全数字化的异步电机矢量控制系统
异步电机矢量控制数字化系统设计与实现
异步电机矢量控制的数字化系统的设计与实现摘要：为了满足交流传动系统对异步电机控制的要求，根据异步电机的工作原理和矢量控制的原理，详细分析了空间矢量脉宽调制（svpwm）算法和控制实现方法，建立了以tms320f2812型dsp 为控制核心的异步电机矢量控制数字化实验平台，实现了对异步电机的高效控制。
实验结果表明，该数字化系统具有良好的性能，实现方法简单有效便于工程实际应用。
关键词：异步电机矢量控制空间矢量脉冲调制 tms320f28121 引言矢量控制以磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系下的交流量变换到旋转坐标系下的直流量，可以将定子电流分为励磁电流与转矩电流进行分别控制，进而控制异步电机的转矩、转速[1]，从而使电机的控制效果达到直流电机的控制效果。
本文采用基于转子磁场定向的矢量控制结合svpwm对异步电机进行控制[2，3]。
以三相对称正弦电压供电时的理想圆形磁通为基准，用逆变器不同开关模式进行组合，使实际磁通逼近基准磁通。
以tms320f2812型dsp为控制核心，进行了数字化异步电机调速控制系统的研究。
2 svpwm原理及实现2.1 svpwm原理交流电机的对称三相正弦供电电压所合成的电压矢量us是一个旋转的空间矢量，以角速度ω=2πf按逆时针方向匀速旋转。
逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，定义开关函数 sx （x=a、b、c）为：（sa、sb、sc）的全部可能组合共有八个，6个非零矢量ul（001）、u2（010）、u3（011）、u4（100）、u5（101）、u6（110）和两个零矢量u0（000）、u7（111），如图1所示。
图 1 电压空间矢量图2.2电压空间时间作用时间的计算对于任意的电压矢量，可以通过某两个基本空间矢量来合成，以第一扇区为例：（2）其中ts为参考旋转电压矢量uref的作用时间，t1和t2分别为电压矢量u4和u6的作用时间，在αβ坐标系下有：（3）从上式可以得到，相邻电压空间矢量作用时间t1、t2。
感应电动机全数字矢量控制系统的设计
算的工作效率和质量， 为实现测量数据处理的微机 自动化奠
定 了 ｌ 拭晨 救
２ ６ 第４ ０年 期 ０
Ｗ Ｍ逆变器 ， 采用这种控制方法的原因：１ＳＷＶ逆变器的 （ ）Ｐ ｌ ｌ 输出比六阶阶梯波更好的输出电压波形；２ 能抑制或消除 （） 低次谐波， 使负载电机可以在近似正弦波的交变电压下运 行， 脉动转矩小， 大大扩展了拖动系统的调速范围， 并提高系
节无关 ， 加快了系统的动态响应。
１３ 滤 波抗 干扰 电路 ． １３ １ 采用低通滤波 电路 ．．
向相反 。 磁场减小 ， 随着 减小。因为放大器 的放大倍数 使
很大 ， 最后的结 果是
ｌ ＮＰ≈ Ｉ Ｎｓ Ｐ ｓ
０ Ｂ一０ 此时 ： ， ，
为防止高频 干扰 ， 在硬件设 计 中， 多处采 用 了低通 滤波
图 １ 。 图 ２ Ｍ 法测 速 电 路 原 理 图
图 ２中， 时器 、 定 汁数器可用 ８Ｃ ９ＭＣＭ ０ Ｉ６ ／ Ｄ内部的定时／ 计数 器 Ｔ 和 ｒ 来完成 。采用时钟上升沿有效 、 １ Ｉ ２ 直接复位 的 Ｄ触 发器和门电路 ， 以实现定时和计数 的起始 同步。Ｃ Ｕ发出 用 Ｐ 启动检测信号后 ， Ｐ脉冲下一个 上升沿到 来时 Ｑ被置位 ， 在 开始定时、 计数 。当定 时器预算 的定 时时 间 Ｔ到时 ， ｃ Ｕ 向 Ｐ
统的性能。 １２ ３ 中间滤波环节 ．．
本系统采用大电容做为中间滤波环节。采用大电容作 为中间滤波环节， 可能会使系统的动态响应速度变缓慢， 但 是 由于 ＳＷＭ逆变环节 同时实现调压调频 ， Ｐ 而使其与 中间环
图３ 磁场平衡式霍尔电流传感器原理 图 绕在聚磁环上的线圈 ， 生的磁势和待 测电流产生 的磁势方 产
异步电动机的矢量控制系统
isT 轴模型
cosφ sinφ
cosφ sinφ
注意：如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为控制器中反 旋转变换器与电机内部的旋转变换环节相抵消，2/3变换器 与电机内部的3/2变换环节相抵消，则虚框内的部分可以删 去，剩下的就是直流调速系统。
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28
控制Βιβλιοθήκη i*sM M Ti*sT
(7 21)
小结：矢量控制基本方程☆
r
Lm 1 Tr
p
isM
或 : isM
1
Tr Lm
p
r
(7 12)
Te
np
Lm Lr
isT r
(7 15)
sl
Lm
Tr r
isT
(7 -17)
24
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二、矢量控制方法
