异步电动机矢量变换控制的基本思想
运动控制系统课程设计异步电机矢量控制Matlab仿真实验
目录1 异步电动机矢量控制原理 (2)2 坐标变换 (3)2.1 坐标变换基本思路 (3)2.2 三相——两相坐标系变换（3/2变换） (4)2.3 旋转变换 (5)3 转子磁链计算 (6)4 矢量控制系统设计 (7)4.1 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (7)4.2 MATLAB系统仿真系统设计 (8)4.3 PI调节器设计 (9)5 仿真结果 (10)5.1 电机定子侧的电流仿真结果 (10)5.2 电机输出转矩仿真结果 (11)心得体会 (13)参考文献 (14)异步电机矢量控制Matlab 仿真实验1 异步电动机矢量控制原理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i A 、i B 、i C ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流i sα和i sβ，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i sm 和i st 。
图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型在三相坐标系上的定子交流电流,,A B C i i i ,通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流s i α和s i β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sm i 和st i 。
m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，sm i 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，st i 相当于与转矩成正比的电枢电流。
异步电机矢量控制.
下步工作
学习在矢量控制中加入电流闭环控制的相 关原理 制作IRMCF341电源供电部分，保证电源部 分输出正确的电压。 在IRMCF341微控制器8051中增加故障处理 程序，保证故障类型的完整。
将电压方程
改写为
笼型转子 内部短路
σ=1-L2M/LS/LR σ电机漏磁系数
整理可得状态方程
其中Tr—转子电磁时间常数，Tr=Lr/Rr。
二、异步电机的矢量控制
αβ坐标系下转子磁链旋转矢量 ψr空间角度φ， d轴改成m轴，q轴改成t轴 m轴与转子磁链旋转矢量重合
代入上式
状态方程
可得mt坐标系的旋转角速度
转子绕组2r/2s变换
2r/2s
电压方程
பைடு நூலகம்
磁链方程
转矩方程 4、旋转正交坐标系下的动态数学模型
定子旋转变换阵为
转子旋转变换阵为
旋转坐标系下的电压方程
转矩方程
（3）正交坐标系下的状态方程 异步电机有四阶电压方程和一阶运动方程，需选取 五个状态变量1.转速ω；2.定子电流isd和isq；3.转子电流 ird和irq；4.定子磁链ψsd和ψsq；5.转子磁链ψrd和ψrq 以ω-is-ψr为状态变量 dq下的磁链方程
异步电机的矢量控制
2014年10月9日
一、异步电动机的数学模型 二、异步电动机的矢量控制 三、总结
一、异步电动机的数学模型
（1）三相动态模型
1、磁链方程
Lms - 定子交链的最大互感值; Lls - 漏磁通
定子三相各绕组之间与转子三相各绕组之间位置是固定的，互感 为常值
定、转子之间位置是变化的，与θ有关
电磁转矩表达式
按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量ism和转矩 分量ist，转子磁链ψr仅由励磁分量ism产生，而电磁转矩 Te正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积istψr ,实现 了定子电流两个分量的解耦。
电力拖动自动控制系统复习要点(河科大)
第一章绪论1 电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换。
2 运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量。
3 功率放大器与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型（晶闸管SCR为半控型）等4 转矩控制是运动控制的根本问题，与磁链控制同样重要。
5 风机、泵类负载特性。
第一篇直流调速系统1 电力拖动自动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。
2 直流电动机的稳态转速公式：3 调节电动机转速的方法:1)调压调速2)弱磁调速3)变电阻调速第二章转速反馈控制的直流调速系统1 晶闸管整流器—电动机调速系统(V-M系统)通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。
2 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成一个滞后环节（由晶闸管的失控时间引起）。
3 与V-M系统相比，直流PWM调速系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的电力电子器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
4 直流PWM调速系统的机械特性（电流连续时，机械特性曲线相平行）1）稳态：电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态；2）机械特性：平均转速与平均转矩（电流）的关系。
5调速系统转速控制的要求（1）调速—在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速—以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速—频繁起动、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。
什么是矢量控制系统(VCS)并简述其
（实现方法：）在SVPWM的实现过程中，通常以 开关损耗较小 和 谐波分量较小 为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序。有两种常用的SVPWM实现方法，分别是 （1）零矢量集中 和（2）零矢量分散。
答①异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等②降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型 ③串级调速属于转差功率回馈型 ④变极调速、变频调速属于转差功率不变型。
14. 请说明双馈调速的五种情况的功率流动情况？
答：①转子运行于次同步电动状态（1＞S`＞0）② 转子运行于次同步速的定子回馈制动状态（1＞S`＞0）③ 转子运行于超同步电动状态（S`＜0) ④ 转子运行于超同步速的定子回馈制动状态（S＜0）⑤ 转子运行于倒拉反转的电动状态（S`＞1）
7. 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用?
