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1、按照转子磁链定向的矢量控制系统仿真1. 矢量控制技术概述异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，其控制十分复 杂。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。将异步电动机的异步电动定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢 量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。图1带转矩内环节磁链闭环的矢量控制系统结构图2. 几个关键问题：转子磁链函数发生器根据电机的调速范围和给定的
2、转速信号，在恒转矩范围内恒磁通调速、转子磁通 保持额定磁通；在恒功率范围内弱磁调速，转子磁通随转速指令的增大而减小。转子磁链函数发生器用来产生磁链大小信号。这里采用下面的曲线。转子磁链的 幅值一般为1。转子磁链的观测与定向转子磁链的观测模型主要有二种：（1）在两相静止坐标系上的转子磁链模型电机的定子电压和电流由传感器测得后，经过3S/2S变换，再根据异步电机在两项静止坐标系下的数学模型，计算转子磁链的大小。1TrP1LmiS a1 ir B 十丄 LmispTrr aTrP 1（2）按磁场定向两相旋转坐标系上的转子磁链模型三相定子电流iA、 iB、iC 经3/2变换变成两相静止坐标系电流is
3、、 is，再经同步旋转变换并按转子磁链定向，得到M, T坐标系上的电流ism、ist，利用矢量控制方程式LmstLmTrP ism1可以获得 r和 s信号，由 s与实测转速相加得到定子频率信号1，再经积分即为转子磁链的相位角，它也就是同步旋转变换的旋转相位角。电磁转矩的观测根据异步电机在不同坐标系下的模型，可以得到多种电磁转矩的表达形式，由这些表达形式可以得到转矩观测器的表达：学 ist rr3. 建模与仿真利用Simulink/Powersystem工具箱，搭建按照转子磁链定向的矢量控制调速系统的模型 如图：系统结构采用带转矩内环磁链闭环的控制结构，外环是转速环，内环包括转矩环和磁链环，控制
4、部分生成触发脉冲加至逆变器六个开关器件。电机中模型，从 Mach in es Measureme nt Demux端口引出转子磁链 MT分量、定子三相电流ia、ib、ic，电磁转矩Te作为反馈信号。设有三个PI调节器:图3三个调节器的内部结构转速调节器ASR:通过转速反馈信号与 speed_ref给定的转速相比较的偏差经过PI调节器，输出转矩指令信号T*。转矩调节器ATR :转速调节器的输出转矩指令信号与电磁转矩相比较的偏差通过PI调节器，运算出励磁电流分量 lq*磁链调节器 APISR :前一级pis genenrater是一个函数发生器，由speed_ref给定的转速计算出转子磁链给定信号
5、pis*，再用通过磁链调节器APISR运算出转矩电流分量Id*。Transformation dqO_to_abc模块将上一级得到的励磁电流分量lq*、转矩电流分量Id*变换到定子三相坐标系上，得到定子电流给定信号Iabc*。Regulator Current模块是自定义封装模块，实现滞环调节，其内部结构如图4,使用时只需指定滞环环宽。滞环宽度的大小影响逆变器的开关频率。 'I J . Dgr】uxIabcboplea NOToubleIabc*广F Jr 10屈卜.| NOT 卜ypubl _00图4 Regulator Curre n的内部圭寸装结构4. 仿真结果分析根据采用固定步
6、长的ode3仿真算法，最大步长取1e-5o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0.1s快速性很好。120010008006004002000.511.52.533.542 t s图5转速波形mNT图6电磁转矩响应曲线t s15010050-mN*0 - -T-50 -100 -150 I11111100.511.522.533.54t S图7 ASR输出的电磁转矩指令 Te* 启动后在1.5s加 75%额定负载，转速稍微有降落，但是能遵循给定值。 在2s进行减速，由电磁转矩的图6可以看出，减速过程的快速性也很优良。在3s进行加速，加速过程良好。图8励磁电
7、流分量IdAqt s图9转矩电流分量Iq图8和图9还给出了电机在调速过程中的励磁电流分量Id*和转矩电流分量Iq*的，由图8可见，励磁电流分量Iq在整个调速过程中没有发生改变，保证了电机内部磁场在稳态、暂态发 挥了最大的效率，而转矩电流分量Id在加载、加速、减速过程中都随着指令信号改变而改变， 动态的控制电机电磁转矩。002A CD?-100I-150f-50100150OO-200-2501111111r00.511.522.533.54t s图10调速过程中的电流波形20015010050A 0 ba -50-100-150-200-2501.41.451.51.551.6t s图11加载时三相电流波形002501001A CD?00di-150-2001.9522.052.1图12减速时三相电流波形5.结论利用MATLAB/SIMULINK/POWERSYS 提供的电机、电力电子器件、电源、控制模 型，很容易的建立了矢量控制的仿真模型，全面地展示了矢量控制技术的特点，其强大 的数据、图形分析功能可以很直观的观测各个变量的动态响应。矢量控制是一种优良的调速手段。