感应电动机转差型矢量控制系统设计_徐奇伟
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言异步电机在工业应用中占有重要地位，其运行性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
随着现代控制理论的发展，无速度传感器矢量控制系统因其高精度、高效率的特性被广泛应用于异步电机控制。
本文将探讨异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现，旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
二、系统设计1. 系统架构设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由控制器、驱动器、逆变器、异步电机等部分组成。
其中，控制器是整个系统的核心，负责实现矢量控制算法和无速度传感器技术。
驱动器接收控制器的指令，将电压和电流信号输出给逆变器。
逆变器根据驱动器的指令，将直流电源转换为交流电源，驱动异步电机运行。
2. 矢量控制算法设计矢量控制算法是实现异步电机高效运行的关键。
本系统采用无速度传感器矢量控制算法，通过检测电机的电压和电流信号，估算电机的转速和转子位置，实现电机的精确控制。
该算法包括磁场定向控制(MTPA)和直接自控制(DTC)两种方法，具有较高的动态性能和稳态性能。
3. 无速度传感器技术设计无速度传感器技术是实现异步电机无机械传感器运行的关键技术。
本系统采用基于电流模型和电压模型的无速度传感器技术，通过检测电机的电流和电压信号，估算电机的转速和转子位置。
该方法具有较高的估算精度和可靠性，降低了系统的成本和复杂度。
三、系统实现1. 硬件实现硬件实现主要包括控制器、驱动器、逆变器等部分的选型和设计。
控制器采用高性能数字信号处理器(DSP)，具有高速运算和强大的控制能力。
驱动器采用高精度、低噪声的功率模块，保证电机的稳定运行。
逆变器采用智能功率模块(IPM)，具有较高的效率和可靠性。
2. 软件实现软件实现主要包括矢量控制算法和无速度传感器技术的编程实现。
本系统采用C语言编写程序，实现矢量控制算法和无速度传感器技术的实时运算和控制。
同时，为了方便调试和维护，系统还提供了友好的人机交互界面。
基于模糊控制的直线感应电动机转差频率矢量控制系统
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ：ｌ ｅ ｒｉ ｄ ｃｉｎ ｍｏ ｏ ；ｓｉ ｒｑ ｅ ｃ ｙ ｅ ｅ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｕ ｚ ｏ ｔｏ ． ｅ ｒｓ ｉ ａ ｎ ｕ ｔ ｔ ｒ ｌ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｔ ｐ ；ｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ；ｆ ｚｙ ｃ ｎ ｒ １ ｎ ｄ ｐ
Ｏ 引 言
（ ．Ｓ ｈ ｏ ｆＥｌ ｃ ｒｃ ｌ＆ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ ＆ Ｅｎｇｎｅ ｒｎ １ ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｔｉ ａ ｅｔｏ ｉ ｉ ｅ ｉ ｇ，Ｃｈ ｎｇ ｈｕ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ａ ｃ ｎ Ｕ ｉ ｅ ｓ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ，Ｃｈ ｎｇ ｈ ｎ １ ０ １ ａ ｃ ｕ ３ ０ ２，Ｃｈ ｎ ； ｉａ
摘 要 ： 立 了直 线感应 电动机 的矢量 控制 数学模 型 ， 出 了速 度 闭环 、 建 提 磁链 开 环 的 转差 频率 矢量控 制设 计方 法 。设 计 了速度 模 糊 控 制器 ，对 电机 在 起 动 和 负载 情 况 下进 行 了仿真 实 验 。 结果表 明 ， 用模 糊控 制实 现 的直线感 应 电动机 转差 频 率型 矢量 控制 系统 比 Ｐ 控 制 系统具 有 采 Ｉ
更 强 的 鲁 棒 性 ， 统 的 稳 态 性 能和 动 态 性 能 大 大 提 高 。 系
关键 词 ： 线感 应 电动机 ；转差 频率 ；矢量 控 制 ； 糊 控制 直 模
中图分类 号 ： Ｍ４ ４ Ｔ ６ 文 献标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： ６ ４１ ７ （０ ８ ０ —３ ９０ １ ７ — ３ ４ ２ ０ ）３０ １—４
２ Ｊｌ ｎ ｔｔ ｅｏ ｏｏ ｎ ｉｅ ａ ｃ ｉｅ ｔ ａ ｓｇ ． ｉｉ Ｉ ｓｉｕｔ ｆＧｅ ｌｇｙａ ｄ Ｍ ｎ ｒｌＡｒ ｈｔｃｕｒｌＤｅｉｎ，Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ３ ０ １，Ｃｈｎａ ｎ ａ ｇ ｈ ｎ１ ０ ６ ｉ ）
感应电动机转差型矢量控制系统的设计
感应电动机转差型矢量控制系统的设计1 引言感应电动机具有结构简单、坚固耐用、转速高、容量大、运行可靠等优点。
但是，由于感应电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，磁通和转矩耦合在一起，不能像直流电动机那样，磁通和转矩可以分别控制。
所以，一直到20世纪80年代都没有获得高性能的感应电动机调速系统。