答：（1）转速调节器ASR的作用：1）转速调节器是调速系统的主导调节器，转速n跟随转速给定电压变化，稳态无静差。2)对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。
(2) 电流调节器ACR的作用1) 起动过程中保证获得允许最大电流，从而加快启动过程2) 在转速外环调节过程中，使电流跟随其电流给定电压变化。3) 电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。4)当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。
答：① 位置随动系统解决的主要问题是实现执行机构对位置指令（给定量）的准确跟踪。 随动系统一般称伺服系统 ② 位置随动系统与调速系统的相同点： 两者的控制原理相同，它们都是反馈控制系统，即通过对系统的输出量与给定量进行比较，组成闭环控制。 ③ 位置随动系统与调速系统的相异点：调速系统的给定量是恒值，不管外界扰动情况如何，希望输出能够稳定，因此系统的抗扰性能显得十分重要。 位置随动系统中的位置指令是经常变化的，是一个随机变量，要求输出量准确跟踪给定量的变化，输出响应的快速性、灵活性、准确性成了位置随动系统的主要特征。 位置随动系统在结构上往往比调速系统复杂一些。位置随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环，位置环是位置随动系统的主要结构特征。
异步电动机矢量控制
6
1、三相交流电产生旋转磁场
i
iA
0
iB
iC
C ωt
y
A · z x · B C
y
A z · B x· C ·
y
A
z · B x ·
60 0 900
wt=0
w t = 60
w t = 90
由此可见，交流电动机三相对称的静止绕组ABC，通以三相平衡的正 弦电流iA、iB、iC时，能够产生合成磁通势，这个合成磁通势以同步转 速沿A—B—C相序旋转。 2、两相交流电产生旋转磁场 这样的旋转磁通势也可以由两相空间上相差900的静止绕组 、 ，通 以时间上互差900的交流电来产生。
* i* * * i * 2/3相变换 iA iα B iC β
A1
-1
变频器
iT iM
反馈通道
旋转变换 A2
iα iβ 3/2相变换
A1
iA i B i C
M
以下任务是，从交流电机三相绕组中分离产生磁通势的直流分量和产生 电磁转矩的直流分量，以实现电磁解耦。解耦的有效方法是坐标变换。
13
8.2 坐标变换
异步电动机，也是两个磁场相互作用产生电磁转矩。不同的是，定 子磁势、转子磁势以及二者合成的气隙磁势都是以同步角速度在空 间旋转的矢量，且存在强耦合关系。——关系复杂，难以控制。
然而，交、直流电动机产生电磁转矩的规律有着共同的基础，电磁转矩 控制在本质上是一种矢量控制（直流电动机是特例），也就是对矢量的 幅值和空间位置的控制。
4
从电机学理论讲，任何电动机产生电磁转矩的原理，在本质上都是电动 机内部两个磁场相互作用的结果。
直流电动机，主极磁场在空间固定不变，与电枢的磁势方向总是互 相垂直（正交）、各自独立、互不影响（标量）。 例如他励电动机，励磁和电枢是两个独立的回路，可以对励磁电流 和电枢电流分别控制和调节，就能达到控制转矩的目的，实现转速 的调节。——控制灵活，容易实现。
矢量控制
（1）间接矢量控制系统
又称转差频率矢量控制系统，一般属于磁链开环控制。 它根据励磁电流分量 ism和转矩电流分量 ist 的给定值以及转 速检测值估算同步角速度 ，从而间接得到转子磁链相位角 ( 即d轴相对于三相静止坐标系中A轴的夹角)。
优点: 这类系统也具有结构简单、实现容易等优点，因此， 目前仍然得到了普通应用。
cos
C 2r/3S 2 3 c co os s(( 1 12 20 0o o))
sin
sin(120o)
sin(120o)
.
四、转子磁链定向的坐标系
实践证明：当将d轴轴线控制在电动机的转子磁链矢 量的方向上，得到的异步电动机的数学模型相对简单。异 步电动机矢量控制基于的数学模型就是采用这种按转子磁 场定向、同步旋转的Ｍ、Ｔ坐标系所导出的模型。
矢量控制
.
