电机控制：2-9异步电机矢量变换控制

1、29异步电机矢量控制,起源：始于70年代，模拟直流电机的磁通和转矩分别控制优势，获得如同直流电机一样良好的动态调速特性,一、矢量控制的基本概念,励磁绕组和电枢绕组相互垂直，互不影响并以最大转矩运行，静动态性能好。 励磁电流和转矩电流分别提供励磁磁势和电枢磁势。易于对转矩控制。 磁场和电流均为标量,直流电动机的特点,一、矢量控制的基本概念,气隙磁通 和转子电流 不是独立变量，两者之间相互影响，存在耦合关系 控制量定子电流是周期性变化的时间矢量，气隙磁通是旋转的控制矢量，矢量控制就涉及到大小及相位问题,异步电动机的特点,一、矢量控制的基本概念,矢量控制就是将受控的交流矢量，通过变换成为直流标量而进

2、行控制，最终实现磁通与转矩（电流）的独立控制，达到直流电动机的控制效果 关键步骤之一就是进行绕组的坐标变换,二、异步电机的数学模型,1）定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的 2）以A轴为参考坐标轴，转子绕组轴线a、b、c随转子以速度旋转 3）转子a轴和定子A轴间的电角度为空间角位移变量，即 。 4）数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成,二、异步电机的数学模型,电压方程,三相定、转子绕组电压方程式为,二、异步电机的数学模型,电压方程的矩阵表示,二、异步电机的数学模型,磁链方程,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,二、异步电机的数学模型,每个绕组的磁

3、链包括自感磁通和互感磁通 自感磁链由两部分构成：气隙磁链和漏感磁链 互感磁链分为定、转子三相彼此之间的互感磁链和定、转子绕组之间的互感磁链,二、异步电机的数学模型,自感,互感,二、异步电机的数学模型,二、异步电机的数学模型,转矩方程,运动方程,三、坐标变换理论,坐标变换的目的是将交流电机的物理模型等效的变换成为类似直流电机的模型 坐标变换的等效原则：在不同坐标系下产生的磁动势相同 三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系,三、坐标变换理论,三、坐标变换理论,功率不变约束条件：当变换矩阵为正交阵时，变换前后功率不变 三相到静止两相的变换 静止两相到旋转两相的变换,三、坐标变换理论,三相/两

4、相变换三相A、B、C静止坐标到 、静止两相坐标,三、坐标变换理论,逆变换,三、坐标变换理论,三、坐标变换理论,两相静止到两相旋转的坐标变换,三、坐标变换理论,两相静止到两相旋转的坐标变换,三、坐标变换理论,三相静止到两相旋转的坐标变换,三、坐标变换理论,直角坐标与极坐标的转换,三、坐标变换理论,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,电压方程,注意方程里面两个角速度的含义,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,磁链方程,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,磁链方程,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,整理后的电压方程,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型

5、,电磁转矩方程,运动方程,四、异步电机在两相坐标系下的数学模型,异步电动机在两相坐标系下的数学模型是一个双输入双输出系统 比在三相坐标系下的模型，明显简单 系统仍然存在非线性和耦合特性,五、两个常用的两相坐标系下的数学模型,静止两相坐标系下数学模型 同步旋转坐标系下数学模型,五、两个常用的两相坐标系下的数学模型,静止两相坐标系下的数学模型,五、两个常用的两相坐标系下的数学模型,同步速旋转两相坐标下数学模型,六、转子磁场定向电机的数学模型,转子磁场定向的含义：将同步速坐标的M轴与转子磁通完全重合,六、转子磁场定向电机的数学模型,六、转子磁场定向电机的数学模型,七、矢量控制的基本方程,七、矢量控制

6、的基本方程,转子磁链只与M轴定子电流有关，电磁转矩只与转子磁链及T轴定子电流有关 M、T轴定子电流之间已经完全解耦而相互独立 转矩的控制就可以通过分别对M、T轴定子电流的独立控制实现，相互间没有牵制,八、转子磁链观测,九、异步电机矢量控制系统,磁通检测式 转差频率控制式,1、磁通检测式,1、磁通检测式,2、转差频率控制式,2、转差频率控制式,3、异步电机矢量控制系统的基本环节,转速调节环节 磁链与转矩控制环节 电流调节环节 磁通与转矩观测环节 转速观测环节 参数辨识环节,4、矢量控制总结,优点: 可以获得与直流电机相似的控制效果动态性能较标量控制如V/f=const要好 不足:磁场定向精度有限 电机模型不精确 控制复杂 矢量控制中，给定量要由直流量向交流量变换，而反馈量又要从交流量向直流量变换，两次坐标变换，再加上转子磁链模型计算、转子参数的辨识与校正等，使系统变得十分复杂,5、矢量控制发展方向,无速度传感器 智能控制理论的引入,无速度传感器矢量控制系统,速度传感器带来的缺陷： 成本大大增加（1525） 安装困难 体积增大，增加维护量 在恶劣环境下无法工作,无速度传感器矢量控制系统,智能控制方法的引入,什么式智能控制方法？ 为什么要引入智能控制方法？ 智能控制方法用在哪些环节,智能控制方法的引入,人工神经网络控制 模糊控制 专家系统 遗传算