近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等相关技术的发展，使得感应电动机在可调传动中获得了越来越广泛的应用。
矢量控制策略的提出，更是实现了磁通和转矩的解耦控制，其控制效果可媲美直流电动机。
本文在分析感应电动机矢量控制原理的基础上，基于matlab/simulink建立了感应电动机转差型矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了该模型的合理性。
并在此基础上进行系统的软、硬件设计，通过实验验证控制策略的正确性。
2 矢量控制的基本原理长期以来，直流电动机具有很好的运行特性和控制特性，通过调节励磁电流和电枢电流可以很容易的实现对转矩的控制。
因为它的转矩在主磁极励磁磁通保持恒定的情况下与电枢电流成线性关系，所以通过电枢电流环作用就可以快速而准确地实现转矩控制，不仅使系统具有良好稳态性能，又具有良好的动态性能。
但是，由于换向器和电刷的原因，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，难以在有防腐防暴特殊要求的场合下应用等等。
矢量控制的设计思想是模拟直流电动机的控制特点进行交流电动机控制。
基于交流电动机动态模型，通过矢量坐标变换和转子磁链定向，得到等效直流电动机的数学模型，使交流电动机的动态模型简化，并实现磁链和转矩的解耦。
然后按照直流电动机模型设计控制系统，可以实现优良的静、动态性能。
转子磁链ψr仅由定子电流励磁电流ism产生，与定子电流转矩分量ist无关，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，这充分说明了感应电动机矢量控制系统按转子磁链定向可以实现磁通和转矩的完全解耦。
无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究
无速度传感器感应电机矢量控制系统的研究第一章无速度传感器矢量控制系统基本原理矢量控制的基本思想在十将定子电流按转子磁链方向分解成励磁分量和转矩分量，得到类似十直流电机的控制模型，从使异步电机能像直流电机一样解祸并实现独立控制[[45-47]。
矢量控制技术的关键是要实现转矩电流与励磁电流的解祸。
在磁场定向控制中，必须保证磁场定向的准确性，即必须获得转子磁通矢量准确的位置信息。
1.1感应电机的坐标变换感应电机的坐标变换，是在保证磁场等效的前提下，将静止坐标系下所表示的电机通过矢量变换到以气隙磁场或转子磁场定向的坐标轴系。
a)二相静止坐标系b）绕组等效小意图C）两相旋转坐标系图1-1绕组等效示意图1.2 CLARK变换CLARK变换为由二相静止坐标系到两相静止坐标系之间的变换，简称3/2变换。
a)3s/2s坐标变换b)2s/2r坐标变换图2-2坐标变换示意图根据矢量变换的原则，变换前后的磁场应完全等效，故得到二相静止坐标系到两相静止坐标系的变换矩阵C/2为:两相静止坐标系到二相静止坐标系的变换矩阵为1.3感应电机的数学模型1.3.1三相ABC静止坐标系下的数学模型异步电机的动态数学模型是一个高阶、时变、非线性、强祸合的多变量系统。
在研究异步电机的数学模型时，常需要作如下的假设:1)忽略空间谐波和齿槽效应，设二相定子绕组对称(空间互差120。
电角度)，所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布;2)忽略磁路饱和，各绕组的自感系数都是恒定的;3)忽略铁耗的影响;4)不考虑频率及温度变化对绕组电阻的影响[[48]异步电机在二相静止坐标系下的的数学模型可以由如下所述的电压方程、磁链方程、转矩方程及运动方程来表示。
1.电压方程2.磁链方程3.转矩方程1.3.2转子磁场定向矢量控制系统感应电机矢量控制的关键是转子磁链的准确观测，为了实现定子电流的完全解祸，需要准确地检测转子磁链的幅值和位置。
转子磁场定向分为直接磁场定向和间接磁场定向，直接磁场定向采用直接检测或估算的方法，直接检测是采用在电机槽内埋设线圈，或者是在定子内贴霍尔片或其他磁敏兀件，估算方法是利用易测的电压电流信号来间接得到磁链信息。
基于最小二乘法的BLDCM霍尔安装偏差补偿方法
关键词:无刷直流电动机;转子位置估计; 霍尔安装偏差;最小二乘法原理;正弦波电压控制 中图分类号:TM386摇 摇 文献标志码:A摇 摇 文章编号:1004-7018(2019)08-0041-04
A Compensation Method of BLDCM Hall Position Installation Deviation Based on Least Squares
摇
转子电角度能够较准确地表示实际转子电角度,最 黄
立
后,通过仿真和实验,验证了该方法的有效性。
立
1摇 BLDCM 转子位置估计方法
等 摇
基
1. 1摇 霍尔传感器安装位置偏差
于 最
图 1 为 BLDCM 霍尔传感器位置安装误差原理 小
二
图。 Ha,Hb 和 Hc 为检测 A,B,C 相反电动势的霍尔 乘
本文针对 BLDCM 三相霍尔位置传感器安装角
度偏差,提 出 了 一 种 基 于 最 小 二 乘 法 的 补 偿 算 法。
首先阐述了基于霍尔传感器的 BLDCM 驱动系统,
然后针对霍尔传感器安装偏差,说明了直接矫正方
法的缺陷与不足,提出了假设某相霍尔传感器无误
差的补偿方法,再叠加该相的补偿量,使得补偿后的
异步电动机转差型无速度传感器矢量控制系统
关键词 ： 异步 电动机 ； 差型矢量 控制 ； 转 电压解耦 ； 无速度
传感器 ； 模型参考 自适应 中国分类号 ＭⅢ Ｔ 文献标识码 ： Ａ