既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那 么，模仿直流电动机的控制方法，给出直流电动机的控制量， 再经过相应的反变换就能控制异步电动机。
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cosφ sinφ
根据单位矢量获取方法的不同，矢量控制方法可分为两种： ✓直接矢量控制(由Blaschke发明) ✓间接矢量控制(由Hasse发明) 。
当矢量控制所用单位矢量和磁链是直接检测到的或由检 测到的电机的端子量及转速计算得到时，被称为直接矢量 控制，也可称为磁通反馈矢量控制（Feedback Vector Control）。
MT坐标系： 规定d轴沿转子磁链Ψr方向，并称之为M (Magnetization)轴， q轴则逆时针转90º，即垂直于转子磁链Ψr，称之为T (Torque)轴。这样的两相同步旋转坐标系就规定为MT坐标系， 或称按转子磁场定向(Field Orientation)的坐标系。
基于ARM核微控制器的异步电机矢量控制
以像直流电机一样控制 ， 与传统采用 Ｖ Ｆ ／ 控制相比， 矢量控制存在着控制精度高，动态性能好等特点。 随着计算机技术飞速发展 ，以微处 理器为核心 的 全数字化控制 电路 已被广泛采用 ， Ｍ处理 器核 因其 ＡＲ 卓越的性能和显著优点，已成为高性能、低功耗、低 成本嵌 入式处理器核 的代名词 。一些基于 ＡＲＭ 核的 微控制 器都可支持Ｄ Ｐ 算并能够达到较 高的运算指 Ｓ运 标 ， ３位微控制 器作为整个 系统的 Ｃ Ｕ， 用 ２ Ｐ 能够弥补 单 Ｄ Ｐ芯片在控制方 面的不足 ， ｓ 节约成本并 降低 系统 的复杂性 。同时 ，在一定程度上可取代 由 ８ 位和 ｌ 位 ６ 单 片机构成的双 Ｃ Ｕ控制的异步电机调速系统。 Ｐ 在低 成本的变频调速系统 中有着 良好的发展前景 。 １ Ａ Ｍ微控制器一 ＬＣ ２０ Ｒ Ｐ２１ 特点 ＡＲ Ｍ处 理器核具有小 体积 、 低功耗 、成本低 、 高 性能的特点， 它支持 Ｔ ｕ ｂ （ 位 ）／ Ｒ （２ ｈｍ １ ６ Ａ Ｍ ３ 位） 双指令集， 能很好的兼容 ８ ／ ６ 位 １ 位器件 ， 并且大量使 用寄存器， 使得指令执行速度更快 ， 大多数数据操作都 在寄存器当中完成 ， 寻址方 式灵活并且 简单 ， 行效率 执 高， 指令长度固定。Ｐ ＬＰ ＨＩＩＳ公司的 Ｌ Ｃ ２ ０ Ｐ ２ １ 微控制 器是基于 ＡＲ Ｔ Ｍ７ ＤＭ卜 Ｓ 的 ， ＲＭ７ Ｄ 支持 ６ 核 Ａ Ｔ Ｍ１ ４ 位结果的乘法 ， 半字 、 有符号字节存取 ， 支持Ｔ ｕ 指 ｈ ｍｂ 令集 ；２Ｘ８ Ｓ ３ Ｄ Ｐ乘法器 ；２ ３ 位寻址空 间 － Ｇ ４ Ｂ线形地
（ 昆明理 ｉｇ Ｘｉ ｇＦ ｎ ｈ ｎ Ｚ ａ ｇＹ ｎ Ｆ ｎ Ｙ ｎ ｌ ｉ ｎ Ｊ ａ ｅ ｇ ｏ ｇ ｎ ｈ ｎ ｏ ｇ ａ ａ ｇｉ ｕ
基于新型电机模型的异步电机矢量控制系统的研究
。机械 与电子ｏ
Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ
２ ０ １ ３ 年
第１ 期
基于新型电机模型的异步电机矢量控制系统的研究
候 磊
（ 淮南 矿业 集 团有 限责任 公 司 丁集煤 矿 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ，ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉｍｅ ｒ ｎ ｔ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｏ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ．
的 瞬 时 空 间 位 置 角 ： 咖 ＝ ｝ ＝ ｝ （ ｑ ＋ △ ）
，
从而得到 的幅值为 ＝ 三 ， 式中 ＝ 为转子绕 组时 １ ‘ 十１ ， 型用来计算转 子磁链矢 量 的幅值和瞬时空间相位角 ． 提供给磁链 观测与转矩控制使用 ． 异步电机模 型主要有电压模型和 电流模 型两 大 间常数 ． Ｓ 为微分算子 类． 使用较多 的为 电压模 型 ． 但其存 在纯积分饱 和 、 零点 漂移等问题 。 从 上式可知 ． 转差频率 的精度受转子角频率 甜 的信号影 响很 大 ， 在此基 础上提出一种新型的电机模 型 ． 将 电流模 型引入 电压模 型． 使 微小的 ｍ 一 误差都会被认为是很大 的 △ ∞偏差 ． 从 而严 重抑 制系统的控 两种 电机模 型得到有 效的互 补 ， 克服电压 模型、 电流模型各 自的不 足 ， 制精 度
异步电机矢量控制
摘要因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。
