第七章 异步电机动态闭环控制

1、第第7章章异步电动机数学模型异步电动机数学模型 及闭环控制策略及闭环控制策略n 内容提要内容提要7.1 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统7.2 异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变换 7.3 基于动态模型按转子磁链定向的基于动态模型按转子磁链定向的 矢量控制系统矢量控制系统7.4 基于动态模型按定子磁链控制的基于动态模型按定子磁链控制的 直接转矩控制系统直接转矩控制系统7.1 转速闭环转差频率控制的变压变频转速闭环转差频率控制的变压变频 调速系统调速系统n 问题的提出问题的提出 前节所述的转速开环变频调速系统可以满足平滑

2、调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。转速闭环系统的静特性比开环系统强，这是很明显的，但是，是否能够提高系统的动态性能呢？还得进一步探讨一下。 n 电力传动的基本控制规律电力传动的基本控制规律 我们知道，任何电力拖动自动控制系统都服从于基本运动方程式 提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转调速系统的动态性能就是控制转矩的能力矩的能力。tnJTTddpLe7.1-1 在异步电机变压变频调速系统中，需要控制的是电压（或电流）和频率，

3、怎样能够通过控制电压（电流）和频率来控制电磁转矩，这是寻求提高动态性能时需要解决的问题。 7.1.1 转差频率控制的基本概念转差频率控制的基本概念 直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩，因此，把直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。将 按照前章节恒 Eg /1 控制（即恒 m 控制）时的电磁转矩公式重写为 mNss1mNss1mNss1g21244. 444. 4kNkNkNfE2 r2122 rr121gpe3lLsRRsEnT(7.1-2)代入上式，得 令 s =

4、s1 ，并定义为转差角频率； ，是电机的结构常数； 2Ns2spm23kNnK2 r2122 rr12m2Ns2spe23lLsRRskNnT(7.1-3)则 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，只有1的百分之几，可以认 为 s Llr 0）的情况为例l当实际转矩低于T*e 的允许偏差下限时，按磁链控制得到相应的电压空间矢量，使定子磁链向前旋转，转矩上升；l当实际转矩达到 T*e 允许偏差上限时，不论磁链如何，立即切换到零电压矢量，使定子磁链静止不动，转矩下降。l稳态时，上述情况不断重复，使转矩波动被控制在允许范围之内。5. DTC系统存在的问题1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在

5、上下限内脉动，而不是完全恒定的。2）由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。 这两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使DTC系统的调速范围受到限制。 为了解决这些问题，许多学者做过不少的研究工作，使它们得到一定程度的改善，但并不能完全消除。 n 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 DTC系统和VC系统都是已获实际应用的高性能交流调速系统。两者都采用转矩（转速）和磁链分别控制，这是符合异步电动机动态数学模型的需要的。但两者在控制性能上却各有千秋。 矢量控制系统特点 VC系统强调 Te 与r的解耦，

6、有利于分别设计转速与磁链调节器；实行连续控制，可获得较宽的调速范围；但按r 定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒性。 DTC系统特点 DTC系统则实行 Te 与s 砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构；控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响；但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 表7-1列出了两种系统的特点与性能的比较。 表表7-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较性能与特点直接转矩控制系统矢量控制系统磁链控制定子磁链转子磁链转矩控制砰-砰控制，有转矩脉动连续控制，比较平滑坐标变换静止坐标变换，较简单旋转坐标变换，较复杂转子参数变化影响无注有调速范围不够宽比较宽 注 有时为了提高调速范围，在低速时改用电流模型计算磁链，则转子参数变化对DT