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维普资讯
异 步 电动 机 转差 型无速 度传 感器 矢量控 制 系统
郑婵 琚 ， 敬 华 ， 张 杜世 俊
（ 台吧工业尢学 ， 安徽台肥 ２ ００ ） ３０ ９
Ｓｉ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｓ ｎ ｏ ｌｓ ｃｏ ｌ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｅ ｓ ｒｅｓＶｅ ｔｒ—ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ Ｓ ｓｅ ｏ ｎｄ ｃｉｎ Ｍ ｏ ｒ ｐ ｏ ｔｏｌ ｙ ｔｍ ｆＡＣ Ｉ ｕ ｔ Ｏ ｅ ｏ ＺＨ ＮＧ Ｃ ａ 一 ｎ， Ａ Ｅ ｈｒ ｔ ＺＨ ＮＧ ，ｎ —ｈ ａ， ｌｇ ｉ ｕ ＤＵ Ｓ ｉ ｎ ｈ 一
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｓｐ ｐ ｒ ｅ ｌ ｗｉ ｅ ｓ ｒｅ ｓｖ ｃｏ —ｃ ｎｒ ｌ ｄ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ａ ｅ ａ ｓ ｔ ｓ ｎ ｏ ｌ ｅ ｔｒ ｏ ｔ ｌ ｄ ｈ ｓ ｏｅ ＶＶ ｙ ｔｍ ｆｉｄ ｃｉ ｎ ｍｏｏ ． ｈ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｅ ｔ ｒ—ｃ ｎ ＶＦ ｓ ｓｅ ｏ ｕ ｔ ｔｒ Ｔ ｅ ｓ ｐ ｆ ｕ ｎ ｙ ｖ ｃｏ ｎ ｏ ｉ ｅ ｏ－ ｔ ｌ ｙ ｔｍ ｓ ａ ｈ ｅ ｅ ｖ ｖ ｃｏ ０ ｌ Ｉ ｈ ｏ ｙ ａ ｄ ｖ ｌ ｇ ｅ ￣ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｃ ｉｖ ｄ ｂ ｅ ｔｒｏ ｎｒ ｅ ｒ ｎ ｏｔ ｅ ｄ ｄ ０ｔ ａ
ａｅ ｕ ｅ ｏ ｇ ｔｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｉｅ ｔ ｃ ｔ ｎ． ｅ ｍｅｈ ｄ ｒ ｅ ｓｂ ｅ ｒ ｓ ｄ ｔ ｅ ｈ ｐ ｅ ｄ ｎ ｉ ａｉ ｔ ｔ ｏ ｓ ａｅ ｆａ ｉ ｌ ｉ ｆ ｏ ｈ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｉ ｌ ｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ． ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｅ ｕ ｔ ｏ ｏ ｓ ｖ ｒ ｓ： Ｃ ｉｄ ｃ ｏ ｔｒ ｓｉ ｆ ｕ ｎ ｙ ｖ ￣ｏ ｐ ｅ Ｏ－ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ Ａ ｎ ｕ ｄ ｎ ｍｏｏ ； ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｅ ￣ ｒ—Ｃ ｎ
一种基于无位置传感器矢量控制永磁同步电机恒输入功率控制策略
___________________________________ ___________________________________ ______________________广州安捷制造有限公司 511450摘要：在基于无感矢量控制的基础上，提出一种输入功率的计算方法，并以此实现恒输入功率控制。
常用的输入功率计算其计算量大、相应速度慢、需增加采样电路。
增加了硬件成本和MCU资源，而该方法根据文中的原则，根据Q轴电流及占空比推算出输入功率，并以此做恒输入功率控制策略。
实验结果验证了方案的可行性和可靠性。
具有较大的工程实用价值，并且已在工业产品中成功应用。
关键字：永磁同步电机无速度传感器输入功率计算恒输入功率控制0 引言带霍尔传感器的永磁同步电机控制系统，能够时刻通过霍尔传感器感知转子位置和转速信息，所以控制相对稳定可靠。
但引入霍尔传感器会增加电机的体积和成本，而且由于加入霍尔传感器需要增加连线，连线之间容易引起干扰，从而降低了电机的性能。
此外，霍尔传感器需精确安装，这样就大大增加电机的生产工艺难度。
所以，采用无霍尔传感器控制策略具有很大的实际意义。
目前很多厂家都开始逐步推广无霍尔传感器的永磁同步电机，解决带霍尔传感器的弊端，大大拓展了永磁同步电机的应用范围。
目前不少盘管风机客户通常需要用一款电机覆盖一系列负载产品，通过不同的输入功率和最高转速来进行区分、匹配负载，这就需要一种可靠有效的恒输入功率控制策略。
传统的输入功率计算，需要知道母线电流或者输入电流以及输入电压，而且母线电流其信号并不是标准正弦波，这就增加了计算复杂度，并且需要采样电压电流信号，无形中增加了硬件成本和MCU资源；本论文提出一种矢量控制的永磁同步电机的恒功率控制，解决现有技术中：1.不增加任何硬件成本，不需要增加电流采样回路；2.根据电机的输出电流和母线电压推算出输入功率，并对其进行恒功率控制；3.客户只需通过通讯编程设定最大功率和最高转速这两个参数，即可实现控制器对负载的匹配，极大的提高生产效率，降低成本；1 关系推导一般来说电机的输入瞬时功率可表示为：P i = v as*i as + v bs*i bs + v cs*i cs(1)其中： P i为输入功率，v as、v bs、v cs为相电压，i as、i bs、i cs为相电流。
转差频率矢量控制的电机调速系统设计与研究