直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。
并用MATLAB最终得到了仿真结果。
关键词：矢量控制非线性 MATLAB仿真目录摘要 (I)1 异步电动机矢量控制原理及基本方程式 (1)1.1矢量控制基本原理 (1)1.2按转子磁链定向的基本方程 (2)2 dp坐标系的异步电动机模型 (4)2.1坐标变换原理 (4)2.2建立dq坐标系下电机模型 (6)3 矢量控制系统设计 (7)3.1 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (7)3.2 MATLAB系统仿真系统设计 (8)3.3 PI调节器设计 (10)4 仿真结果 (11)4.1 电机定子侧的电流仿真结果 (11)4.2 电机输出转矩仿真结果 (12)4.3 电机的转子转速仿真结果 (13)4.4 转子转子磁链仿真结果 (13)心得体会 (16)参考文献 (17)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及基本方程式1.1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。
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
异步电机矢量控制原理
异步电机矢量控制原理
异步电机是目前应用最广泛的电机之一，它具有结构简单、体积小、重量轻、价格便宜等优点，因此在各个领域都有广泛的应用。
异步电机的控制方法也有很多种，其中矢量控制是一种常用的控制方式，它能够实现对异步电机的精确控制，提高系统的性能和效率。
矢量控制的基本思想是将异步电机分解为磁场定向和磁势定向两个控制量，通过对这两个量的控制来实现对电机的控制。
磁场定向是指将电机的磁场方向控制在与转子磁场同步的方向上，使电机的转子能够跟随旋转磁场运动；磁势定向是指将电机的磁势大小控制在所需的范围内，以实现对电机的转矩控制。
在矢量控制中，需要对电机的电流、转矩、转速等参数进行测量和计算，以实现对电机的控制。
其中，电流矢量的计算是矢量控制的核心。
电流矢量的计算通常使用dq坐标系，将三相交流电流转换为直流电流和交流电流分量，然后通过矢量旋转变换将dq坐标系转换为电机坐标系，从而实现对电机的控制。
在实际应用中，矢量控制通常需要配合PID控制器等控制算法一起使用，以实现对电机的精确控制。
PID控制器是一种常用的控制算法，它通过对误差、积分项和微分项的计算来实现对控制量的调节，从而使系统达到稳定状态。
除了基本的矢量控制外，还有一些改进的矢量控制算法，如自适应矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制等。
这些算法在不同的应用场景中具有不同的优缺点，需要根据具体情况进行选择和应用。
异步电机矢量控制原理是一种常用的电机控制方法，它能够实现对电机的精确控制，提高系统的性能和效率。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的矢量控制算法，并进行合理的控制参数设计和调节，以实现最优的控制效果。
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。
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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。
异步电机矢量控制系统性能优化及仿真分析
ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｍ ａ ｙ ａ ｐ ｐ ｅ ａ ｒ ，ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｌ ｏ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ， ｂ ｉ ｇ ｏ ｖ ｅ ｒ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ，ａ ｎｄ ｐ ｏ ｏ ｒ ａ ｎ ｔ ｉ —ｊ ａ ｍ ｍ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｆ ｒ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ
统的性能得以优化。 关键词 ： 异步电机 ； 抗积分饱 和； 扰 动观测器 ； 抗干扰 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９ 文献标识码 ： Ａ
Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
摘要 ： 研究异 步电机矢量控制系统的性能优化问题。异步 电机具有 多变量 ， 非 线性 ， 强耦 合特性 。针对控制 系统采用 经典 Ｐ Ｉ Ｄ控制器时出现的速度 响应慢 ， 超调大 ， 抗干扰性能差 ， 提出了一种 采用 Ａ ｎ ｔ ｉ — Ｗ ｉ ｎ ｄ ｕ ｐ 控制和扰动观测器控制 的复合控制 方法 ， 来抑制积分饱 和现象 ， 可保证系统出现饱和时 ， 能尽快 的退饱 和 ， 同时利用扰动观测器对系统 的干扰进行估计和补偿 。 仿真结 果表明 ， 改进算法能很好地解决调速系统的超调问题 ， 加快速度 响应 ， 同时增 强了系统 的抗 干扰性能 ， 可 以使调速系
异步电动机矢量控制的基本思路
异步电动机矢量控制的基本思路1. 什么是异步电动机？大家好，今天我们来聊聊异步电动机，听上去是不是有点生涩？其实，这个词儿就像一杯淡淡的咖啡，虽然乍一看不怎么样，但细品之下却充满了风味。
异步电动机，顾名思义，它的转速并不是和电源频率完全一致的。
简单点说，就是电机的转速和电网的频率有点“拉锯”，就像朋友之间的小争执，谁也不愿意让步。
它是我们生活中常见的电动机之一，广泛应用于各种机械设备，比如空调、洗衣机，还有咱们家里常用的电风扇。
1.1 异步电动机的工作原理说到工作原理，这个就像是每个电动机的小秘密。
它是利用电流通过线圈产生磁场，与转子之间的相互作用来实现转动的。
可以想象一下，当你在滑冰场上，滑冰者的动作和滑冰场的冰面就像电机和电源之间的关系。
电流通过定子线圈，形成旋转磁场，而转子则在这个磁场的“引导”下开始转动。
虽然这个过程听起来复杂，但其实它的运行就像在舞池里跳舞一样，只要节奏对了，所有的一切就会顺畅无比。
1.2 为何要用矢量控制？那么，矢量控制又是什么呢？听起来像是高大上的术语，其实就是让电动机更聪明、表现更好的一种方法。
咱们都知道，电动机的性能好不好，转速和扭矩是关键。
这就像是赛车比赛，车速和加速度决定了谁能先冲过终点线。
而矢量控制的核心就在于将电机的电流分解成两个部分：一个是产生转矩的部分，另一个是控制磁场的部分。
通过这样的方式，我们就能精准地控制电机的运行状态，确保它能在各种条件下都表现得游刃有余，简直就像是专业赛车手在赛道上飞驰，毫无压力。
2. 矢量控制的基本原理接下来，我们聊聊矢量控制的基本原理。
想象一下，你在玩一款射击游戏，敌人四处移动，而你需要精准瞄准才能一枪命中。
矢量控制的思路就是这样，通过实时监测电机的状态，动态调整控制策略，确保电机能够适应不同的负载和运行环境。
它主要依靠两个重要的参数：电流和电压。
通过控制这两个参数，我们就能精确调节电机的运行状态。
2.1 参考框架矢量控制可以看作是建立在一个参考框架上的。
基于DSP的异步电动机矢量控制系统的设计
０ 引 言
随着现代 生产机械 自动化 的发展 ， 电力拖 动 系 对 统运行 的安全可靠 性要 求越来 越 高。实际应 用 中， 电 机与 配套装置通 常连在 一起 ， 因此 当电动 机发生 故 障
时， 势必影响生 产系 统。本文设 计 了以数字 信号 处理
图 １ 电机 拖 动 主 电路 图
制核心 ， 现对 系统 的数 据采集 、 实 处理及 控制 ， 测 电 检
路实 现 电流检测 、 流 电压 检测 、 直 转速检 测功能 ， 用 利
ｌ 电力 拖 动 系统 组成
电动机拖动系统 的电源采用交 一直 一 交变频供 电
静态 Ｒ Ｍ（ Ｙ Ｃ ０ １ Ｖ ３ 存储 器对程序和数据存储 Ａ Ｃ ７ １２ ３ ） Ｂ
矢 量 脉 宽 调制 技 术 ， 计 了三 相 异 步 电动 机 矢 量 控 制 调 速 系统 。该 系 统 精度 高 ， 时 性好 ， 较 好 的动 态 性 能 。 设 实 有
关键词 ： 异步 电动机 ； 数字信号处理器（ Ｓ ） 智能功率模块 （Ｐ ； ＤＰ ； ＩＭ） 矢量控制
中 图分 类 号 ：Ｍ３ １２ Ｔ ０ ． 文献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０４— ４０ ２ １ ）５— ０ ２— ３ １０ ０ ２ （０ ０ ０ ０ ５ ０
器进行扩展 ， Ｍ 模块采用 三菱公 司的 Ｐ ２ Ｒ Ａ ２ ， Ｉ Ｐ Ｍ ５ Ｌ １０
系统 。主电路 由整流 、 滤波和逆变 电路 ３大部分 构成 ，
如图 １ 示 。整 流 电路 采用 Ｓ Ｂ Ｃ ５ ２桥 式 整流模 所 Ｋ Ｐ ３１
实现直流 电的逆变 ， 提供 给异 步 电动机频 率可 调的三
机 床 电器 ２ １． ０ ０５
异步电动机的动态数学模型及矢量控制ppt
2021年12月24日9时18分
13
一、磁链方程式
极距
1轴 2轴
12 0
线圈2中产生的基波磁 势幅值为F2=N2i2
N1
N2
i2
图7-2 两线圈的磁链
2021年12月24日9时18分
14
运行中的转子与定子之间的夹角是 不断变化的.
