ 简称 ２ ｓ ／ ２ ｒ 变换）