转差频率矢量控制的电机调速系统设计与研究时间：2010-12-24 13:52:37来源：现代电子技术作者：朱军，郝润科，黄少瑞，高渊炯，朱政摘要：鉴于直接转子磁场定向矢量控制系统较为复杂、磁链反馈信号不易获取等缺点，而转差频率矢量控制方法是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行磁通检测和坐标变换，并具有控制简单、控制精度高、具有良好的动、静态性能等特点。
在分析其控制原理的基础上，应用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并通过各模块闽的参数配合调节与优化，对其进行了仿真分析。
仿真结果验证了，采用转差频率矢量控制的调速系统具有良好的控制性能。
关键词：转差频率；矢量控制；Matlab／Simulink；调速系统0 引言常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。
其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。
它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。
其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行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，对输出频率f进行控制的。
采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。
Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。
在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。
1 转差频率矢量控制系统1．1 数学模型转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁通检测和繁琐的坐标变换，只要在保证转子磁链大小不变的前提下，通过检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两相同步旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型运算就可以实现间接的磁场定向控制。
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言随着现代工业的快速发展，电机控制技术已成为工业自动化领域的重要研究方向。
异步电机作为一种常见的电机类型，其控制性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
传统的异步电机控制方法中，常常需要配备速度传感器来获取电机的速度信息，然而这会增加系统的复杂性和成本。
因此，无速度传感器矢量控制系统成为了当前研究的热点。
本文将详细介绍异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现。
二、系统设计1. 整体架构设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由电机本体、逆变器、控制器和上位机监控系统四部分组成。
其中，控制器是系统的核心部分，负责实现电机的矢量控制算法。
2. 矢量控制算法设计矢量控制算法是实现异步电机高效运行的关键。
本系统采用基于磁场定向的矢量控制算法，通过控制电机的定子电流来实现对电机的精确控制。
具体来说，通过采集电机的电流和电压信息，结合电机的参数，计算出电机的磁场定向角和电压空间矢量，进而实现对电机的精确控制。
3. 无速度传感器设计无速度传感器是实现异步电机高效运行的重要技术。
本系统采用基于模型参考自适应的无速度传感器技术，通过分析电机的电压和电流信息，估计出电机的转速和转子位置信息。
这样，就可以在不额外安装速度传感器的情况下，实现对电机的精确控制。
三、系统实现1. 硬件实现系统的硬件部分主要包括电机本体、逆变器、控制器等。
其中，控制器采用高性能的DSP芯片，实现电机的实时控制和数据处理。
逆变器采用IGBT模块，实现电机的能量转换。
此外，还需要设计合理的电路保护和滤波电路，确保系统的稳定性和可靠性。
2. 软件实现系统的软件部分主要包括矢量控制算法的实现、无速度传感器算法的实现以及上位机监控系统的开发。
在矢量控制算法的实现中，需要编写相应的程序代码，实现对电机定子电流的控制。
在无速度传感器算法的实现中，需要结合电机的数学模型和控制系统理论，编写出能够实现转速和转子位置估计的程序代码。
感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真毕业设计(论文)
感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真燕山大学毕业设计（论文）任务书注：表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。
（此行文字阅后删除）摘要摘要由于直流调速的局限性和交流调速的优越性，以及计算机技术和电力电子器件的不断发展，异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。
经过最近十几年的应用开发，交流异步电动机的变频调速性能已经可以与直流调速系统相媲美。
目前广泛研究应用的异步电动机变频调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。