两线圈轴线夹角为任意值：12
第一节 A、B、C 坐标系统异步电动机的动态 数学模型 第二节 空间矢量的概念 第三节 异步电动机的空间矢量方程式 第四节 空间矢量分解为x, y分量 第五节 坐标变换及坐标变换电路 第六节 异步电动机的矢量控制 第七节 异步电动机矢量控制系统举例
2021年12月24日9时18分
5
特权福利
VIP专享文档下载特权自VIP生效起每月发放一次， 每次发放的特权有效期为1个月，发放数量由您购买 的VIP类型决定。
每月专享9次VIP专享文档下载特权， 自VIP生效起每月发放一次，持续有 效不清零。自动续费，前往我的账号 -我的设置随时取消。
服务特 权
共享文档下载特权
VIP用户有效期内可使用共享文档下载特权下载任意下载券标价的文档（不含付费文档和VIP专享文档），每下载一篇共享文
磁链 aA, aB, aC;
a al aa ab ac
aA aB aC
2021年12月24日9时18分
18
一、磁链方程式
根据图7-1及式（7-6）得
A N11 N1iA N1mN1iA cos 0 N1mN1iB cos120 N1mN1iC cos 240
线圈都适用，取 12为该两线圈轴线的夹角即
可。
基于DSP的异步电机矢量控制变频调速系统研究
对 于控制精 度要求 较 高 的 系统 ， 常采 用矢 量 控 制方 法 ， 通 矢量 控制技术 已成 为 高性 能 异 步 电机 变频 调 速 系统 的 主 要方 案 。由于矢量控 制 系统结构 的复 杂性 ， 得控 制过 程 使 中需 要大量 的数学 运算 ， 电机控 制专用数 字 信 号处理 器 而
Ｔｈ ｓ ｎ ｉ ａ ｅ ｔ ｉ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｒ ａ ｒ ｓ ｅ ｔ ｎ ａ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｌ ｃ ｒｃ ｄ ｉ ｅ ｅ ｅ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｓ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｏ ｄ ｐ ｏ ｐ ｃ ｓ ｉ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｉ ｒｖ ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ；ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｏ ｏ ；ｄｇｔ ｌ ｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓｏ （ Ｐ） ｐ ｃ — ｏｔ ｇ ｅ ｔ ｒｐ ｌｅｗｉｔ ｄ ｌ— ｙ ｒ ｓ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍ ｔ ｒ ｉｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｓ ｒ ＤＳ ；ｓ ａ ｅｖ ｌ ｅｖ ｃｏ ｕｓ ｄ ｈ ｍｏ ｕ ａ ａ ｓ ｐ ａ ｔｏ Ｓ ｉｎ（ ＶＰＷ Ｍ ）
Ｑｉ ｚ ｏ ｇ ｕ Ａｉｈ ｎ
（ ｈ ｎ ｚ ｏ ａ ｈ ｒ ’ ｏ ｌｇ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ４，Ｃｈｎ ） Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ Ｔｅ ｃ ｅ ｓ Ｃ ｌ ｅ Ｚ ｅ ｇ ｈ ｕ ４ ０ ４ ｅ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｈ ｍａ ｉａ ｄ ｌｏ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｅ ｔｃ ｌｍｏ ｅ ｆ ＡＣ ａ ｙ ｃ ｒ ｎ ｓ ｍｏ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔ ｒ ｆｕ ｒｅ ｔ ｄ，ｂ ｓｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｉ ｍ ｔ ｒｏ ｈ ｏ ｏ ｌ ｘ ｏ ｉｎ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ＳＶＰ Ｍ Ｗ
