矢量控制原理课件

控制目标最大利用风能与电网的匹配（有功、无功、功率因数）最好的电性能（动、静态、稳定性、谐波）1ppt课件控制目标最大利用风能1ppt课件三相异步电动机的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc三相异步电动机的物理模型2ppt课件三相异步电动机的物理模型ABCuAuBuC1uaubuc坐标变换的基本思路

从上节分析异步电机数学模型的过程中可以看出，这个数学模型之所以复杂，关键是因为有一个复杂的66电感矩阵，它体现了影响磁链和受磁链影响的复杂关系。因此，要简化数学模型，须从简化磁链关系入手。3ppt课件坐标变换的基本思路从上节分析异步电机数学模型图6-46二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励磁绕组电枢绕组补偿绕组4ppt课件图6-46二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励

（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流绕组5ppt课件（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCF

（2）等效的两相交流电机绕组Fiiω1b）两相交流绕组

6ppt课件（2）等效的两相交流电机绕组Fiiω1b）两相旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMTc）旋转的直流绕组

7ppt课件旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMTc）旋

三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量

AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oCB8ppt课件三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量AN2iN3iA

设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在、

轴上的投影都应相等，

9ppt课件设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁写成矩阵形式，得（6-89）

10ppt课件写成矩阵形式，得（6-89）10ppt课件

考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明,匝数比应为（6-90）

11ppt课件考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明,匝数代入式（6-89），得（6-91）

12ppt课件代入式（6-89），得（6-91）12ppt课件

令C3/2

表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，则（6-92）

三相—两相坐标系的变换矩阵13ppt课件令C3/2表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变

如果三相绕组是Y形联结不带零线，则有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB

。代入式（6-92）和（6-93）并整理后得（6-94）

14ppt课件如果三相绕组是Y形联结不带零线，（6-94）（6-95）

按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链的变换阵。15ppt课件（6-95）按照所采用的条件，电流变换阵也就是电两相—两相旋转变换（2s/2r变换）

从上图等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型的图b和图c中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。把两个坐标系画在一起，即得下图。16ppt课件两相—两相旋转变换（2s/2r变换）从上图等效两相—两相旋转变换（2s/2r变换）itsiniFs1imcosimimsinitcosiβitMT17ppt课件两相—两相旋转变换（2s/2r变换）itsiniF

2s/2r变换公式18ppt课件2s/2r变换公式18ppt课件写成矩阵形式，得

（6-96）

（6-97）

是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系的变换阵。

式中两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵19ppt课件写成矩阵形式，得（6-96）（6-97）是两相旋转坐标

对式（6-96）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得

(6-98)20ppt课件对式（6-96）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得(6-99)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵是

电压和磁链的旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同。

两相静止—两相旋转坐标系的变换矩阵21ppt课件(6-99)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵is(Fs)1simitMT

令矢量is

和M轴的夹角为s

，已知im、it

，求is

和s

，就是直角坐标/极坐标变换，简称K/P变换。直角坐标/极坐标变换（K/P变换）

22ppt课件is(Fs)1simitMT令矢量is和M显然，其变换式应为

（6-100）（6-101）23ppt课件显然，其变换式应为（6-100）（6-101）23ppt课三相异步电动机在两相坐标系上的

状态方程

作为异步电机控制系统研究和分析基础的数学模型，过去经常使用矩阵方程，近来越来越多地采用状态方程的形式，因此有必要再介绍一下状态方程。为了简单起见，这里只讨论两相同步旋转dq坐标系上的状态方程，如果需要其它类型的两相坐标，只须稍加变换，就可以得到。24ppt课件三相异步电动机在两相坐标系上的

状态方程作为异三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程1.

—r

—is状态方程

由前节式（6-103b）表示dq坐标系上的磁链方程

（6-103b）

25ppt课件三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程由前节式（6-

式（6-104）为任意旋转坐标系上的电压方程（6-104）

26ppt课件式（6-104）为任意旋转坐标系上的电压方

对于同步旋转坐标系，dqs

=1

，dqr

=1

-=s

，又考虑到笼型转子内部是短路的，则urd=urq=0，于是，电压方程可写成（6-112）

27ppt课件对于同步旋转坐标系，dqs=1由式（6-103b）中第3，4两式可解出28ppt课件由式（6-103b）中第3，4两式可解出28ppt课件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的基本思路按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用转子磁链模型转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统29ppt课件基于动态模型按转子磁链定向的

矢量控制系统矢

异步电动机的坐标变换结构图3/2——三相/两相变换;VR——同步旋转变换;——M轴与轴（A轴）的夹角

3/2VR等效直流电机模型ABC

iAiBiCit1im1ii异步电动机

异步电机的坐标变换结构图30ppt课件异步电动机的坐标变换结构图3/2VR等效直流ABC

既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。由于进行坐标变换的是电流（代表磁动势）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（VectorControlSystem），控制系统的原理结构如下图所示。31ppt课件既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，

