電力拖動自動控制系統(tǒng)第六章

電力拖動自動控制系統(tǒng)第六章第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)本節(jié)提要□矢量控制系統(tǒng)的基本思路□按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用□轉(zhuǎn)子磁鏈模型□轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)□磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

概述

上一節(jié)中表明，異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，通過坐標(biāo)變換，可以使之降階并化簡，但并沒有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。當(dāng)需要高動態(tài)性能的異步電機調(diào)速系統(tǒng)時，必須在其動態(tài)模型的基礎(chǔ)上進行分析和設(shè)計，但要完成這一任務(wù)并非易事。經(jīng)過多年的潛心研究和實踐，有幾種控制方案已經(jīng)獲得了成功的應(yīng)用，目前應(yīng)用最廣的就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一一、

矢量控制系統(tǒng)的基本思路

在第6.6.3節(jié)中已經(jīng)闡明，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流iA、iB

、iC

，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流i、i

，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流im

和

it

。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是一臺直流電機，可以控制使交流電機的轉(zhuǎn)子總磁通

r就是等效直流電機的磁通，則M繞組相當(dāng)于直流電機的勵磁繞組，im

相當(dāng)于勵磁電流，T繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組，it

相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。

§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來，便得到下圖。從整體上看，輸入為A，B，C三相電壓，輸出為轉(zhuǎn)速，是一臺異步電機。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由im

和

it

輸入，由

輸出的直流電機。第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一圖6-52異步電動機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉(zhuǎn)變換;——M軸與軸（A軸）的夾角3/2VR等效直流電機模型ABC

iAiBiCit1im1ii異步電動機

異步電機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

既然異步電機經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電機了。由于進行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（VectorControlSystem），控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號異步電動機給定信號

圖6-53矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

在設(shè)計矢量控制系統(tǒng)時，可以認(rèn)為，在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消，2/3變換器與電機內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)抵消，如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后，則圖6-53中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了。第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

設(shè)計控制器時省略后的部分控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號異步電動機給定信號

§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

可以想象，這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一二、

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用問題的提出上述只是矢量控制的基本思路，其中的矢量變換包括三相/兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換。在進行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時，只規(guī)定了d，q兩軸的相互垂直關(guān)系和與定子頻率同步的旋轉(zhuǎn)速度，并未規(guī)定兩軸與電機旋轉(zhuǎn)磁場的相對位置，對此是有選擇余地的?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向

現(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為M（Magnetization）軸，而

q軸再逆時針轉(zhuǎn)90°，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為

T（Torque）軸。

這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為M，T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向（FieldOrientation）的坐標(biāo)系?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時，應(yīng)有（6-128）

第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的系統(tǒng)模型

代入轉(zhuǎn)矩方程式（6-113）和狀態(tài)方程

中并用m，t替代d，q，即得（6-129）

（6-130）

§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)（6-131）

（6-132）（6-133）（6-134）第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

由于，狀態(tài)方程中的式（6-132）蛻化為代數(shù)方程，整理后得轉(zhuǎn)差公式（6-135）

這使?fàn)顟B(tài)方程降低了一階。第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)由式（6-131）可得（6-136）

（6-137）

第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義式（6-136）或式（6-137）表明，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。

式（6-136）還表明，r與

ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù)，當(dāng)勵磁電流分量ism突變時，r的變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機勵磁繞組的慣性作用是一致的。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

式（6-136）或（6-137）、（6-135）和（6-129）構(gòu)成矢量控制基本方程式，按照這些關(guān)系可將異步電機的數(shù)學(xué)模型繪成圖6-54中的形式，圖中前述的等效直流電機模型（見圖6-52）被分解成

和

r

兩個子系統(tǒng)。可以看出，雖然通過矢量變換，將定子電流解耦成

ism

和

ist兩個分量，但是，從和

r

兩個子系統(tǒng)來看，由于Te同時受到ist

和

r

的影響，兩個子系統(tǒng)仍舊是耦合著的。第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一電流解耦數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)3/2VR×圖6-54異步電動機矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

按照圖6-53的矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖模仿直流調(diào)速系統(tǒng)進行控制時，可設(shè)置磁鏈調(diào)節(jié)器AR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR分別控制r

和

，如圖6-55所示。

為了使兩個子系統(tǒng)完全解耦，除了坐標(biāo)變換以外，還應(yīng)設(shè)法抵消轉(zhuǎn)子磁鏈r

對電磁轉(zhuǎn)矩Te

的影響。第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖圖6-55電流控制變頻器÷異步電機矢量變換模型§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

