上海大学运动控制2复习p

110
u2
uA uB
uC
t1 2
uA uB
uC
t2 2
t0
T0
t2 2
t1 2
t2 2
t1 2
t0
T0
t1 2
t2 2
(a)
(b)
零矢量集中的SVPWM实现
u0 u1
000 100
u2
110
u7
111
u2
110
u1 u0
100 000
uA
uB
uC
t0 4
t1 2
t2 2
t0 2
t2 2
t1 2
t0 4
电流检测 与变换
~
* 1

*

ASR

* s
1*

U s* f (1* , I s )
U s*

PWM 控制
~
FBS速系统结构原理 图
启动过程（转矩上升、恒转矩加速、 转速调节）

突加给定 =》 ASR输出增加，转矩上升，电流上升 =》ASR很快饱和，输出为限幅值（假定转速调节 器ASR的比例系数足够大， ）给定定子频 * 率 1 s max ,起动转矩等于系统最大的允许输出转


1、交流拖动控制系统的发展与应用领域 性能一般调速系统: 转速开环变压变频调 速系统 高动态性能调速系统:矢量控制系统和直接 转矩控制系统


2、异步电动机调速系统按转差功率处理方式 的分类 转差功率消耗型调速系统 转差功率馈送型调速系统 转差功率不变型调速系统（变压变频调速系统 （包括开环VVVF,矢量控制和直接转矩控制系 统 ））
*
控制 器
i
* st
逆 旋转 * 变换 is VR-1
i s*
i* A
2/3 变换
* iB
iA 电流 i B
跟随 控制
i s
3/2 变换

旋转 变换 VR
ism
i st
等效直 流电动 机模型
r
i
* C
iC
is


2. 按转子磁链定向的作用，经过坐标变换和按转子磁 链定向得到的等效直流电动机模型。

当定子相电压为三相平衡正弦电压时，合成电压 矢量以电源角频率为电气角速度作恒速旋转的空 间矢量，它的幅值不变，是相电压幅值的3/2倍， 当某一相电压为最大值时，合成电压矢量就落在 该相的轴线上。
us uAO uBO uCO 2 2 2 j 2 4 j 2 U m cos(1t ) U m cos(1t )e U m cos(1t )e 3 3 3 3 3 3 U m e j1t us e j1t 2

磁链开环转差型矢量控制系统-间接定向
r*
Tr p 1 Lm
* ism

* st
ACMR
* u sm
*
T
* e

ASR

Lr i n p Lm

ACTR
* ust
逆 旋转 变换 VR-1
* us
* us
SV PWM 控制
~
iB
M
ism
ist
Lm Tr

s* 1*

3/2 旋转 变换 is 变 换 VR
T0
零矢量分布的SVPWM实现
SVPWM控制方法的特点



用相邻的2个有效工作矢量，可合成任意的期 望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关 周期越小，旋转磁场越接近圆，但功率器件的 开关频率提高。 利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计 算简便。 与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的 输出电压可提高15%。
5.5转速开环变压变频调速系统

转速开环恒压频比控制调速系统组成原理，开 环系统存在的问题（有静差调速系统）。
5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调 速系统


转差频率控制的基本思想？ 如何保持气隙磁通恒定？ 转差频率控制系统结构、启动过程和加载过程 分析？ 最大转差频率的确定

转差频率控制的基本思 想：在保持气隙磁通不 变的前提下，在临界转 差频率范围内异步电动 机的电磁转矩近似与转 差频率成正比，因而可 通过转差角频率来控制 转矩。
us 2
ψs 2
us1
1
O
ψ s3
ψ s1
j ( 1t ) 2
ψs 4
us 4 us 3
PWM逆变器基本输出电压矢量，六边形旋转 磁场的形成
u3
u2
u4
O
u0 , u7
u6
u1
u5
图5-26 正六边形定子磁链轨迹
在一个周期内，6个有效工作矢量顺序作用一次，
定子磁链矢量是一个封闭的正六边形。（在直流 母线电压一定时，变频调速时插入零矢量可保持 定子磁链最大值不变）
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
恒压频比控制

