异步电机间接矢量控制系统的仿真

研究与交流 理。 仿真结果 表明： 间接矢量控制系统 中运用 在 电压型Ｓ ＷＭ控制 ， ＶＰ 需将 电流控制转化为电压
控 制 ， 用 电流 电压 变 换 器 取代 以往 的Ｐ调 节 器 采 Ｉ 同样可 以获得 很 好 的调速 效 果 。
４ 结语
图２ 间接矢量控制系统的仿真模型
￡ｉ （） ８
换器同时也省去了控制系统中定子 电流反馈的环
节。
将式 （ ） ８ 代入式 （ ） ： ６得
Ｃ－ ＿ Ｏ ｓ
Ｌ， ｌ ｍ ｒｓ
３ 仿真
Ｌ （） Ｊ ９ 一
在ｍａｌｂｓｍｕ ｉｋ ｔ ／ ａ ｉ ｌ 环境下构建间接矢量控 ｎ
（０ １）
而 ∞ｌ∞ ＋ ｓ ＝ ∞
不 变 的基 础 上 的 ， 电机 的 实际 运 行 中会产 生偏 在 差 ， 而 造 成 控 制 的不 准 确 性 ， 从 因此 ， 果 在 系 如
—
ｔｓ ／
统中加入参数时变环节会有更好的控制效果。
参 考 文 献
定子 电流 波 形
［】 阮 毅 ， 伯 时 ． １ 陈 电力 拖动 自动 控 制 系统 ［ 】第 ４ ． 京 ： 械 Ｍ ． 版 北 机
间 接 矢 量 控制 系 统 结 构 简单 ， 路清 晰 ， 思 所 节 器 参 数 ： 分增 益 为０１ 、 积 ．５ 比例 增 益 为４ ０ ０ 。电 能 获 得 的 动 态 性 能 基 本 可 以达 到 直 流 双 闭环 的 水平。间接 矢 量控 制 系统 Ｍ 、 坐 标 的定 向是 由给 Ｔ
制系统能够像 直流电动机双 闭环控制 系统 那样 获得较好 的静 、 动态性能。 由于其控制规律是 但 从异步电机稳态等效 电路和稳态转矩公式出发 ，
因此 ， 于 系 统 实 际 动 态 性 能 的反 应 不 是 很 精 对 确 。 量 控制 是 基于 异步 电机 动 态 模 型 的控 制 系 矢
ｊ
穆 翟 删 ｚｓ
研究与交流
统 的动态 性 能 就 是 控制 转 矩 的 能力 。 通 过在 ＭＴ 标 下 对三 相 异步 电动机 进行 建 坐
２ 系统
间接矢量控制系统框 图如图１ 转 速给定和 。 转 速检测反馈 量通过Ｐ 调节 输出为电磁转 矩电 Ｉ
０
模， 其控制基本方程式 为【： ］
换器， 此模块取代了传统 间接矢量控制 系统电流
控 制 转 向 电压 控 制 的Ｐ调 节器 。 用 电流 电压 变 Ｉ 采
按转 子磁链定 向， 持 不变 ， 由式 （ ） 保 则 ５
可 得 电磁 转 矩 ７只与 转 矩 电 流 分 量 ｉ 有 关 ， １ ｅ 。 式 （ ） 化简为 ： ７可
机转速给定为１ ０ ｒ ｎ 空载起动， ． 时突 ０／ ， ４ ｍｉ 在０ Ｓ ４ 加负载 为１Ｎｍ， ０ 总的转 动惯量为００ｋ ｍ ， ．１ ｇ 仿
真 波形 如 图３ 图５ 图３ ～ 。 为电机 的三 相定 子 电流 ，
定信号确定并靠矢量变换 控制方 程式保证 的， 并没有在系统运行过 程中实际检测转子磁链 的 相位 ， 这种情况属于间接 磁场定 向。 在控制系统
甜ｍ 尺 ｉ — ｌＬ ｆ ｓ＝ ｓｍ ｃ ａ ｓｔ ｓ ｏ ｓ （１ １） （２ １）