一、矢量控制的由来
直流电动机的磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定，所以
它的的数学模型简单，具有良好的转矩控制特性；而异步电动机的数学
模型由于多变量、非线性、强耦合的原因，控制要复杂得多，其转矩控
制特性很差。u
i
(R+Lp)-1
L
er
1(
1 )
2( )
TL Te
np
Jp
图1 异步电机的多变量、强耦合模型结构
ห้องสมุดไป่ตู้
AR
ASR
Lr npLm
ism
i
A
iA
r
电流
异步电机
i
C 2r /3s
B
控制
iB
矢量
÷
i
st
i
C
变频器
iC
电力电子专论—矢量变换原理与坐标变换-精品文档
矢量变换原理与坐标变换
2. 还知, 直流电机的磁链关系为:
F---励磁绕组 轴线---主磁通的方向,即轴线在d轴上,称为直轴(Direct axis). A---电枢绕组 轴线---由于电枢绕组是旋转的,通过电刷馈入的直流电产生电枢磁 动势,其轴线始终被限定在q轴,即与d轴成90度,称为交轴(Quadrature axis). 由于q轴磁动势与d轴主磁通成正交, 因此电枢磁通对主磁通影响 甚微. 换言之,主磁通唯一地由励磁电流决定, 由此建立的直流电机的 数学模型十分简化. 如果能够将三项交流电机的物理模型等效的变换成类似的模型， 分析和控制就变得大大简单了。
反变换关系与变换矩阵为:
3 i 2 i 1 2 2 i 3 i 1 6
u
，电流变换矩阵为C i ，则变换前后的电压和电流关系
uC uu
i C ii
假设变换前后功率不变，即
P iT u P i T u P P i T u i T u
T T T u ( C u i C u i u ii) C i C u T
坐标变换与变换矩阵
从而找出3/2磁动势等效下的两种电流间的对应关系及其变换矩阵，
i i 1 cos 120cos 240 N i i 0 sin 120 sin 240 N i
A 3 2 B C
为保证推导的严谨性，在非方阵中引入一个独立变量，称为零轴 电流。当定子绕组为Y 形接线时，可在变换矩阵中消去该独立因子 ）经推导整理可以得到3/2变换表达式，
1Fຫໍສະໝຸດ 两相旋转坐标 qF
1
d
坐标变换和变换矩阵
异步电动机矢量控制
19
3、定子绕组轴系的变换 (A B C )
下图表示三相异步电动机定子三相绕组A、C、C和与之等效的二相
异步电动机定子绕组 、 中各相磁势矢量的空间位置。三相的A轴
与二相的 轴重合。
B
假设当二者的磁势波形按正弦分 布，当二者的旋三相绕组和二相绕
12
矢量变换控制的基本思想和控制过程可用框图来表示：
旋转坐标系
静止坐标系
控制通道
ω* ψ*
控制器
iT* iM*
旋转变换 A-21
iα*
iβ*
2/3相变换
iA*
i
*
B
iC*
A
-1 1
变频器
iT iM 旋转变换
iα iβ 3/2相变换 iA iB i C
M
A2
A1
反馈通道
以下任务是，从交流电机三相绕组中分离产生磁通势的直流分量和产生 电磁转矩的直流分量，以实现电磁解耦。解耦的有效方法是坐标变换。
组的瞬时磁势沿 、 轴的投影
β
N3iB
N2iα N2iβ
α N3iA A
应该相等。（N2、N3为匝数）
C N3iC
3/2变换
N 2ia
N3iA
N3iB
cos
2
3
N 3iC
cos
4
3
2
4
N 2i 0 N3iB sin 3 N3iC sin 3
20
经计算整理，得：
i
N3 N2
i
A
1 2
iB
1 2
第八章 异步电动机矢量控制
主要内容：
矢量控制的基本思想 坐标变换 异步电动机在不同坐标系下的数学模型 异步电动机矢量控制系统举例
变频器简答题
四、简答1、简述直流调速及交流调速的优、缺点。
答案：直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标。
但由于采用机械式换向器，直流电动机的维修工作量大，事故率高；直流电动机的容量、电压、电流、转速的上限值，均受到换向条件的制约，在一些大容量、特大容量的调速领域中无法应用；使用条件受限制，特别是在易燃、易爆场合难于应用。
交流电动机的优点：容量、电压、电流、转速的上限值，不像直流电动机那样受限；结构简单、造价低；坚固耐用，事故率低，容易维护。
缺点：调速困难，简单调速方案的性能指标不佳。
随着交流电动机调速理论问题的突破和调速装置性能的完善，交流调速系统的性能已经可以和直流调速系统相匹敌，甚至可以超过直流系统。
2、异步电动机矢量控制的基本思想是什么？答案：异步电动机矢量控制是建立在动态数学模型的基础上的。
是仿造直流电动机的控制方式，把定子电流的磁场分量和转矩分量解耦开来，分别加以控制。
这种解耦，实际是把异步电动机的物理模型设法等效地变换成类似于直流电电动机的模式。
3、高性能通用变频器的类型有哪几种，各有什么特点？答案：高性能通用变频器的类型主要有三种：第一种是有速度传感器的矢量控制变频器；第二种是无速度传感器的矢量控制变频器；第三种是无速度传感器的直接转矩控制变频器。
第一种控制精度高且性能好但变频器系统价格昂贵；第二种和第三种控制精度和性能一般，但变频器结构简单，价格便宜。
4、在通用变频器中，对再生能量的处理方式有哪三种？答案：（1）耗散到直流回路中人为设置的与电容器并联的“制动电阻”中；（2）由并联在直流回路上的其他传动系统吸收；（3）使之回馈到电网。
5、1、PWM技术用于变频器的控制优势所在？答：PWM技术用于变频器的控制，可以改善变频器的输出波形，降低电动机的谐波损耗，并减小转矩脉动，同时还简化了逆变器的结构，加快了调节速度，提高了系统的动态响应性能。
3、变频器试运行时应检查的几点？（1）校对电动机的旋转方向。
交流异步电动机VF控制原理
定子相 电动势 （V）
定子相绕组有效匝数
E1 4.44 f1W1KW1Φm 每极磁通量(Wb)
定子频率(Hz)
绕组常系数数
VF 控制基本原理分析