本文采用异步电动机的矢量控制调速技术，具有动态响应快、低速性能好和调速范围宽等优点。
矢量控制思想是将交流电动机模型等效成直流电动机模型加以控制，利用坐标变换理论，将非线性、强耦合的交流电机模型解耦，把交流电动机定子电流矢量分解为两个分量：励磁电流分量，转矩电流分量。
通过对这两个矢量分别控制，从而实现对磁场和转矩的分别控制。
本文设计了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统。
系统的动态响应能力快和抗干扰能力强，转矩内环有助于提高转速和磁链闭环控制系统的解耦性能。
运用MATLAB的工具软件SIMULINK对矢量控制系统进行仿真研究，仿真结果表明了本设计的合理性。
关键词异步电机；矢量控制；磁场定向AbstractAs a result of the limitation of direct-current speed control modulation and the superiority of alternating speed control modulation and the unceasing development of computer technology and electric power device, the frequency conversion velocity modulation technology of asynchronous motor is in the rapid development. After the application and development in the past 10 years, the frequency conversion velocity modulation performance of asynchronous motor can be comparable with the direct current velocity modulation system.At present, the asynchronous motor frequency control, vector control and direct torque check etc. are in detailed studies. This paper uses the modulation method of asynchronous motor, which has the dynamic response quickly and low-speed performance and wide velocity modulation scope.Vector control is developed based on the idea that the controlling means of induction motor can be equivalent to the DC motor，The induction motor mathematic model that is high nonlinear and complex coupling can be separated by coordinate transformation theory，Stator current can be decomposed into excitation current component and the torque current component, then the magnetic field and torque can be separately controlled by controlling the two current components．This paper designed flux regulator, torque regulator and speed regulator, constituting the inner ring with torque of speed, closed-loop flux vector control system.To improve the system dynamic response and anti-jamming capability, the torque of the inner ring helps to improve the speed and flux decoupling of the closed-loop control system performance.It has applied the SIMULINK tool software in MATLAB to carry on the simulation to the vector control system and the simulation results show that the rationality of the design.Keywords Asynchronous Motor；Vector Control；Magnetic Field Direction目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 目录.. (III)第1章绪论 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2国内外发展现状及发展趋势 (2)1.3交流调速系统的主要控制策略 (4)1.3.1基于稳态模型的控制策略 (5)1.3.2基于动态模型的控制策略 (5)1.4论文研究的主要内容和结构安排 (7)第2章异步电动机矢量调速原理 (8)2.1引言 (8)2.2异步电动机矢量调速的实质 (8)2.3异步电动机矢量调速控制系统 (9)2.4矢量控制系统常用方案及比较 (10)2.4.1矢量控制系统常用的方案 (10)2.4.2控制方案的比较 (11)2.5异步电动机的数学模型 (12)2.5.1三相坐标系下的数学模型 (12)2.5.2坐标变换 (15)2.5.3两相同步旋转坐标系上的异步电机模型 (19)2.6异步电动机按转子磁场定向的矢量控制 (20)2.6.1矢量控制的基本思路 (20)2.6.2矢量控制的磁场定向 (21)2.6.3异步电动机按转子磁场定向的数学模型 (21)2.6.4异步电动机按转子磁场定向的矢量控制方程 (23)2.7转子磁链的观测 (25)2.7.1转子磁链的获取方法 (25)2.7.2转子磁链观测模型 (26)2.8电流追踪型逆变器工作原理 (27)2.9本章小结 (30)第3章矢量控制调速系统的仿真分析 (31)3.1仿真系统的模型及参数 (31)3.2系统模块及仿真分析 (32)3.2.1系统模块简介 (32)3.2.2仿真波形分析 (35)3.3本章小结 (40)结论 (41)参考文献 (42)致谢 (44)附录1 文献综述 (45)附录2 开题报告 (51)附录3 中期报告 (58)附录4 英文文献翻译 (70)附录5 英文文献原文 (72)章1章绪论第1章绪论直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
一种改进的转差型矢量控制系统
1引言
传统的基于转子磁链闭环控制的矢量控制系统中，转子磁链幅值和位置信号均由磁链模型计算获得，都受到电机参数 和 变化的影响，造成控制不准确。对负载的响应是通过转速闭环来调节电流转矩分量来调节，这种控制作用相对比较滞后，对负载扰动反映较慢。采用传统的磁链开环控制方式，磁链和电流转矩分量给定值与实际值存在差异,影响系统性能，同样也存在对负载扰动的响应滞后的现象。针对以上控制方式的不足，设计了一种改进型的转矩闭环磁链开环转差型矢量控制系统。
2．mt坐标系中的状态方程和控制系统的设计
(2-1)
(2-2)
(2-3)
(2-4)
由式（1）得 (2-5)
由
得到mt坐标系的旋转角速度
转差角频率为:
(2-6)
mt坐标系中的电磁转矩表达式为：
(2-7)
把式(6)代入式(7)得
(2-8)
由运动方程 得电磁转矩与角速度的变化率成线性关系，可以设置速度PI调节器ASR。输入是转速误差 ，输出是转矩，将其作为下个环节的给定 。由式 ,其中 是机电时间常数，在稳定状态时定子磁链保持恒定，其它与电机相关的参数都为常数，因此动态转矩的变化取决于转差角频率,在稳态时呈线性关系如式(2-8)。因此可以设计PI转矩调节器，它的输入是转矩误差 ，输出是转差频率，用做下个环节的给定 .由式(2-7)可以设计转矩调节器ATR，输入是转矩误差 ，输出是 ,作为电流转矩分量的给定。由式(2-3)和式(2-4)，设计电流励磁分量调节器ACMR和电流的转矩分量体调节器ACTR。改进后的转矩闭环磁链开环转差型矢量控制系统如下:
感应电动机转差型矢量控制系统设计 PDF
1 矢量控制基本原理
矢量控制的设计思想是模拟直流电动机的控
制特点进行交流电动机控制 ; 基于交流电动机动 态模型 , 通过矢量坐标变换和转子磁链定向 , 得 到等效直流电动机的数学模型 , 使交流电动机的 动态模型简化 , 并实现磁链和转矩的解耦 , 然后 按照直流电动机模型设计控制系统 , 可以实现优 良的静 、动态性能 。在根据转子磁链定向的两相
[ 1 ] 阮毅 , 陈维钧. 运动控制系统 [M ]. 北京 : 清华大学出版 社 , 2006.
[ 2 ] 王晓明 , 王玲. 电动机的 DSP控制 [M ]. 北京 : 航空航天大 学出版社 , 2004.
作者简介 : 徐奇伟 (1983 - ) , 男 , 哈尔滨市人 , 硕士研究生 , 研究方向为电机驱动控制 。
同步旋转坐标系下 , 感应电动机矢量控制系统的 控制方程为 :
Te
= np
LmΨ
Lr r
ist
(1)
Ψ r
=
Lm Tr p +
1
ism
从式 (1)看出 , 转子磁链 Ψr 仅由定子电流励
磁电流 ism产生 , 与定子电流转矩分量 ist无关 , 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 。这充分说明了感应电动机矢量控制系统
2008年第 41卷第 11期
电路 便 可 获 得 感 应 电 动 机 的 转 子 位 置 和 转 速 信息 。
4 系统软件设计
系统软件由主程序和 PWM 中断服务子程序两 部分构成 。主程序中对硬件和变量初始化 , 对各 个控制寄存器置初值 , 对运算过程中使用的各种 变量分配地址并设置相应的初值 。初始化模块仅 在 DSP上电复位后执行一次 , 然后进入循环等待 时期 。中断服务子程序是系统的核心部分 , 负责 A /D 转换 、速度计算 、坐标变换 、 P I调节 、生成 PWM 信号等 [ 2 ] 。中断程序流程如图 8所示 。
电动汽车中感应电动机控制系统设计