异步电动机绕组中的电动势是难以直接控制的，当电动势值 较高时，可忽略定子电阻和漏磁感抗压降，认为 U s Eg ，则 得
Rs
Lls Lm I
0
Llr′ I’r
Rr ′/s
Us 常值 f1
Us
Is
1
这就是恒压频比的控制方式。

低频时，补偿定子 电阻和漏磁感抗压 降
最大转差频率：与起动转矩和允许 电流有关
第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统
异步电动机动态数学模型的性质。（多变量、 非线性、强耦合） 坐标变换的基本思路，变换的原则――在不 同坐标下所产生的磁动势完全一致；变换的 前提――变换前后总功率不变。




经过坐标变换之后，异步电动机的数学模型有 了什么样的变化。 经过3/2变换，减少变量维数，简化定子 与转子自感矩阵。经过旋转变换，简化电感矩 阵。但电压方程中旋转电势非线性耦合严重。 三相对称正弦电流经过3/2变换后，在两相静 止坐标系的电流？两相电流的基本特征与三相 电流关系？在两相同步旋转坐标系下的电流？ 分析基本特征。（作业6.1 6.2）
iA iB
iC
i s
3/2 变换
i sm
旋转 变换 （VR）
Lm Tr p 1
r
Te

is
i st
L np m Lr

np Jp

TL
等效直流电动机模型

3. 矢量控制系统的分类、典型的系统结构和主要环 节的作用。

根据转子磁链是否闭环，矢量控制系统分为直接定向 和间接定向两种。
r*
图5-5 异步电动机调压调速的机械特性

交流电机旋转磁场同步转速随定子电压频率而变 化
60 f1 601 n1 np 2n p
异步电动机转速为：
n n1 (1 s) n1 sn1 n1 n
n
注：稳态转速降落 与负载有关。

从异步电动机感应电势与气隙磁通关系入 手分析理解变压变频调速的基本原理（电 压、电流、磁通、转矩等变化规律 ）。
期望空间电压矢量合成方法
2usT0 t1 sin( ) Ud 3
u2
t2 u2 T0
us
θ
2usT0 t2 sin Ud
T0
O
t1 u1 T0
u1
/3 Nw1
N 指一个 / 3扇区
分成了N份，w1为输出基波电压角频率
基波线电压最大幅值
Ulmmax 3Ummax Ud
n15 n
基频 以上
临界转矩，临 界转差率，机 械硬度变化
n14
n1N
固有特性
基频 以下
n11
n12
n13
低频补偿后特性
0
Te
基频以下电压补偿控制时的机械特性。（恒 转子 磁通控制时机械特性为一条直线）




a）恒控制 b）恒定子磁 通控制 c）恒气隙磁 通控制 d）恒转子磁 通控制
s n
0 n1
u
ur uc
O
t
uo Ud O -Ud
uo f
uo
t
图6-6
电流跟踪PWM(CFPWM)控制技术原理及其 特点

HBC
Ud 2
VT1
i
* A
VD1
VD4

iA
-1
A
2h
VT4
Ud 2

磁链轨迹跟踪控制 （SVPWM控制技术）： 基本概念、空间矢量的 定义、电压和磁链空间 矢量关系、PWM逆变器 基本输出电压矢量、正 六边形旋转磁场、零矢 量的作用、期望空间电 压矢量合成方法、基波 线电压最大幅值 。


*
AR
* ism

i
* st
ACMR
* u sm

ASR

ACTR
u
* st
逆 旋转 变换 VR-1
* us
u
* s
SV PWM 控制
~
iB
M
ism

r
转子 磁链 计算
ist
is
3/2 旋转 变换 is 变 换 VR
is
iA

i s
FBS
定子电流励磁分量和转矩分量分别控制的直接定向型 矢量控制系统
异步电动机按转子磁链定向的矢量控制

1. 异步电动机矢量控制的基本思想。
通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转 正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。 仿照直流电动机的控制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 反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。