￣ｒ ｆｔ
／ｔ ｒ
电磁 转 矩方 程 ：
＝ 。 （ ｔｍ ／ 疗Ｌ ｆ － ｓｒ ’ ｔ ｉ） ． （） ４
ＵｔＯｌ ｓｍ Ｒ ＋ Ｌｐ）ｓ ｓ ｇＬ ｆ ＋（ ｓａ ￣ ｉ ＝ ｓ ｔ
Ｌ （） ５ （） ６
Ｌ Ｏ
ｓ ＿ ＿ 一 ＝ ｒｒ ￣ ｆ
：
一
＝
丽
， 转 子 电磁 时 问常 数 ； 一
（） ７
图 １ 间 接 矢 量控 制 系统 框 图
式 中：
利用 式 （１ 和式 （２ 可 以 构建 电流 电压 变 １） １）
ｐ ～ 微 分算 子ｄｄ 。 ／ｔ
ＨｏＵ ｉｂ ｎ ＷＡ Ｚｈ — ｉ ＮＧ Ｂｕ．ａｉ １ Ｓｈ ｎｇ ｉＭ ａ ｔｎｅＵｎｉ ｅ ｓｔ ａ ｈａ ｒｉ ｖ ｒ ｉｙ
摘 要 ： 采用 转 子 磁 链 开 环 的 间 接 矢 量控 制 系统
反馈信号由磁链模型获得 ， 其幅值和相位都受到
电机 参 数 变 化 的影 响 ， 成 控制 的不 准确 性 。因 造 此 ， 以采 用 磁 链 开 环 控 制 ， 用矢 量 控制 方 程 可 利
提高调速系统动态性能 主要 依靠控制转速
变 化 率 ｄｏｄ。根 据 基 本运 动 方 程 式 ， 制 电磁 ｃ ／ｔ 控
统， 但在磁链 闭环 的矢量控制系统 中， 转子磁链
．
转矩 就能控制ｄ￣ ｔ 因此 ， ｏ ｄ。 ／ 归根结底 ， 调速 系
３ ０．２ １ 第 ３期 《 机 技 术 》 ０ ２年 电
因 其结 构简单 ， 速性能 高 而被 广泛 应用 。 用电压 型 调 采
Ｓ Ｗ Ｍ控 制 ， 系统 拥有 更好 的控 制性能 。 统矢 量 ＶＰ 使 传
控制 采用电流 反馈 ， 要电流检测设 备和 Ｐ调节器。 需 Ｉ
关键 词 ： 转差频率
间接矢量
异步电机
仿真
中的转差公式 ， 构成转差型矢量控制系统 ， 又称 间接矢量控制系统 ［２ 这样 不仅 继承了基于稳 １】 ＿。 态模 型转差频率控制系统的优 点， 又利用矢量控
当转 子磁链定向时，
程式 ［： ］
ｅ 门 一 ｔｒ ｐ ／￣ ＝ ‘ ｓ Ｌ ｉ ｍｓ ｔ
＝
＝， Ｏ 将其代
式中：Ｕｍ Ｈｔ ＿ 、 定子电压的励磁分量和转矩分 ｓ —
量；
入 式 （ ） 式 （） 可 以得 到异 步 电机 矢 量控 制 方 ２～ ４ ，
盯 漏 磁 系数 （ １ ＬＬ） 一 ＝ 一 ／ 。 Ｌ
ｔ
Ｌｍ ｐ
∞ｓ ＲｒＬｒ Ｌｒ ＋ ｐ
ｌｔ ｒ
磁链方程 ：
ｓｍ
Ｚ ｍ ｓ
●
ｔ
ｒ ｍ
１ｔ ｓ
●
Ｚｍ ｒ
●
（） ３
电机转 子短路可知 ， ｒ＝ ， ｒ ０ 代入三相异 Ｕ ０ Ｕ ， ： 步 电机在 同步旋 转坐标系的数学模型再 结合式
（ ） 以得 到 ： ６可
制系统的仿真模型 ， 如图２ 。
三 相 异 步 电 动 机 参 数 如 下 【１ 额 定 功 率 ８：
通过励磁 电流分量ｉ 和转 矩电流分量ｉ可 。 以算出转差频率０ ， ９ 加上反馈 的转子 角频率即可 得到同步 角频率， 通过积分器可得角度 即为定 ， 子输入电压矢量的相位。