电动汽车中感应电动机控制系统设计徐奇伟;赵蒙;罗凌雁;蒋小彪;罗骁枭【期刊名称】《微特电机》【年(卷),期】2018(046)003【摘要】The control system of induction motor used in electric vehicle was designed, and the feed-forward decou-pling vector control strategy was adopted.Rotor flux orientation correction strategy was proposed based on q-axis component of rotor flux,improving the torque control accuracy and dynamic response.Then,the hardware units and software units of torque controller of induction motor were achieved.The torque control strategy was tested and demonstrated by the simula-tion and experiments.%针对电动汽车用感应电动机控制系统进行设计,采用基于前馈解耦的矢量控制方案.提出了一种基于转子磁链q轴分量校正转子磁场定向的控制策略,以提高转矩控制精度和动态响应.从硬件和软件方面分别对感应电动机转矩控制系统进行了设计.通过仿真和实验对提出的转矩控制策略进行测试和验证.【总页数】6页(P53-58)【作者】徐奇伟;赵蒙;罗凌雁;蒋小彪;罗骁枭【作者单位】重庆大学,重庆400044;重庆大学,重庆400044;重庆大学,重庆400044;重庆大学,重庆400044;重庆大学,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TM346【相关文献】1.一种新的电动汽车感应电能传输系统设计方法 [J], 侯满哲;马宏;贾方健;王月亭2.纯电动汽车低电压大转矩电动机控制系统设计 [J], 刘亚兵;卢刚;李声晋;周勇3.电动汽车用感应电机效率优化驱动系统设计 [J], 陈涛;刘亚慧;姚善化4.电动汽车自动感应充电系统设计 [J], 姚静5.电动汽车自动感应充电系统设计 [J], 姚静因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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DOI :10 .15934 /j .cnki .micromotors .2008 .11 .016
微电机
2008年第 41 卷第 11期
中图分类号 :TM346 文献标志码 :A 文章编号 : 1001-6848(2008)11-0036-04
感应电动机转差型矢量控制系统设计
3.2 控制电路
系统的控 制电 路以 TMS320LF2407 为 控制 核
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微电机
2008年第 41 卷第 11期
心 , 完成电流信号与 转速信号 检测 、 控 制算法的 实现以及相应的 PWM信号输出 。 检测电路又分为 电流检测和转速检测两部分 。
1)电流检测 电流信号检测的 结果用于矢量控 制的坐标变
收稿日期 : 2008-01-21 · 36 ·
感应电动机转差型矢量控制系统设计 徐奇伟 , 等
图 1 转差型矢量控制系 统原理图
2 系统仿真
差型矢量控制系 统模型 , 利用 Matlab的工具 软件 Simulink对系统进行仿真分析 。系统仿真模型如图
根据以上 的原理分析 , 搭建了感应 电动机转 2所示 。
电路 便 可 获 得 感 应 电 动 机 的 转 子 位 置 和 转 速 信息 。
4 系统软件设计
系统软件由主程序和 PWM中断服务子程序两 部分构成 。主程序 中对硬件 和变量初 始化 , 对 各 个控制寄存器置 初值 , 对运算 过程中使用的 各种 变量分配地址并 设置相应的初值 。 初始化模 块仅 在 DSP上电复位后执行一次 , 然后进入 循环等待 时期 。中断服务子 程序是系 统的核心 部分 , 负 责 A/D转换 、 速度计算 、 坐标 变换 、 PI调节 、 生成 PWM信号等 [ 2] 。中断程序流程如图 8所示 。
(上接第 20页 )
将转子转到图 3(a)位置 。 给三相绕组通入关
系为 ia =-2ib =-2ic =0.175 A的直流电流 , 直轴
气隙基波磁通的变化量 ad为 0.000074282 Wb, 由
ad得 到 直 轴 电枢 反 应 电 势 Ead =2πfKW1 W ad = 2
1.8059 V, Eaq = 2πfLad id, 32.85 mH。
电磁转矩 Te正比于转子磁链和定子电流转矩分量
的乘积 。这充分说明了感应电动机矢量控制系统
按转子磁链 定向可 以实现 磁通和 转矩的 完全
解耦 。
按转子磁链定向 的矢量控制系统 的关键是准
确定 向 。 但 是 , 转 子磁 链的 直接 检测 非常 困难 , 而利用磁链模型间接估算磁 链的方法又受到 电机 参数变化的影 响 , 造成控 制的不准确 。 因此 , 与 其用磁链闭环控 制而反馈不准 , 不如采用磁 链开 环控制 , 使 得系统简单 、 可靠 。 采用 磁链开环 的 控制方式 , 无需转 子磁链的 幅值 , 但 对于矢量 坐 标变换而言 , 仍然 需要转子 磁链的位 置信号 。 由 此可知 , 转子磁链 的计算仍 然不可避 免 。 如果 利 用给定值间接计 算转子磁链的位 置 , 可简化 系统 结构 。这种方法称 为间接定 向 。 间接 定向的矢 量 控制系统借助于 矢量控制方程中 的转差公式 , 构 成转差型矢量控制系统 [ 1] 。
图 9 稳态电流波形
感应电动机转差型矢量控制系统设计 徐奇伟 , 等
图 10 转速响应曲线
6 结 论