三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：
E1 4.44 f1W1KW1Φm
E1 f1
CΦm
(恒磁通控制)
Φ的m 值是由 E和1 共f同1 决定的 和E 1 进行f1
标准字号：24号
标准字体： 思源黑体 CN Normal (正文) Times New Roman (正文)
运动控制技术及应用
交流异步电动机 VF 控制基本原理
目录
01 VF 控制基本原理定义 02 VF 控制基本原理分析
01 VF 控制 基本原理定义
VF 控制基本原理定义
变频器的控制方式
V/f 控制方式 转差频率控制
矢量控制 直接转矩控制
VF 控制基本原理定义
异步电动机为了保证电机磁通和转矩 不变，电机改变频率时，需维持电压 V 和 频率 F 的比率近似不变，这种方式称为恒 压频比控制，即：VF控制。
适当的控制，就可以使气隙磁通 保Φ持m额定值
不变。
VF 控制基本原理分析
三相异步电动机定子每相电动势的有效值为：
U1 Z1I1 E1
E1 f1
U1
- Z1I1 f1
CΦm
VF 控制基本原理分析
E1 f1
U1 -Z1I1 f1
U1 f1
CΦm
带定子压降补偿
VF控制特性图
不带定子压降补偿
补录
VF 控制基本原理分析
电机高速运行时，定子阻抗压降 Z1I1所占 E 1
的比重较小，可以忽略。电机低速运行时，定子
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）：化简可得转矩方程为：由式（2）可得转子磁链φr仅由定子电流励磁分量isM产生，与转矩分量isT无关，而isM和isT是相互垂直的，这两者是解耦的。
矢量控制变频调速系统结构如图1所示，从图1上可以看出系统采用了转速、磁链的闭环控制。
矢量控制的原理
矢量控制的原理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。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
直接转矩控制也称之为“直接自控制”，这种“直接自控制”的思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。
和矢量控制不同，直接转矩控制不采用解耦的方式，从而在算法上不存在旋转坐标变换，简单地通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。
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。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U / f ＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。
基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。
早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。
第四章 矢量变化控制技术
ud 1 r1 pLS u q1 11 LS ud 2 Lm p uq 2 12 Lm
11Lm
r2 pLr
12 Lr
11Lm id 1 i Lm p q1 12 Lr id 2 r2 pLr iq 2
0 Lm p 0 id 1 0 11 0 0 id 1 Ls p i i 0 0 0 L p 0 L p 0 q 1 s m q1 11 0 0 0 Lr p 0 id 2 0 0 id 2 Lm p 0 0 12 0 L p 0 L p r2 i m r q2 iq 2
图4-2 异步电动机M、T两相绕组模型
图4-3 α、β坐标与M、T坐标系统
iM ia cos i sin
iT i cos i sin
这样要调节磁场确定 iM 值，要调节转距确 定iT值，通过变换运算就知道三相电流ia、 ib、ic大小，控制ia、ib、ic也就达到预想目 的，达到控制转距(iT)、磁场(iM)的目的。
Li
完整的磁链方程
S LSS L r rS
LSr iS Lrr ir
电压方程
di dL di dL u Ri pLi Ri L i Ri L i dt dt dt d
实际上三相异步电动机定子三相绕组嵌在定于铁 心槽中，在空间上相互差 120°电角度，固定不 动。根据电机学原理知道三相绕组的作用，完全 可以用在空间上互相垂直的两个静上的 α、β绕组 的代替、三相绕组的电流和两相静止 α、β绕组电 流有固定的变换关系。 现在还要找到两相静止α、β绕组的电流，与两相 旋转的M、T绕组电流的关系。如果M、T、α、β 绕组电流iM、iT、iα、iβ都用矢量表示，如图4-3 所示为α、β坐标系统与M、T坐标系统。
异步电动机矢量控制系统
采用自适应控制算法，自动调整系统的参数，提高系统的适应性 和鲁棒性。
故障诊断与容错控制
引入故障诊断与容错控制技术，提高系统的可靠性和安全性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
控制算法实现
将控制算法程序化，实现 在微控制器或DSP上的运 行。
实时控制输出
根据控制算法计算结果， 实时输出控制信号，实现 对异步电动机的精确控制。
04
异步电动机矢量控制系 统的实验验证
实验平台的搭建
实验平台
为了验证异步电动机矢量控制系 统的性能，需要搭建一个实验平 台，包括异步电动机、变频器、 控制器、传感器等关键部件。
系统硬件的改进
电力电子器件
01
采用更先进的电力电子器件，如绝缘栅双极晶体管（IGBT）和
宽禁带半导体材料，提高系统效率。
电机本体
02
优化电机本体设计，降低电动机的损耗和温升，提高其运行效
率。
传感器
03
采用高精度、高可靠性的传感器，提高系统的测量精度和稳定
性。
