按转子磁链定向的矢量控制系统仿真研究
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科技 论坛 ｊ
郭 璃 壬庆 贤
按转子磁链 定 向的矢量控制系统仿真研究
（ 兰州交通 大学 自动化与电气工程 学院， 甘肃 兰州 ７ ｏ ７ ） ３ ｏｏ
摘 要： 详细分析矢量 控幸 系统对异步电机 电磁转矩 实时控幸的原理， Ｉ ｌ 构建蒂转矩 内环磁链闭环按 熙转子磁 链定向 矢量控制结构 ， 系统的各 对 部分进行 了详细的阐述。科 用仿真工具建立 了 仿真模 型。 结果表明谈方法实现 电磁转矩控幸 ， Ｉ达捌 良 的调速性侥。 好
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图 ５ 转 速 波 形 矩 指 令 Ｒ
图 ｌ 带 转矩 内环磁 链 闭环 的 矢量 控 制 结 构 图 转子磁链反馈信号包含 了转子磁链的大小
和位置 ， 转子磁链的观测模型主要有二种目： （） １在两相静止坐标 系的模型。 定子电压和 电流由传感 器测得后 ， 经过 ３／ｓ变换 ， ｓ ２ 根据 异
得 到的 、 以及零轴 电流 ｉ＝ ｏ变换到定子三 相坐标系上 ， 得到定子电流给定信号 、 。 、 Ｃ ｒ ｎ ｅ ａ０ 模块利用 自定义封装 ， ｕｒ ｔＲ １ ｅ ｒ 实 现滞环调节 ， 内部结构如 图 ４ 使用 时只需 指 其 ， 定滞环环宽 ，滞 环宽度 的大小影响开关 器件 的 开关频率 ， 环宽越小 ， 开关频率 越高 ， 电流控 且 制精度越高 ， 反之亦然 。 、 ４仿真结果 与分析 仿真采用固定步长的 ｏｅ 仿 真算法 ， ｄ３ 为保 证精度 ， 限制最 大步长取 ｌ －。 ｅ ５ ． 电机 空载启 动，启动过程充 分利用 电机 的 过载能力 ，以最大加速度加速 ， 启动时 间只需 ０ ｓ快速性好 ， 图 ５ 其 中虚线为转 速给定 ， ．， １ 如 ， 实线为实际转速 。 启动进入稳态后 ， １ ｓ 在 ． 时刻 加 ７ ％额定 ５ ５ 图 ３ 调 节 器 的 内部 结 构 负载 ， 转速稍微有 降落 ， 但是能跟随 给定值 ， 系 Ｔ ａ ｓｏ ｍａ ｉ ｎ ｑ ｔ ａｃ模 块 将 上 一级 统呈现良好 的抗扰性。在 ２ 时刻进行减速 ｒ ｎ ｆ ｒ ｔｏ ｄ ０ ｏ ｂ ＿ ｓ
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图 ４ Ｒ ＤｄｔｒＣ ｎ ｔ 内部 封 装 结 构 ｅ ａｏ ｕ ￣ 的
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其 中 ，｜ 电机极对 数 ；恤 ｎ为 Ｉ 为定转 子 之间 经过 ２ ｓ为 、 后 ， 、 利用 电流滞 互 感； Ｌ为转子电感 ； 为定子 电流在转 予磁链 ｉ ｄ 环调制得到逆变器 开关信号。 方 向上的分 量； 为转子磁链 。由式 （ ） １ 可见 ， ３仿真模型 Ｉ 、ＩＬ是与 电机相关 的常数 ， ．Ｌ 、 １ 当保证 为定 依据以上的分析 ，利用 胁 Ｓ瑚ｄｎ ｉ ｌｊｋ工 值 时 ， 与 有线性关系 ，称之 为转矩 电流分 Ｅ 具箱Ｈ 搭建按照转 子磁链定向的矢量控 制调速 ， 量。 系统的模型如图 ２ ： 矢量控制系统 有多种结构 ，带转矩内环磁 链 闭环的矢量控 制系统结构如图 ｌ所示日， 该系 统 由三个闭环结构组成 ， 外环控制转速 ， 内环为 转子碰链和电磁转矩 ，直接对二者同时实现控 制 。通过转速反馈信号与转速给定相比较 的偏 差 经过转 速调节 器 Ａ Ｒ Ｓ ，输 出转 矩指令 信号 ； 转速调节器的输 出转矩指令信号 与实际 电磁转矩 相 比较的偏差通过转 矩调节器 Ａ ． Ｔ 运算 出转矩 电流分量 ； Ｒ， 转子磁链 给定是 图 ２ 带转 矩 内环 磁链 闭 环 的 函数发生器 ， 由转速给定作为输入 ， 出转子 得 矢量 控 制 系统 仿 真模 型 磁链给定信号 ， 经磁链调节器 Ａ Ｒ运算 出 Ｐ 系统 主电路 由恒定直流电源 、三相桥式逆 励磁电流分量 。转子磁链函数发生器根据 电 变器、 异步 电机模型构成 ， 控制部分包括外环转 机的调速范围和转速给定信号 ， 在恒转矩范 围 速 环， 内环转矩环和磁链环 ， 最后生成触发脉冲 内恒磁通 ， 转子磁链保持额定 ， 在恒功率范 围内 加 至逆变器六个开关器件 。 削弱磁场 ， 转子磁链随转速指令 的增大 而减小 。 电机 中 模 型 ，从 Ｍａｈｎｓ ａｕｅ ｎ ｃｉｅ Ｍｅｓｒｍｅｔ Ｄ ｍ ｘ 口引出转子磁链 ｄ 分量 、 ｅｕ端 ｑ 定子三相电 流 、 、 ， Ｉ 电磁转矩 Ｌ 作为反馈信号 。 ｈ 三个调节 器采用 Ｈ 形式 ， 内部结构如 图 ３ 所示。