中， 采用 ｓ ｗ Ｍ控 制 ， 将 原本 系统 的 电流 控制 ＶＰ 需 转 换 为 电压 控 制 。 用电流 电压 转 换 器取 代Ｐ 调 采 Ｉ
图４ 为电机 的输出转速 ， 为电机输出的电磁转 图５
矩。
节器可以省去定子 电流反馈 环节， 简化了调速系 统的模型。 电流电压转换器是建立在电机参数 但
发 展 。 后 出现 了变 压 变 频 调 速 系 统 、 差 频 率 先 转
需要 检 测 定子 电流 和 坐标 变 换 ， 简化了 系统 也 减
少了实际系统的设备。
ｌ 原 理
任何 电力传动系统都服 从于基本运动 方程
调速系统 、 矢量控制系统 、 直接转矩控制系统以
及正在逐渐成熟的智能控制系统…。 转差频率控
研究与交流
异步 电机 间接 矢量控 制 系统 的仿真
侯 智斌 王 步来
上海海事大学 （ ０ １５ ２０３ ）
Ｓ ｍ ｕｌ ｔ ｏ ｆＩ ｉ ｅ ｔＶｅ ｔ ｒ Ｃｏ ｔ ｏ ｆｔ ｙ ｈｒ ｎ ｕｓ Ｍ ｏ ｏ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｎｄ ｒ ｃ ｃ ｏ ｎ ｒ ｌｏ ｈｅ Ａｓ ｎｃ Ｏ Ｏ ｔｒ
●
（０ ２ ）
计算得到转 差频率 ０ ， 上转 速检测反馈 量∞ ９ 加 。 得 到同步 角频率０１再通过 积分器得到 角度０ ９， ， 输入给２／ｓ ｒ 变换器， ２ 得到Ｃ 坐标下的二相电压 ， ｃ Ｂ 经过Ｓ Ｐ Ｖ ＷＭ最后输出为电机所需的三相电压 ，
图 中， 模 块 部 分 为 电流 电压 变 换 器 ， 据 异 步 ／ 根
１ ｋ 线 电压３ ０ 、 ． Ｗ、 ５ ８ Ｖ 额定频 率为５ ＨＺ 定子内 ０ 、
阻７ Ｑ、 ． 定子 自感 ０４ １ 转 子 内阻７ Ｑ、 子 自 ６ ．７Ｈ、 ． 转 ６
感 ０ ８Ｈ、 ． ４ 定转 子互感 ０ ５ 、 ４ ． 极对数为２ Ｐ调 ４１ Ｈ 。Ｉ
《 机技 术》２ １ 年第 ３ ・ ｌ 电 ０２ 期 ３ ・
电压 方 程 ：
－
０
Ｏ
０
ｏ
Baidu Nhomakorabea
ｃｉ ｏ Ｌｓ
一 ｉ ｃ Ｌｍ ｏ
／ ｍ ０ ｓ
●
流分 量 ｆ 再 和励 磁 电流 给 定 量通 过 式 （ ） 差 ９转
ｔ
Ｒｓ
・
ｌ ｍ
Ｒｒ￡ ＋
Ｌｍ ｐ
一 Ｌｒ ∞ｓ
０ｓ ９
ｆｔ ｓ ０
／ ｍ ｒ
的电流 控 制变 换 为 电压 控 制 ， 通常 采用Ｐ 调 节器 Ｉ
［－ 】 ５７
。
而本文采用基于电机参数 的电流电压转换
器 ， 样 不仅 可 以省去 两个 Ｐ 调 节 器 ， 且 还 不 这 Ｉ 而
交流异步 电动机以其结构简单 、 造价低、 坚 固耐用 、 事故率低且维护简单 ， 在工农 业中得到 了广泛使用， 这使得交流调速技术也得到 了迅速
制 克服 了其 大部 份 不足 之处 ， 且 系统 相对 于 矢 而
中图分类号 ： ＴＭ３ ６ 文献标 识码 ： ０ Ａ
ＤＯＩ 编码 ： ０ ３ ６ ／． ｓ ｌ ０ ・８ ７２ １ ．２０ ０ １ ．９ ９ｊｉ ｎ ０ ６２ ０ ．０ ２ ０ ．１ ｓ