比較直觀的辦法是，把ASR的輸出信號除以r

，當(dāng)控制器的坐標(biāo)反變換與電機中的坐標(biāo)變換對消，且變頻器的滯后作用可以忽略時，此處的（r

）便可與電機模型中的（r

）對消，兩個子系統(tǒng)就完全解耦了。這時，帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個獨立的線性子系統(tǒng)，可以采用經(jīng)典控制理論的單變量線性系統(tǒng)綜合方法或相應(yīng)的工程設(shè)計方法來設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器AR和ASR。第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

應(yīng)該注意，在異步電機矢量變換模型中的轉(zhuǎn)子磁鏈r

和它的定向相位角

都是實際存在的，而用于控制器的這兩個量都難以直接檢測，只能采用觀測值或模型計算值，在圖6-55中冠以符號“^”以示區(qū)別。第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

解耦條件

因此，兩個子系統(tǒng)完全解耦只有在下述三個假定條件下才能成立：①轉(zhuǎn)子磁鏈的計算值等于其實際值r

；②轉(zhuǎn)子磁場定向角的計算值

等于其實際值；③忽略電流控制變頻器的滯后作用。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一三、轉(zhuǎn)子磁鏈模型

要實現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開始提出矢量控制系統(tǒng)時，曾嘗試直接檢測磁鏈的方法，一種是在電機槽內(nèi)埋設(shè)探測線圈，另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

從理論上說，直接檢測應(yīng)該比較準(zhǔn)確，但實際上這樣做都會遇到不少工藝和技術(shù)問題，而且由于齒槽影響，使檢測信號中含有較大的脈動分量，越到低速時影響越嚴(yán)重。因此，現(xiàn)在實用的系統(tǒng)中，多采用間接計算的方法，即利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實時計算磁鏈的幅值與相位。利用能夠?qū)崪y的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型，現(xiàn)在給出兩個典型的實例。第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一1.在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型

由實測的三相定子電流通過3/2變換很容易得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流is

和

is

，再利用式（6-109）第3，4行計算轉(zhuǎn)子磁鏈在

，

軸上的分量為§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)（6-138）

（6-139）

又由式（6-108）的

坐標(biāo)系電壓矩陣方程第3，4行，并令

ur

=

ur

=

0

得第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一或

§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一整理后得轉(zhuǎn)子磁鏈模型（6-140）

（6-141）

按式（6-140）、式（6-141）構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈分量的運算框圖如下圖所示。有了r

和

r

，要計算r

的幅值和相位就很容易了。

轉(zhuǎn)子磁鏈模型§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

在兩相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型LmTrLmTr

p+11+++-isisβrrTr

p+11圖6-56在兩相靜止坐標(biāo)系上計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

上圖的轉(zhuǎn)子磁鏈模型適合于模擬控制，用運算放大器和乘法器就可以實現(xiàn)。采用微機數(shù)字控制時，由于r

與r

之間有交叉反饋關(guān)系，離散計算時可能不收斂，不如采用下面第二種模型。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一2.按磁場定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型

下圖是另一種轉(zhuǎn)子磁鏈模型的運算框圖。三相定子電流

iA

、iB

、iC

經(jīng)3/2變換變成兩相靜止坐標(biāo)系電流

is

、is

，再經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)變換并按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到M，T坐標(biāo)系上的電流

ism、ist，利用矢量控制方程式（6-136）和式（6-135）可以獲得r和

s信號，由s

與實測轉(zhuǎn)速

相加得到定子頻率信號1，再經(jīng)積分即為轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角，它也就是同步旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)相位角。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈模型3/2VRTrp+1LmSinCosiCiBiAisisistisms1++r

TrLm1p圖6-57在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

和第一種模型相比，這種模型更適合于微機實時計算，容易收斂，也比較準(zhǔn)確。上述兩種轉(zhuǎn)子磁鏈模型的應(yīng)用都比較普遍，但也都受電機參數(shù)變化的影響，例如電機溫升和頻率變化都會影響轉(zhuǎn)子電阻Rr，從而改變時間常數(shù)

Tr

，磁飽和程度將影響電感Lm和

Lr，從而Tr

也改變。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與相位信號失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型靜止兩相坐標(biāo)代入式中§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一四、

轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)

——直接矢量控制系統(tǒng)

圖6-55用除法環(huán)節(jié)使r與

解耦的系統(tǒng)是一種典型的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)，r模型在圖中略去未畫。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出帶“÷r”的除法環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)可以在第6.7.2節(jié)最后指出的三個假定條件下簡化成完全解耦的r與

兩個子系統(tǒng)，兩個調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法和直流調(diào)速系統(tǒng)相似。調(diào)節(jié)器和坐標(biāo)變換都包含在微機數(shù)字控制器中?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一電流控制變頻器電流控制變頻器可以采用如下兩種方式：電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器（圖6-58a），帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器（圖6-58b）。

帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱直接矢量控制系統(tǒng)?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