矢量控制系统原理结构图

控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反馈信号异步电动机给定信号

矢量控制系统原理结构图32ppt课件矢量控制系统原理结构图控制器VR-12/3电流控制变频

设计控制器时省略后的部分控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反馈信号异步电动机给定信号

33ppt课件设计控制器时省略后的部分控制器VR-12/3电流控制变频器控制目标最大利用风能与电网的匹配（有功、无功、功率因数）最好的电性能（动、静态、稳定性、谐波）34ppt课件控制目标最大利用风能1ppt课件三相异步电动机的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc三相异步电动机的物理模型35ppt课件三相异步电动机的物理模型ABCuAuBuC1uaubuc坐标变换的基本思路

从上节分析异步电机数学模型的过程中可以看出，这个数学模型之所以复杂，关键是因为有一个复杂的66电感矩阵，它体现了影响磁链和受磁链影响的复杂关系。因此，要简化数学模型，须从简化磁链关系入手。36ppt课件坐标变换的基本思路从上节分析异步电机数学模型图6-46二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励磁绕组电枢绕组补偿绕组37ppt课件图6-46二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励

（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流绕组38ppt课件（1）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCF

（2）等效的两相交流电机绕组Fiiω1b）两相交流绕组

39ppt课件（2）等效的两相交流电机绕组Fiiω1b）两相旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMTc）旋转的直流绕组

40ppt课件旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMTc）旋

三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量

AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oCB41ppt课件三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量AN2iN3iA

设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在、

轴上的投影都应相等，

42ppt课件设磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与二相总磁写成矩阵形式，得（6-89）

43ppt课件写成矩阵形式，得（6-89）10ppt课件

考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明,匝数比应为（6-90）

44ppt课件考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明,匝数代入式（6-89），得（6-91）

45ppt课件代入式（6-89），得（6-91）12ppt课件

令C3/2

表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，则（6-92）

三相—两相坐标系的变换矩阵46ppt课件令C3/2表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变

如果三相绕组是Y形联结不带零线，则有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB

。代入式（6-92）和（6-93）并整理后得（6-94）

47ppt课件如果三相绕组是Y形联结不带零线，（6-94）（6-95）

按照所采用的条件，电流变换阵也就是电压变换阵，同时还可证明，它们也是磁链的变换阵。48ppt课件（6-95）按照所采用的条件，电流变换阵也就是电两相—两相旋转变换（2s/2r变换）

从上图等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型的图b和图c中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。把两个坐标系画在一起，即得下图。49ppt课件两相—两相旋转变换（2s/2r变换）从上图等效两相—两相旋转变换（2s/2r变换）itsiniFs1imcosimimsinitcosiβitMT50ppt课件两相—两相旋转变换（2s/2r变换）itsiniF

2s/2r变换公式51ppt课件2s/2r变换公式18ppt课件写成矩阵形式，得

（6-96）

（6-97）

是两相旋转坐标系变换到两相静止坐标系的变换阵。

式中两相旋转—两相静止坐标系的变换矩阵52ppt课件写成矩阵形式，得（6-96）（6-97）是两相旋转坐标

对式（6-96）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得

(6-98)53ppt课件对式（6-96）两边都左乘以变换阵的逆矩阵，即得(6-99)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵是

电压和磁链的旋转变换阵也与电流（磁动势）旋转变换阵相同。

两相静止—两相旋转坐标系的变换矩阵54ppt课件(6-99)则两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的变换阵is(Fs)1simitMT

令矢量is

和M轴的夹角为s

，已知im、it

，求is

和s

，就是直角坐标/极坐标变换，简称K/P变换。直角坐标/极坐标变换（K/P变换）

55ppt课件is(Fs)1simitMT令矢量is和M显然，其变换式应为

（6-100）（6-101）56ppt课件显然，其变换式应为（6-100）（6-101）23ppt课三相异步电动机在两相坐标系上的

状态方程

作为异步电机控制系统研究和分析基础的数学模型，过去经常使用矩阵方程，近来越来越多地采用状态方程的形式，因此有必要再介绍一下状态方程。为了简单起见，这里只讨论两相同步旋转dq坐标系上的状态方程，如果需要其它类型的两相坐标，只须稍加变换，就可以得到。57ppt课件三相异步电动机在两相坐标系上的

状态方程作为异三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程1.

—r

—is状态方程

由前节式（6-103b）表示dq坐标系上的磁链方程

（6-103b）

58ppt课件三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程由前节式（6-

式（6-104）为任意旋转坐标系上的电压方程（6-104）

59ppt课件式（6-104）为任意旋转坐标系上的电压方

对于同步旋转坐标系，dqs

=1

，dqr

=1

-=s

，又考虑到笼型转子内部是短路的，则urd=urq=0，于是，电压方程可写成（6-112）

60ppt课件对于同步旋转坐标系，dqs=1由式（6-103b）中第3，4两式可解出61ppt课件由式（6-103b）中第3，4两式可解出28ppt课件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的基本思路按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用转子磁链模型转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——直接矢量控制系统磁链开环转差型矢量控制系统——间接矢量控制系统62ppt课件基于动态模型按转子磁链定向的

矢量控制系