关键嗣 ： 矩控镧； 转 矢量 控 毒 ； 真 Ｉ仿
Ａｈ 础 ｒ 槲 ａ ｉ ｅ ｈ ｓ 翻ｎ ｔｌ ｒｃ ａ ｗｉ ｂ ｔ ｈ ｔａｌｅ ｏ啪 Ⅱ 醴捌出 ｏ ｕ ｄ 哔 ｆｒ 矗 ｏ 哪ｄⅡ 呐嘴 瑚ａｃ．ｍ＇ａ ｄ ｌｏ ｏ １】ｅ ｎ ａｓ ￣ ｒ ｃｅ 喇 妇 ｉ ｕｌ ｄ ａ Ｉ岛 ｅｅ ｐ ｃ ｎ￣Ｊ蟛吲岫ｍ Ｉ ｏｔ ｈ ｈ ｑｌ ｏ ｌ ｌｑ Ａ ｅ １ｄ ｅ ｄ． ｅ ｄ ｈ ｓ ｂ ｅ ｔｋ ｎ ｆｒ ｅ ｃ 秘 释 甲 ａ ｅ ｎ ａ ｅ ｏ ａ ｈ Ｈｅ ｓ Ｈ ｌ ∞ ｎ ，ａ 哪ｌ ｊ 吐ｉ ｄ．ａ 菇面 ￣ｍｅ ｎ ｉｎ ｄ ｎ ｄ 瑚 略 瞧 哪 呻 ｍｅ ｔｏ ｅ ａ ｄ
ｔａ ｔｈ ｓ ｓ ｌ Ｉ ｍＨｎｅ ｈ ｔｉ ａ ｏ ｄ ｐ
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ｌ橱隧 步电机 在两相静止坐标系下的数 学摸墅，计算 对于电力拖动系统 ， 其动态 、 静态性 能取决 转子磁链 的大小和相位。 于系统对电机 电磁转矩的实时控制能力 。异步 电机的动态数学模型是—个高阶 、 非线性 、 强耦 合 的多变量系统ｍ 电磁转矩更是耦合 性强 ， ， 对 ‰ 斗 ） 姒 （） ３ 其控嗣亦 十分复杂 。 （） ２ 按转子磁场定向两相旋转坐标系下的 电动机定子电流 ， 根据磁场定 向原 理， 电流分 将 模 型。 三相定子 电流 、 、 ３ ２ 按转子磁链 经 ｄ ｒ 解为产生磁场的电流分量（ 磁电流） 励 和产生转 定 向， 得到 、 ， ｉ 利用矢量控翻方程 式 ｑ 矩的电流分量 （ 转矩 电流 ） 分别加 以控 制 ， 同 并 时控镧两分量间的幅值和相位 ，电磁转矩与转 （） ４ Ｊ ％ ｒ 矩电流有近似的线性关系 ， 达到控镧异步电动 哦 ‘ （） ５ 机转矩的 目的， 实现高性能调速 。 ２控制结构分析 可 以获得 和转差 ，由 与实测转速 异步 电机的电磁转矩表达式 ： ｍ相 加得 到定 子频率信号 岫， 再经积 分即为转 哦 （ ） 子磁链的相位角 。即同步旋转变换的旋 转相位 １
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摘 要： 详细分析矢量 控幸 系统对异步电机 电磁转矩 实时控幸的原理， Ｉ ｌ 构建蒂转矩 内环磁链闭环按 熙转子磁 链定向 矢量控制结构 ， 系统的各 对 部分进行 了详细的阐述。科 用仿真工具建立 了 仿真模 型。 结果表明谈方法实现 电磁转矩控幸 ， Ｉ达捌 良 的调速性侥。 好
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图 ｌ 带 转矩 内环磁 链 闭环 的 矢量 控 制 结 构 图 转子磁链反馈信号包含 了转子磁链的大小
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得 到的 、 以及零轴 电流 ｉ＝ ｏ变换到定子三 相坐标系上 ， 得到定子电流给定信号 、 。 、 Ｃ ｒ ｎ ｅ ａ０ 模块利用 自定义封装 ， ｕｒ ｔＲ １ ｅ ｒ 实 现滞环调节 ， 内部结构如 图 ４ 使用 时只需 指 其 ， 定滞环环宽 ，滞 环宽度 的大小影响开关 器件 的 开关频率 ， 环宽越小 ， 开关频率 越高 ， 电流控 且 制精度越高 ， 反之亦然 。 、 ４仿真结果 与分析 仿真采用固定步长的 ｏｅ 仿 真算法 ， ｄ３ 为保 证精度 ， 限制最 大步长取 ｌ －。 ｅ ５ ． 电机 空载启 动，启动过程充 分利用 电机 的 过载能力 ，以最大加速度加速 ， 启动时 间只需 ０ ｓ快速性好 ， 图 ５ 其 中虚线为转 速给定 ， ．， １ 如 ， 实线为实际转速 。 启动进入稳态后 ， １ ｓ 在 ． 时刻 加 ７ ％额定 ５ ５ 图 ３ 调 节 器 的 内部 结 构 负载 ， 转速稍微有 降落 ， 但是能跟随 给定值 ， 系 Ｔ ａ ｓｏ ｍａ ｉ ｎ ｑ ｔ ａｃ模 块 将 上 一级 统呈现良好 的抗扰性。在 ２ 时刻进行减速 ｒ ｎ ｆ ｒ ｔｏ ｄ ０ ｏ ｂ ＿ ｓ
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