系统软件的升级
实时操作系统
采用实时操作系统，提高系统的实时性和稳定性。
信号调理模块还需要具备抗干扰能力，以减小外部干扰对系统性能的影 响。
数字信号处理模块
数字信号处理模块是异步电动机矢量控制系统 的关键组成部分，负责对采集的信号进行数字 化处理和分析，以实现矢量控制算法。
数字信号处理模块通常采用高性能的微处理器 或数字信号处理器，具有高速、高精度、高稳 定性和可靠性等特点。
硬件配置
根据实验需求，选择合适的异步 电动机、变频器和传感器等硬件 设备，并确保它们能够满足矢量 控制的要求。
动车组传动与控制复习题及参考答案
动车组传动与控制复习题及参考答案中南⼤学⽹络教育课程复习题及参考答案动车组传动与控制⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性2.ATP3.电流型牵引变流器4.两电平式逆变器5.PI调节器6.准圆形磁链轨迹控制⼆、简答题：1.简述动车组的⼏种传动⽅式。
2.简述交流传动系统的优点。
3.CRH2型动车组牵引变压器低压侧共有哪些绕组？分别向哪些设备供电？4.动车组牵引变流器与牵引电机之间的参数匹配有哪⼏种⽅案？5.简述异步电动机的⼯作原理。
6.简要分析⽐较动⼒分散⽅式和动⼒集中⽅式动车组的特点。
7.简述异步电动机变压变频调速控制发展的三个阶段。
8.简述异步电动机⽮量控制的基本思想。
9.简述异步电动机直接转矩控制的基本思想。
10.直接转矩控制（DTC）与⽮量控制（VC）在控制⽅法上有何异同？11.异步电动机转差频率控制的规律是什么？12.简述四象限脉冲整流器的基本⼯作原理。
13.简述牵引变流器的类型及特点。
14.简述电压型四象限脉冲整流器的特征。
15.简述两电平脉冲整流器PWM控制原理。
16.简述牵引变流器中间直流储能环节的作⽤和组成。
17.简述CRH1型动车组牵引传动系统主电路的组成、各组成部分所包括的主要设备。
18.简要分析CRH1型动车组辅助供电系统。
19.简要分析CRH2型动车组辅助供电系统。
20.简述CRH2型动车组牵引传动系统的组成。
21.简述列车牵引⽹络控制系统的基本构成。
三、综合分析题：1.试分析CRH2型动车组牵引传动系统的特点。
2.试分析⾼速动车组牵引传动系统所采⽤的新技术。
3.试分析下图所⽰异步电动机转差频率控制系统的控制过程。
参考答案⼀、名词解释：1.异步电动机的机械特性：异步电动机的机械特性是指其转差率与电磁转矩之间的关系T em=f(s)。
2.ATP：列车⾃动保护系统（Automatic Train Protection，简称：ATP），亦称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定速度时即⾃动制动，当车载设备接收地⾯限速信息，经信息处理后与实际速度⽐较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。
矢量控制与V-F控制详解
矢量控制与V/F控制详解
一、矢量控制
1、矢量控制简介
矢量控制是一种电机的磁场定向控制方法:以异步电动机的矢量控制为例:它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气息磁链是连接定子和转子的.一般的感应电机转子电流不易测量，所以通过气息来中转，把它变成定子电流.然后，有一些坐标变换，首先通过3/2变换，变成静止的d-q坐标，然后通过前面的磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度.最后再经过2/3变换，产生三相交流电去控制电机，这样就获得了良好的性能。
综合以上:矢量控制无非就四个知识:等效电路、磁链方程、转矩方程、坐标变换(包括静止和旋转)。
矢量控制可以根据客户的需要微调电机，可以做伺服电机用。
不是以电机效率为最高追求，而是以工程要求，时刻跟踪反馈控制。
2、矢量控制详解
矢量控制概念：矢量控制目的是设法将交流电机等效为直流电机，从而获得较高的调速性能。
矢量控制方法就是将交流三相异步电机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，这样即可等效于直流电机。
矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。
矢量控制特点：变频器矢量控制，按照是否需要转速反馈环节，一般分为无反馈矢量控制和有反馈矢量控制。
1）无反馈矢量控制。
无反馈矢量控制方式优点是：
a）、使用方便，用户不需要增加任何附加器件。
异步电机矢量控制方法浅析
异步电机矢量控制方法浅析随着科技革命中三极管和可控硅的产生和发展，使得用电子来控制电力成为了事实，在新的电力控制时代，直流电与交流电之间的传动也成为了现实。
直流电与交流电各有优缺点，而能将两者融合的电机无疑将会受到社会使用者的追捧。
异步电机的控制就是通过矢量控制原理，将直流电与交流电的有点合二为一，是自身具有了较强的竞争优势。
本文通过阐述矢量控制的原理，继而对异步电机矢量控制的方式方法进行分析。
标签：异步电机；矢量控制；方法分析引言在当前的电机市场，具有矢量控制系统的电机性能较为先进，而异步电机，相对于永磁同步电机来说，更具有成本较低，起动更快的优点。
两种电机的共同点是都是使用矢量控制系统，而异步电机与永磁同步电机的矢量变换控制原理略有不同。
接下来，本文将先阐述矢量控制的基本原理，再以此为基础分析异步电机矢量控制的方式方法。
一、矢量控制基本原理矢量变换控制的方法时1971年德国学者提出的，也叫做磁场定向控制。
在此之前，电机控制方式是按照交流电机的稳态数学模型对电机进行控制，因此其动态性能不够理想，使得转矩受到响应而延缓了。
在这样的情况下，各国学者从电机的动态数学模型出发，探求出交流电机控制的规律。
直流传动因其控制精度高，控制精确而获得巨大发展，而交流电机则是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统。