Ａｂｓ ｒ ｃ ： ｈ ｎ ｉｅ ｔ ｅ ｔ ｒ ｏ ｔｏ ａｕ ｅ ｔ ｈ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅｉ ｄ ｒ ｃ ｃｏ ｎ ｒ ｌ ｅ ｔ ｒ ｄ ｗｉ ｔ ｅ ｖ ｃ ｆ ｈ ｌ ｆ ｐ ｎ ｎ ｏ ｐ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒｗａ ｄ ｌ ｓ ｄ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｕｘ ｏ ｅ ｉ ｇ ｌ ｏ ｆｔ ｏ ｏ ｓ ｗｉ ｅｙ ｕ ｅ ｅ ａ ｓ ｆ ｈ ｉｓｓｍｐ ｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ａ ｄ ｅ ｃ ｌ ｎ ｐ ｅ —ｅ ｕ ａ ｉ ｎ Ｔｈ ｔ ｉ ｌ ｏ ｓｒ ｃ ｉ ｎ ｘ ｅ ｌ ｔ ｅ ｄ ｒ ｇ ｌｔ ． ｅ ｏ ｅ ｓ ｏ Ｓ Ｗ Ｍ ｏ ｔｏ ｓａ ｐ ｉｄ ｔ ｋ ｈ ｙ ｔ ｍ ｔ ｅ－ ＶＰ ｃ ｎ ｒ ｌｗａ ｐ ｌ ｏ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗｉ ｂ ｔ ｅ ｈ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｔｈ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌｂ ｅ ｏ ｔｏ ｒ ｏ ｍａ ｃ ． ｅ ｔａ ｉｉ ａ ｃ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｐ ｏ ｖ ｍｅ ｎ ｆｃ ｒ ｅ ｔｆ ｅ ｉ ｇｗａ ｅ ｕ ｒ ｄｔ ｑ ｉｐ ｄ ｗｉ ｈ ａ ｓｏ ｕ ｒ ｎ ｅ ｄ ｎ ｓｒ ｑ ｉｅ ｅ ｕ ｐ ｅ ｔ ｔ ｅ ｏ ｈ ｃ ｒｅ ｔ ｏｔ ｇ ｏ ｖ ｒｅ ｎ Ｉ ｏ ｔｏ ｌ ｒ ｕ ｒ ｎ — ｌ ｅｃ ｎ ｅ ｔ ｒａ ｄ Ｐ ｎ ｒ ｌ ． ｖ ａ ｃ ｅ Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｓ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ Ｉ ｄ ｒ ｃ ｅ ｔ ｒ Ａｓ ｎ ｙ ｒ ｓ ｌ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｐ ｎ ｉｅ ｔｖ ｃ ｏ ｙ — ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓｍｏ ｏ ｉ ｌｔｏ
量控制反而简单。 在矢量控制 系统 中， 由于系统
解 耦输 出 的是励 磁 电流分 量和 转 矩 电流 分 量 ， 因 此一 般 使 用 电流滞 环 控制 会 比较 直接 【。 为了 ¨但 获得 更好 的控制 效 果 ， 文所 述 的 间接矢 量 控制 本
系统采用电压型Ｓ ＷＭ控制［ ， ＶＰ ３ 需要将原来 ．