（1）電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器i*Ai*Bi*CiAiCiBABC圖6-59a電流控制變頻器§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（2）帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器圖6-59b電流控制變頻器§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一（3）轉(zhuǎn)速磁鏈閉環(huán)微機控制電流滯環(huán)型

PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

另外一種提高轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)解耦性能的辦法是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)增設(shè)轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，如下圖所示。

圖中，作為一個示例，主電路采用了電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一電流滯環(huán)型PWM變頻器微型計算機

系統(tǒng)組成圖6-60帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)

§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

工作原理轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速，磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當(dāng)于一種擾動作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一五、磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)

在磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈反饋信號是由磁鏈模型獲得的，其幅值和相位都受到電機參數(shù)Tr

和

Lm

變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。有鑒于此，很多人認(rèn)為，與其采用磁鏈閉環(huán)控制而反饋不準(zhǔn)，不如采用磁鏈開環(huán)控制，系統(tǒng)反而會簡單一些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式（6-135），構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱間接矢量控制系統(tǒng)。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

它繼承了第6.5.2節(jié)基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點，同時用基于動態(tài)模型的矢量控制規(guī)律克服了它的大部分不足之處。圖6-61繪出了轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的原理圖，其中主電路采用了交-直-交電流源型變頻器，適用于數(shù)千kW的大容量裝置，在中、小容量裝置中多采用帶電流控制的電壓源型PWM變壓變頻器。第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

轉(zhuǎn)差型矢量控制的交－直－交電壓源變頻調(diào)速系統(tǒng)p1K/PACRURCSIMTG+TA+++++Ld3~+sTrLmLmTrp+1ASR矢量控制器1*s*si*sisi*sti*sm*r*圖6-61磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)原理圖TG§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

系統(tǒng)的主要特點（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出正比于轉(zhuǎn)矩給定信號，實際上是由矢量控制方程式可求出定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號i*st

和轉(zhuǎn)差頻率給定信號*s，其關(guān)系為§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

二式中都應(yīng)除以轉(zhuǎn)子磁鏈r

，因此兩個通道中各設(shè)置一個除法環(huán)節(jié)。第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

（2）定子電流勵磁分量給定信號i*sm

和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號*r

之間的關(guān)系是靠式（6-137）建立的，其中的比例微分環(huán)節(jié)

Trp+1使

ism

在動態(tài)中獲得強迫勵磁效應(yīng)，從而克服實際磁通的滯后。§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)

（3）

i*sm和i*st

經(jīng)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換器K/P合成后，產(chǎn)生定子電流幅值給定信號i*s

和相角給定信號*s

。前者經(jīng)電流調(diào)節(jié)器ACR控制定子電流的大小，后者則控制逆變器換相的時刻，從而決定定子電流的相位。定子電流相位能否得到及時的控制對于動態(tài)轉(zhuǎn)矩的發(fā)生極為重要。極端來看，如果電流幅值很大，但相位落后90°，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍只能是零。第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一

（4）轉(zhuǎn)差頻率給定信號*s

按矢量控制方程式（6-135）算出，實現(xiàn)轉(zhuǎn)差頻率控制功能。

由以上特點可以看出，磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定信號確定，靠矢量控制方程保證，并沒有實際計算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接矢量控制?！?-7

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-8

基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)概述

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC(DirectTorqueControl)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一一、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點直接轉(zhuǎn)矩控制的原理1、定子磁鏈和電壓空間矢量的關(guān)系結(jié)論：非零電壓矢量能產(chǎn)生定子磁鏈并使它運動，這樣控制電壓矢量的順序和作用時間就可以迫使磁鏈按所需的軌跡運動。2、電壓矢量對電機轉(zhuǎn)矩的影響電機的轉(zhuǎn)矩大小不僅與定、轉(zhuǎn)子的磁鏈幅值§6-8

基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-8

基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)有關(guān)還與它們的夾角有關(guān)當(dāng)幅值不變時，夾角從0變到90度是電磁轉(zhuǎn)矩從0變到最大，所以對它們的夾角進行控制也能控制轉(zhuǎn)矩，這就是直接轉(zhuǎn)矩控制的思想。電壓矢量對轉(zhuǎn)矩的影響體現(xiàn)在定、轉(zhuǎn)子磁鏈夾角的控制作用運行中定子磁鏈幅值恒定為額定值，轉(zhuǎn)子磁鏈由負(fù)載決定，要改變轉(zhuǎn)矩只有改變它們第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期一§6-8

基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的夾角，由改變電壓矢量完成。工作電壓矢量使定子磁鏈走零矢量使定子磁鏈停，控制定子磁鏈的走停，就控制了磁通角的大小。也控制轉(zhuǎn)矩。圖100所示已知t1時刻定子、轉(zhuǎn)子和磁通角如圖所示，t2時刻給出電壓矢量

下面