本文采用 TMS320LF2407设计了感应电动机转 差型矢量控 制系统 。 通过理论 分析 、 仿 真研究和 实验结果说明 , 磁链开环间接型矢量控制系统具有
良好的静 、 动态性能 ;同 时 , 为实现 更为复杂 的 控制算法提供了 基础 , 也为实 际感应电动机 矢量 控制系统的设计和调试提供了思路 。
Lad = KW1 W ad = 2id
将转子转到图 3(b)的位置 。在不考虑交叉饱和
影响的情况下将转子永磁体材料定义为相同磁导率的
不导磁材料 。给三相绕组通入关系为 ia =-2ib =-ic =0.175 A的直流电流, 用有限元分析得到交轴气隙
基波磁通 aq为 0.00022001 Wb。由 aq得到的交轴电 枢反 应 电 势 Eaq =2πfKW1 W aq =5.3488 V, Eaq =
换 , 以实现磁链和转矩的解耦 。 由于 Y型连接绕 组中三相电流瞬时值的总和为 0, 即 iA +iB +iC = 0, 因此只需检测其中两相电流 。 本系统采用 CHB -25NP型 电流 霍尔 传感 器 , 将 检 测到 的电 流按 200:1的变比在副边输出 。由于 TMS320F2407片 内 A/D转换器的允许输入为 0 V～ 3.3 V的单极型 信号 , 故采集到的电 流信号需经过电 压偏移电路 和限幅电路后进入 DSP的 A/D转换输入通道 。电 流采样电路见图 6。
图 2 感应电动机转差型矢量控 制系统仿真模型
在仿真 系统中 , 转速调节 器 、 转矩 调节器和 磁链调节器均采用输出限幅的 PI调节 。仿真波形
如图 3 ～图 5所示 。仿真结果表明磁链开环间接型 矢量控制系统具有良好的控制性能 。
3 系统硬件电路设计
设计采用以 DSP作为控制核心的数字控制系 统 。系统采用交 -直 -交变压变频电 路 。 输入单 相 220 V交流电 、 输出三相交流电来控制感应电动 机 。控制电路以 DSP芯片 TMS320LF2407为核心 , 构成功能齐全的全数字 转差型矢量控 制系统 。 整 个系统主要包括主电路和控制电路两部分 。
32.85
14%
Laq/mH 101.55
97.29
4%
4 结 论
用等效磁路法计算 Lad、 Laq, 只需通过电机永 磁体的尺寸 , 每相绕组串 联匝数 、 气 隙长度 、 卡 氏系数 、 绕 组系数 、 计算 极弧系数 、 定子内径 和 定子铁心长度就可以很容易地求得直 、 交轴电感 。 此方 法简 单 、 直 观 。 与 有限 元法 计算 结果 对比 , 该方法计算精度较高 , 可以满足一般的工程要求 。
参考文献
[ 1] 阮毅 , 陈 维钧 .运 动控 制系 统 [ M] .北京 :清华 大学 出版 社 , 2006.
[ 2] 王晓明 , 王玲 .电动机的 DSP控制 [ M] .北京:航空航天大 学出版社 , 2004.
作者简介:徐奇伟 (1983 -), 男, 哈尔滨市人 , 硕士 研究生 , 研究方向为电机驱动控制 。
2
2πfLaqiq,
Laq
=KW1
W aq 2iq
=97.29
mH。
图 3 电枢反应场图
表 2中列出了用两种计算方法得到的稀土永磁 同步电机的 Lad、 Laq值以及磁路法相对于有限元法 的误差百分比 。
表 2 两种计算方法结果对比
计算方法 磁路计算 有限元计 算 误差百分比
Lad/mH 27.85
1 矢量控制基本原理
矢量控制的设计 思想是模拟直流 电动机的控
制特点进行交流电动机 控制 ;基于交 流电动机动
态模型 , 通过矢量坐 标变换和 转子磁链 定向 , 得
到等效直流电动机的数 学模型 , 使交 流电动机的
动态模型简 化 , 并实 现磁链和 转矩的解 耦 , 然后
按照直流电动机模型设 计控制系统 , 可以实现优
图 6 电流采样电路
2)转速检测 转速检测是速度闭环控 制系统的 关键 , 其精 度将直接影响调速系统的控制精 度和稳定性 。 本 系统采用增量式光电编码器 , 光电码盘 的脉冲数 为 2048。 它由 5 V电压供电 , 有 6路输出 , 即为 A+、 A-、 B+、 B-、 Z+、 Z-。 其 中 A、 B 用于测速 。 它们 相位 相差 90°, 每 转一 周 , 输出 2048个脉冲 ;而 Z轴每转一周输出一个脉冲 , 用 于确定转子的空间位置。 转速采集电路如图 7 所示 :
3.1 主电路
主电路是 功率变换的执行 机构 , 包 括整流电
路 、 滤波电 路 、 能耗电路 和逆变电路 。 本系统 采 用交 -直 -交电 压型主电路 , 先把频率固定 的交 流电整流成直流 电 , 再把直流 电逆变成频率 连续 可调 的 三 相 交 流 电。 逆 变 电 路 采 用 型 号 为 IR16UP60A的 IPM模块 , 该模 块包含了栅极 驱动 电路 、 逻辑控制 电路以 及欠压 、 过流 、 短路 、 过 热等保护电路 。 该 智能模块 的应用 , 减小了装 置 的体积 , 提高了系统的性能与可靠性 。
参Байду номын сангаас文献
[ 1] JungHoLee, JungChulKim, DongSeokHyun.EffectAnalysis ofMagnetonLdandLqInductanceofPermanentMagnetAssisted SynchronousReluctanceMotorUsingFiniteElementMethod[ J] . IEEETransactionsonMagnetics, 1999, 35(3): 1199-1202.
图 8 PWM中断程序流程图
5 实验研究
在完成控制系统的 硬件设计 、 软件 编程调试 后 , 对系统的运行性能进 行了实验研究 。 图 9为 感应电动 机的稳 态电 流波形 。 图 10 为转 速响应 曲线 。