但随着人们对交流电机的深入了解，逐渐发现了直流电机与交流电机各有优缺点：直流电机性能良好，但是结构复杂且难以维护，而交流电机则结构简单，维护方便，效率高。
由此可见，两种电机的融合关键之处在与调速，这也是转矩控制的关键问题。
矢量控制的理论依据就是根据电机统一理论，用坐标变换原则将机电能量进行转换。
而异步电机矢量控制的基本原理则是通过测量和控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理对异步电机定子电流的励磁电流分量和转矩电流分量分别进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
矢量变换控制的基础是坐标变换，有三条原则必须遵循：（1）不同坐标下产生的磁动势相同；（2）变幻前后功率不变；（3）电流变换矩阵与电压变换矩阵统一。
异步电机矢量控制
哈尔滨理工大学学士学位论文异步电机矢量控制系统研究摘要矢量控制理论于1971年由德国首先提出，此后产生了矢量控制技术，矢量控制技术可以将三相异步电机等效为直流电机，这样控制三相异步电机就等笑成了控制直流电机，从而交流调速就可以获得与直流调速系统同样的静、动态性能，开创了交流调速和直流调速相媲美的时代。
交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。
矢量控制方法的提出，使交流传动系统在动态特性方面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成为可能。
矢量变换控制的异步电机变频调速系统是一种高性能的调速系统，已经在许多需要高精度，高性能的场合中得到应用。
根据交流三相异步电动机的模型性质，构建矢量控制的整体框图，同时得出三相异步电动机在A、B、C静止坐标系统和二相同步旋转MT坐标系下数学模型，运用MATLAB下的SIMULINK搭建系统的仿真框图进行仿真。
关键词异步电机；矢量控制；SIMULINK仿真- I -哈尔滨理工大学学士学位论文Researching on asynchronous motor vector controlsystemAbstractThe vector control theory first proposed was in 1971 by Germany,after that, vector control technology was been created.The vector control technology, which can control the three-phase asynchronous motor as the DC motor,thus three-phase asynchronous motor obtained the same performance as DC converter system,and founded the time which the AC velocity modulation system compared with the DC velocity modulation system.With proposed of vector control method, the dynamic characteristic of the AC transmission system to have the remarkable improvement and the enhancement,thus caused the AC velocity modulation finally to replace to DC velocity modulation to become possibly.vector control system of asynchronous motor is a high performance speed-control system and has been used in a lot of situations of high precision and high performance.This thesis firstly describes the characteristics of the three phase asynchronous motor's mathematical model,and modeling methods modeling Process .And describes the mathematical model for an AC motor at A-B-C three phase reference frame and M-T two phase rotary reference frame at the same time.Keywords asynchronous motor；vector control system；Simulink- II -哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电力电子技术是现代交流调速的物质基础 (1)1.3 交流调速系统控制技术的发展 (2)1.4 脉宽调制技术 (2)1.5 本章小结 (2)第2章三相异步电机数学模型 (3)2.1 三相异步电机的工作原理 (3)2.2 三相异步电机物理模型 (3)2.3 坐标变换 (5)2.3.1 三相/两相变换（3/2变换） (6)2.3.2 两相/两相旋转变换(2s/2r)变换 (7)2.3.3 直角坐标/极坐标变换 (7)2.4 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型 (8)2.5 本章小结 (8)第3章异步电机矢量控制研究 (9)3.1 按转子磁场定向矢量控制的基本原理 (9)3.2 PWM变频原理 (10)3.3 矢量控制系统 (13)3.4 矢量控制系统在转子坐标系中的实现方案 (14)3.5 本章小结 (16)第4章系统仿真研究 (17)4.1 仿真工具语言MATLAB简介 (17)4.2 异步电机矢量控制系统仿真 (18)4.3 本章小结 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (30)- III -哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论1.1课题背景直流电气传动和交流电气传动在19世纪中先后诞生，交流调速和直流调速方案之争，长期以来一直存在。
