19 按转子磁链定向的矢量控制1

2
6.6异步电动机按转子磁链定 向的矢量控制系统
由于变换的是矢量，所以这样的坐标变
换也可称作矢量变换，相应的控制系统 称为矢量控制（ Vector Control 简 称 VC ） 系 统 或 按 转 子 磁 链 定 向 控 制 （ Flux Orientation Control 简称 FOC）系统。
(6-81)
7
等效励磁电流和电枢电流

由
d rt Lm (1 ) r ist 0 dt Tr
Lm 1 ist Tr r
导出mt坐标系的旋转角速度

mt 坐标系旋转角速度与转子转速之差定义 为转差角频率
Lm s 1 ist Tr r
(6-83)
4
6.6.1按转子磁链定向的同步 旋转正交坐标系状态方程

1
t
r

r
m

0
r

图6-17 静止正交坐标系与按转子磁链定向的同 步旋转正交坐标系
5
6.6.1按转子磁链定向的同步 旋转正交坐标系状态方程

m轴与转子磁链矢量重合 rm rd r rt rq 0 为了保证m轴与转子磁链矢量始终重合，还 必须使 d rt d rq 0 dt dt
14
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
在按转子磁链定向坐标系中计算定子电流励 磁分量和转矩分量给定值，经过反旋转变换 2r/2s和2/3变换得到三相电Βιβλιοθήκη Baidu。 通过电流闭环的跟随控制，输出异步电动机 所需的三相定子电流。

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6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
图6-20 矢量控制系统原理结构图
8
等效励磁电流和电枢电流

mt坐标系中的电磁转矩表达式
Te

n p Lm Lr
ist r
(6-84)
定子电流励磁分量 ism
定子电流转矩分量

i st
9
等效励磁电流和电枢电流

如果磁链保持不变由6-81得
r =ism Lm

从而得到电压与电流的关系
usm =Rsism 1 Lsist dist ust 1Lsism Rsist Ls dt
图6-24 定子电流励磁分量和转矩分量闭环控制的矢量 控制系统结构图
30
系统实现
31
矢量控制模块内部结构
32
作业

P203 6-3 6-5
33
12
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分 量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性 和交叉耦合。 采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象， 使实际电流快速跟随给定值。

13
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
图6-19 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型
10
通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励 磁分量和转矩分量，转子磁链仅由定子电流 励磁分量产生，电磁转矩正比于转子磁链和 定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流 两个分量的解耦。 在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中的 异步电动机数学模型与直流电动机动态模型 相当。

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图6-18 按转子磁链定向的异步电动机动态结构图
17
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
图6-21 简化后的等效直流调速系统
18
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想
矢量控制系统就相当于直流调速系
统。 矢量控制交流变压变频调速系统在 静、动态性能上可以与直流调速系 统媲美。
19
6.6.3按转子磁链定向矢量控 制系统的电流闭环控制方式
6

6.6.1按转子磁链定向的同步 旋转正交坐标系状态方程

mt坐标系中的状态方程
2 np d n p Lm ist r TL dt JLr J L d r 1 r m ism dt Tr Tr 2 dism Lm Rs L2 R L usm r r m r ism 1ist 2 dt Ls LrTr Ls Lr Ls 2 dist Lm Rs L2 R L ust r r m r i i st 1 sm dt Ls Lr Ls L2 Ls r
21
电流闭环控制
②将检测到的三相电流施行3/2变换和旋转变 换，得到mt坐标系中的电流反馈值，采用PI 调节软件构成电流闭环控制，电流调节器的 输出为mt坐标系中定子电压给定值。 反旋转变换得到静止两相坐标系的定子电压 给定值，再经SVPWM控制逆变器输出三相 电压。
22
电流闭环控制
图6-23 三相电流闭环控制的矢量控制系统结构图
16
6.6.2按转子磁链定向矢量控 制的基本思想

忽略变频器可能产生的滞后，认为电流跟 随控制的近似传递函数为 1 ，且 2/3 变换 与电动机内部的 3/2变换环节相抵消，反 旋转变换2r/2s与电动机内部的旋转变换 2s/2r 相抵消，则图 6-20 中虚线框内的 部分可以用传递函数为1的直线代替。
3
6.6.1按转子磁链定向的同步 旋转正交坐标系状态方程

将静止正交坐标系中的转子磁链旋转矢量写 成复数形式
ψ r r j r r e
jarctg
r r
r e j

旋转正交dq坐标系的一个特例是与转子磁 链旋转矢量同步旋转的坐标系。令d轴与转 子磁链矢量重合，称作按转子磁链定向的同 步旋转正交坐标系，简称mt坐标系。
23
电流滞环矢量控制的仿真
24

矢量控制异步电机传动系统内部结构 电源采取直-交-直结构
25

转速控制器：计算给定磁链和转矩
26
2
矢量控制系统内部结构 磁链观测、励磁电流计算、电枢电流 计算、矢量变换、CFPWM

27

电流跟踪PWM模块
28
仿真结果：转矩、转速动态响应快
29
电流闭环控制
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第6章
基于动态模型的异 步电动机调速系统
1
6.6异步电动机按转子磁链定 向的矢量控制系统
按转子磁链定向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。
转子磁链环节为稳定的惯性环节，可以采用闭
环控制，也可以采用开环控制方式；而转速通 道存在积分环节，必须加转速外环使之稳定。
图6-22 电流闭环控制后的系统结构图
20
电流闭环控制
常用的电流闭环控制有两种方法：
①将定子电流励磁分量和转矩分量给定值施 行2/3变换，得到三相电流给定值，采用电流 滞环控制型PWM变频器，在三相定子坐标系 中完成电流闭环控制。