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。
异步电动机矢量控制调速系统设计
异 步 电动 机矢 量 控 制 调 速 系 统 设计
异步电动机矢量控制调速系统设计
Ｄｅ ｉ ｆＡｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｓｇｎ ｏ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ Ｍｏ ｏ ｃｏ ｎ ｒ ｌＳｐ ｅ ｙ ｔ ｍ ｔ ｒＶｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔｏ ｅ ｄ Ｓ ｓｅ
陈 德 增 （ 岛科技 大学 ， 东 青 岛 ２ ６ ４ ） 青 山 ６ ０ ２
流调 速 最 终 取代 直流 调 速 成 为 可 能 。 目前 对 调 速特 性 要 求 较 高
的生 产 工 艺 已较 多 地 采 用矢 量控 制 型 变 频 调速 装 置 。
１ 矢 量 控 制
图 １ 矢 量 控 制 系 统 原理 结构 图
以 产生 完 全 一 致 的 旋转 磁 动 势为 准 则 ，在 三 相 坐 标 系 下 的 定 子 交 流 电流 ｉ ｉ ｉ通 过 ３ ／ Ｓ变换 ， 以等 效 成 两 相 静 止 坐 Ｂｃ 、 Ｓ２ 可
ｄｅ ｅｏ ｖ ｌｐｍｅｎ ｏ ｐｅ ｔ ． ｔｐｒ ｓ ｃ ｓ
Ｋｅ ｗｏｒ ：ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｓ ｏｏ ，ｅ ｌｔ ｎ， ｃ ｏ ｙ ｄｓａ ｙ ｈ ｏ ｏｕ ｍ ｔｒｒ ｇｕａ ｉ Ｖｅ ｔ ｒＣｏｎｒ ｌ ｏ ｔｏ
交 流 异 步 电动 机 是 一 个 高 阶 、 变 量 、 线 性 、 藕 合 的 被 多 非 强 控 对 象 ，采 用 参 数 重 构 和状 态 重 构 的现 代 控 制 理 论 概 念 可 以 实
经过 相应 的 坐 标反 变 换 ， 能够 控 制 异 步 电动 机 了。由于进 行 坐 就
图２
系 统 框 图
三 相 电 压 检 测 单元 、 速 反馈 单 元 、 制 信 号 输 出 单 元 等 部分 组 转 控 成 。系 统 框 图 如 图 ２所 示 ， 统 是 以 １ 系 ６位 单 片 机 ８ Ｃ１ ６为 控 ０ ９ 制 核 心 ，由一 些 硬 件 模 拟 电 路 组 成 异 步 电 动 机 的 矢 量控 制 变 频
三相异步电机 vf矢量控制
三相异步电机vf矢量控制
三相异步电机的VF（Voltage-Frequency，电压-频率）控制是一种基本的交流调速技术，它通过改变电源的电压和频率来调节电机的速度。
这种控制方式在恒转矩负载下可以保持电机输出转矩与频率成正比变化，以实现电机速度的平滑调节。
然而，VF控制存在一些局限性，如低频时由于电压降低导致的转矩不足、动态响应较慢以及无法精确控制电机磁通等。
而矢量控制（Vector Control），也称为磁场定向控制（Field Oriented Control, FOC），则是一种更为先进的交流电动机控制方法，尤其是对三相异步电机而言。
矢量控制通过对定子电流进行解耦处理，分别控制励磁电流分量（产生磁场）和转矩电流分量（产生转矩），使得电机能够在宽广的速度范围内获得接近直流电机的性能表现。
在矢量控制中，控制器根据电机模型实时计算出应该施加到电机上的最佳电压矢量，从而精准地控制电机的磁场强度和转矩输出，达到高精度的速度控制和快速的动态响应效果。
相比于VF控制，矢量控制能够有效提高系统的稳定性和动态性能，并能在低频运行时保持较高的输出转矩，适用于对速度控制要求较高的场合。
异步电机矢量控制基本原理
( ) T n L i i i i e p m s r s r
•
2.5 两相旋转坐标系下的数学模型
磁链方程
电压方程
usd Rsisd p sd psq usq Rsisq p sq psd rq urd Rr ird prd p( ) u R i p p( ) rd r rq rq rq