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
1矢量控制基本原理
1矢量控制基本原理
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2-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流,通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流,,A B C i i i 和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s i αs i β的直流电流和。
m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，相当于励磁电流，sm i st i sm i t 绕组相当于电枢绕组，相当于与转矩成正比的电枢电流。
其中矢量控制系统st i 原理结构图如图2-2所示。
图2-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型
图2-2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和转矩分量，转sm i st i 子磁链仅由定子电流分量产生，而电磁转矩正比与转子磁链和定子电流r ψsm i e T 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2-3所示。
图4-2 带转矩内环和磁链闭环矢量控制系统的电气原理图
MATLAB 系统仿真系统设计
powergui A B
C +-
A
B C。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(上接第 7 页)(2)抓住概念之间相互关系讲解
通过分析不同概念间的本质联系，相对应的来 讲解学习，加深理解和记忆。例如讲还原、还原反 应、还原剂、还原性、还原型时，与氧化、氧化反 应、氧化剂、氧化性、氧化型对应讲解。
(3)抓住概念的本质讲解 有些概念的含义通过字面就能理解，但有些概 念含义.很深，必须经过深入的探讨，透过现象看本 质才能揭示出来。例如缓冲溶液的概念就是能够抵 抗外加少量强酸、强碱或稀释，而其溶液的 PH 值 保持不变的溶液。这种表达只是缓冲溶液所能表现 的化学性质，属于表面现象。要想了解缓冲溶液能 够抵抗外加少量强酸、强碱或稀释而不改变其 PH 值的本质，必须分析其组成，是弱酸和弱酸盐或弱 碱和弱碱盐，具有抗碱和抗酸能力。
3 巩固所学概念 学习化学概念，最终要理解掌握，记住并学会
运用。 (1)及时总结归纳
化学概念很多，而且各有特点，有时一节课中 的概念也较多，学生很容易造成混淆和淡忘，为了 使学生能够准确理解、掌握概念，必须及时总结， 抓住规律，澄清容易混淆的概念。
(2)强化练习，形成记忆
学完化学概念后最终要记忆并运用，精源自选择 设计练习题，对理解概念，运用概念并记住概念帮 助很大，在练中学，学中练，只有这样才能融会贯 通。
和的影响，直流电动机的电磁转矩：Te = KmΦmia
该关系式可由图 1（b）来表示，式中磁通φm 由励 磁电流 im 产生，若忽略磁路非线性影响，则φm 与 im 成正比而与 ia 无关。
图 1 直流他励电动机的结构图
直流电动机的运动方程式为 Te
− TL
=
GD2dn 375dt
由上式可知，当负载转矩发生变化时，只要调 节电枢电流 ia 就可以获得满意的动态特性。
0 引言
以数控机床为代表的机电一体化技术已得到快 速发展，矢量控制在各类电动机的控制中已经得到 相当普遍的应用。本文简介从直流电动机控制到交 流电动机的矢量变换控制的基本思想。
过去，直流电动机广泛应用于各种何服驱动系 统，因为通过调节励磁和电枢电流可很容易地实现 对转矩的控制，直流电动机一直居主导地位。但是， 由于换向器和电刷的原因，使直流电动机有它固有 的缺点，如制造复杂、成本高、需要定期维修、运 行速度受到限制、难以在有防腐防爆等特殊的场合 下应用。而交流电动机，相对而言，结构简单、坚 固耐用、便于维修、价格便宜。由于交流电动机具 有这些优势，所以多年来人们一直在致力于交流电 动机控制技术的研究，以交流系统取代直流系统。 以前由于交流电动机的数学模型较直流电动机复杂 得多，具有非线性、强耦合、多变量的特点，应用 经典控制理论很难控制交流电动机，所以一般采用 直流驱动装置。现在由于电机控制理论和电力电子 技术的发展为其提供了理论和技术保障，开始由交 流驱动装置取代直流驱动装置。
2 矢量变换控制的基本思想
交流异步电动机的转矩公式Te = CmΦmI2 cosϕ2 可知异步电动机的气隙磁通、转子电流与功率 因数都是转差率的函数，都是难以直接控制的。因 此，交流异步电动机的转矩控制问题就变得相当复 杂。矢量变换控制的基本思路是按照产生同样旋转 磁场这一等效原则建立起来的。
众所周知，三相固定的对称绕组 U、V、W， 通以三相正弦对称交流电流 iU 、iV 、 iW ，即产 生转速为ω1 的旋转磁场，如图 2（a）所示。
第3期
张武荣:异步电动机矢量变换控制的基本思想
.9.
3 结束语
矢量控制的实质是实现异步电动机定子电流的转矩 分量和励磁分量的解耦控制。
图 2 旋转磁场
参考文献 [1]王成元,周美文,郭庆鼎.矢量控制交流伺服驱动电机.北京: 机械工业出版社,1994. [2]史国生.交直流调速系统.北京:化学工业出版社,2001.
1 直流电动机控制简述
如直流他励电动机之所以具有良好的静动态特 性，是因为其两个参数：定子励磁电流 im 及电枢电 流 ia 是两个可以独立控制的变量，只要分别控制这 两个变量，就可以独立地控制直流他励电动机的气 隙磁通和电磁转矩。如图 1（a）所示为直流他励电 动机的结构图，若不考虑电枢反应的影响和磁路饱
2006 年 8 月
电大理工 Dianda Ligong
第 3 期 总第 228 期
异步电动机矢量变换控制的基本思想
张武荣
沈阳工业大学 ( 沈阳 110021 )
摘 要 异步电动机内部电磁关系复杂，定子电压、电流、频率与电机磁通和转矩之间没有简单的对应关系。 仿照直流电动机中的解耦控制。
关键词 异步电机 等效变换 矢量控制
[3]陈伯时,陈敏逊.交流调速系统.北京:机械工业出版社, 2002.
图 3 等效绕组
产生旋转磁场不一定非要三相对称绕组，除单相绕 组外，两相、三相、四相绕组等任意多相对称绕组， 通以多相对称电流，都能产生旋转磁场。图 2（b） 所示是两相固定绕组α和β（空间位置上差 90°）， 通以两相对称交流电流 iα和 iβ（时间上差 90°）， 也能产生旋转磁场φ。若这旋转磁场的大小与转向 都与图 2（a）所示的三相绕组产生的合成磁场相同 时，则图 2（b）的两相绕组α和β与图 2（a）的三 相绕组等效。图 2（c）中有两个匝数相等互相垂直 的绕组 M 和 T，分别通以直流电流 iM 和 iT，产生位 置固定的磁通φ。如果这个磁通φ与图 2（a）、（b） 交流电机产生的合成磁通相通，且这两个绕组也同 时按交流电机同步转速ω1 旋转，则磁通φ自然随着 旋转起来，绕组 M 和 T 也就和图 2（a）、（b）中的 绕组等效。当观察者站在铁心上和绕组一起旋转时， 在他看来，是两个通以直流电的互相垂直的固定绕 组，如果取磁通φ的位置和 M 绕组的平面正交，就 与等效的直流电动机的绕组没有区别了，如图 3 所 示。其中 Fa 是电枢电动势，F1 是励磁磁动势，绕组 1-1′是等效的励磁绕组，绕组 a-a′是与换向器等 效的电枢绕组。这时，图 2 中的 M 绕组相当于励磁 绕组，T 绕组相当于电枢绕组。这样，以产生同样 的旋转磁场为准则，图 2（b）的两相绕组和图 2（c） 的直流绕组等效。iU、iV、iW 与 iα、iβ及 iM、iT 之间 存在着确定的关系，即矢量变换关系。要保持 iM 和 iT 为某一定值时，则 iU、iV、iW 必须按一定的规律 变化。只要按照这个规律去控制三相电流 iU、iV、 iW，就可以等效地控制 iM 和 iT，达到控制转矩的目 的，从而可得到和直流电机一样的控制性能。