* r
* ism

第五章 基于稳态模型的异 步电动机调速系统



异步电动机调压调速时的机械特性、调 速范围、转差功率变化。 从定子相感应电动势和气隙磁通关系入 手理解变压变频调速的基本原理。 掌握异步电动机变压变频调速时的机械 特性和特点，转差功率变化。（三种不同 电压补偿控制方式下的机械特性 ）
异步电动机调压调速的机械特性（临界转差率， 临界转矩，转差功率变化，负载性质不同时的 调速范围）
电压与磁链空间矢量的关系

当电动机转速不是很低时，定子电阻压降 所占的成分很小，可忽略不计，则定子合 成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为 dψ s us dt
定子磁链矢量增量

当电动机由三相平衡正弦电压 供电时，定子磁链旋转矢量
ψs s e
us 1 s e
j (1t )
is
iA


1 p

FBS

4. 两种常用的矢量控制系统的转矩控制方式。 （转矩闭环，在转速调节器的输出增加除法环 节）

5. 两种实用的转子磁链计算模型和特点。
iA
Te
Tem
0
sm
s
如何保持气隙磁通恒定？

对定子电流补偿控制，以抵消定子电阻和漏抗的 压降。常仅采用幅值补偿。在不同的定子电流
时，按照函数关系控制定子电压和频率，就能 保持气隙磁通恒定 。
Us
U sN
I s 增大
U s f (1 , I s )
Cg 1
1
转差频率控制系统结构，启动过程和加载过 程分析，确定最大转差频率

空间矢量的定义(按照新版 教材定义)：
uAO uBO uCO 2 u AO 3 2 u BO e j 3
B ( e j )
us
u BO
u CO
O
u CO
u BO
u AO
A(e j 0 )
2 uCO e j 2 3 us uAO uBO uCO
C (e j 2 )
SVPWM控制技术：空间矢量的定义、电压和磁链 空间矢量关系、PWM逆变器基本输出电压矢量、期 望空间电压矢量合成方法SVPWM的实现和SVPWM 控制技术特点。
交直交PWM变频器的主回路结构及其特点
+
Ud 2
M ~
A B
~
+
Ud 2
O'
C
O
SPWM技术及原理。

以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为 调制波（Modulation wave），以频率比期望 波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），当调制波与载波相交时，由它们的 交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获 得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。
Us UsN
b带补偿， a无补偿
b a
0
f1 N
f1
恒压频比控制特性
带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
恒压频比控制特性
f 1N
f1
Us
m
恒转矩调速 恒功率调速
UsN
mN
Us
m
0
f1 N
f1
异步电动机变压变频调速的控制特性

掌握异步电动机变压变频调速时的机械特性和 特点（转差功率不变型）。
矩，系统恒转矩升速，定子电流维持启动电流不变。 随着转速的增加，定子频率增加，定子电压按照电压 频率变化关系增加。 转速略有超调，ASR退饱和，转速调节达到稳态，稳 态时转差频率与负载有关。

加载过程

负载转矩增大 =〉转速下降=〉在外环作用下，给定 转差频率上升，电磁转矩增大=〉转速回升，到达稳 态时，转速仍等于给定值，电磁转矩等于负载转矩。
SVPWM的实现和特点

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，一般在减 少开关次数的同时，尽量使PWM输出波型对 称，以减少谐波分量。有零矢量集中和零矢量 分散两种方法。
u1
100
110
u2
u7
111
u2
110
u1
100
u2
110
u1
100
u0
000
u1
100
a
b
d
c
1 0
Te
交流PWM变频技术

异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流 电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成 的静止式功率变换器，一般称为变频器。


变频器的构成 常用交直交PWM变频器的主回路结构及其特 点。 SPWM技术及原理。 电流跟踪PWM(CFPWM)控制技术原理及其 特点。