( i i i i i i ) sin( 120 ) A b B c C a
4．机械运动方程式
J d T e T L np dt
•
2.3 坐标变换
（1）三相静止坐标系（3s）
（2）两相静止坐标系（2s）
（3）两相旋转坐标系（2r）
(1) 从三相静止到两相静止坐标系（3s/2s变换）
A LAA LAB LAC L B BA LBB LBC C LCA LCB LCC a La A La B La C b Lb A Lb B Lb C c LcA LcB LcC
经推导整理可得：
(1) 转子磁链
Lm rd isd 1r p
(2) 电机转矩
L m T n rd isq e p L r
Lr 其中： r Rr
• 3.2 矢量控制基本原理
在转子磁场定向的情况下（同步旋转坐标系）
转子磁通幅值由定子电流d轴分量 i sd 控制
当转子磁通控制恒定时，电机转矩与定子电流q 轴分量 i sq 成正比
转矩方程 ( ) T n L i i i i e p m rd sq rq sd
三、异步电机矢量控制
将d轴选为转子磁链方向，则有：
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Ｒｌ Ｌｔ ＋ｐ
（） ２ 磁链 方程
Ｌ ０ Ｌ ０ ０ Ｏ Ｌ 一 ０ Ｌ ０ ０ Ｌ Ｌ ０
１ 异 步 电机 的数 学模 型
为分 析方便 ， 般 对 异 步 电机 进 行 如下 理 想 一
化假 设 ： １ 三 相定 子 绕 组 和 转 子 绕 组 在 空 间对 （）
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｔ ｅ ｔ ｓｍｏ ｅ ｆｔｅ ａ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｔｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏｏ ｕ ｒｅ ｔｄ ｗ ｓ ｆ ｕ ｄ ｄ Ａ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｍａｈ ｍａｉ ｄ ｌｏ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｍｏｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔｒ ｆ ｘ ｏ ｉ ｎｅ ａ ｏ ｎ ｅ ． ｃ ｈ ｌ
摘 要： 建立 了按转子磁场定 向的异步电机数学模型 ， 于转差频 率矢量控 制的原理 ， 基 以电机 控制专用
数字信号处理 器 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ４ Ｍ ３ ０ ２ ０为核心 ， 开发 了一套全数 字化异步 电机矢量 控制 系统 ， 采用 空间矢量 脉宽调制 方法以提高直流电压的利用率 。试验结果表 明， 控制系统具有 良好 的动 、 该 静态性能。
ｆ ｌ— ｇｔｌｓｉ ｒ ｑｕ ｎ ｙｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｌｄ ａ ｙｎ ｈｒ ｏ ｓｍｏ ｏ ｙ ｔｍ ｓｂ ｉｔｂ ｈ ｔｒｃ ｎｒ ｌｅ ｉｉａ ｏ ｅ — ｕ ｌｄｉｉａ ｌｐ ｆｅ ｅ ｃ ｅ ｔｒｃ ｎｒ ｌｅ ｓ ｃ ｏｎ ｕ ｔ ｒｓ ｓｅ ｗａ ｕ ｌ ｙｔ ｅ ｍｏｏ ｏ ｔｏｌ ｄ ｄ ｇｔｌｐｒｃ ｓ ｓ ｒＴＭ Ｓ ２０Ｆ ４０． Ｓ ｏ ３ ２ ＶＰＷ Ｍ ｓ ａ ｏ ｅ ｏ ｈ ｉｈｔｎ ｔ ｅ ｔｌｚ ｔｏ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ＤＣ ｏ ｔｇ ． Ｔｈ ｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｒｓ ｈｓ ｗａ ｄ ｐｔｄ ｔ ｅ ｇ ｅ ｈ ｕ ｉ ａ ｉｎ ａｉ ｏ ｈ ｖ ｌａ ｅ ｉ ｏ ｅ ｅ ｐ ｒｍ ｎ ｅ ｕ ｓ ｗ ｈ ｔｔ ｉ ｏ ｔｏｌｓ ｓｅ ｈａ ｏ ｄ ｄ ｎａ ｉ ｎｄ ｓａｉ ｒｏ ｍａ ｃ ｓ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｓｃ ｎ ｒ ｙ ｔ ｍ ｄ ｇ ｏ ｙ ｍ ｃ ａ ｔ ｔ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ． ｃ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ：ｓｉ ｒ ｑｕｅ ｙ ｖｅ ｔ ｏｎｔｏｌ ａｓ ｎｃ ｏ ｕｓ ｍ ｏ ｏ ｄ ｌｐ ｆ ｅ ｎｃ ｃｏｒ ｃ ｒ ； ｙ ｈｒ ｎｏ ｔ ｒ；ｄｉ ｉａｌｓｇ ｌｐｒ ｃ ｓ ｏ ｇｔ ｉ ｎａ ｏ ｅ ｓ ｒ；ｓ ａｃ ｃ ｏｒ ｐ ｅ ｖｅ ｔ ｐｕｌｅ ｗｉ ｈ ｏ ｓ ｄｔ ｍ ｄｕｌ ｔｏｎ ａｉ
ｐ ｍ Ｌ
一
１
Ｌ Ｒｔ Ｌ ｍ ＋ｐ ｒ
１
的缺点 ， 并能实现控制系统的全数字化。本文即 以 Ｔ ３０ ２ ０型 Ｄ Ｐ为 控 制 核 心 ， 建 了 一个 ＭＳ２ Ｆ４ Ｓ 构
全 数字化 的转 差频 率 矢 量控 制 系 统 ， 进 行 了试 并
验 研究 。
Ｌｒ １
维普资讯
迫 弗 与粒 制 应 闭 ２０， ７ 乙 ０７ ４（ ） ３
控制与应用技术 Ｅ ｃ Ｍ矗
全 数 字 化 的 异 步 电机 矢 量 控 制 系统
朝 泽云 ， 康 勇 ， 徐 至新 ， 钟和 清
（ 中科技 大学 电气 与 电子 工程 学院 ， 华 湖北 武 汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ４
（பைடு நூலகம் ２
０ Ｌ
称 分布 ， 相 电流所 产 生 的 磁 势在 气 隙 空 间 按正 各 弦 分布 ；２ 涡 流 、 饱 和 及 铁 心 损 耗 忽 略 不 计 ； （） 磁
（） ３ 不考虑 温度 和频率 变化对 电机 参数 的影 响 。
（ ｃｏｌ ｆ ｌｃ ｉａ ａｄＥｅｔ ｎｃＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｈ ａｈ ｎ ｎ ｅｓｙ Ｓｈ ｏ ｏ ｅｔｃｌ ｎ ｌｃ ｏｉ ｎｉ ｅｉ ， ｕ ｚｏ ｇＵ ｉ ｒｉ Ｅ ｒ ｒ ｎ ｎ ｖ ｔ
ｏ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｗｕ ａ ３０ ４ Ｃ ｉａ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃ ｎ ｌ ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， ｈｎ ） ｅ ｇ
机在 转子 磁场定 向 ｄｑ同步旋 转 坐标 系下 的 数学 － 模 型 。需 要说 明的是 ， 对于 笼型 异步 电机 ， 由于 电
机转 子短路 ， 以转 子端 电压为零 。 所
（） １ 电压方程
ｓ ｄ
Ｒ ＋
一
Ｌ ｓ Ｌ ｍ
一
Ｒｓ Ｌｓ ＋ｐ ０ ０
Ｌ １
一
关键 词 ： 差 频 率 矢 量 控 制 ； 步 电机 ； 字 信 号处 理 器 ； 间 矢 量 脉 宽 调 制 转 异 数 空 中图 分 类 号 ： Ｍ ０ ． ：Ｔ ４ 文 献标 识 码 ： 文 章 编 号 ：６ ３６４ （０ ７ ０ － ２ －３ Ｔ ３ １２ Ｍ３ ３ Ａ １７ －５ ０ ２０ ）７ ０ １ ０ ０
Ｆｕ ｌＤｉ ｉａ ｃ ｏ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｃ ｏ ｏ ｓ Ｍ ｏ ｏ ｙ ｔ ｍ ｌ・ ｇｔ ｌＶｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｏｌｄ Ａｓ ｎ ｈｒ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｓ ｓｅ
ＺＨＡＯ — ｕ Ｚｅｙ ｎ， ＫＡＮＧ ｏ ｇ ， ＸＵ ｉｘ ｎ， ＺＨ ＯＮＧ ｉ — ｉｇ Ｙｎ Ｚｈ — ｉ ｌｅ ｑｎ
０ 引 言
矢 量控制 技术 目前 已成 为 高性 能异步 电机 变 频 调速控 制 系统 的主要方 案 。 由于矢 量控 制系 统 结 构 的复杂性 ， 得 控制 过 程 中需 要 大 量 的 数学 使
运 算 。而 电机 控制 专用数 字信 号处理 器 （ Ｓ ） Ｄ Ｐ 的 出现 ， 有效 克服矢 量控制 中运算 量 大 、 可 变换 复 杂