第7讲 异步电动机的矢量控制系统.ppt

（一）直接或反馈矢量控制 PWM电压型逆变器传动系统的直接矢量控制框图如图所示，它对转速和转子磁链分别进行闭环控制。 1、直接矢量控制框图 直接矢量控制的框图 Y*r + b a - ˉ - T M c b a - - ˉ - b a cosφ sinφ 电流控制型 PWM变频器 电压模型 磁链观测器 磁链 调节器 速度 调节器 _ Ud IM · uab ~ ~ i *sM i *sT i *sα i *sβ i *a i *b i *c ω*r ωr Yr ubc uca ia ib ωr Yr 控制原理说明： 磁链给定信号由函数发生程序获得，磁链调节器实现磁链的精确控制。 转矩电流分量i*sT由带双极性限幅器的转速调节器产生，实现了电磁转矩的闭环控制。当磁链恒定时，正比于isT的转矩可以是双极性的。 借助于单位矢量(cosφ和sinφ)，i*sM和i*sT被变换到静止坐标系中。静止坐标系上的信号然后被变换为逆变器的相电流指令值。 直接矢量控制的框图 Y*r + b a - ˉ - T M c b a - - ˉ - b a cosφ sinφ 电流控制型 PWM变频器 电压模型 磁链观测器 磁链 调节器 速度 调节器 _ Ud IM · uab ~ ~ i *sM i *sT i *sα i *sβ i *a i *b i *c ω*r ωr Yr ubc uca ia ib ωr Yr 2、单位矢量计算 a M b Ψr r Is r isα Ψra wst φ = ws T isβ isT isM Ψrβ M-T坐标系相对于静止坐标系以同步转速ωs旋转，在任何时刻M轴相对于α轴的角度位置为Φ=ωst。由该图得单位矢量cosφ和sinφ： 注：因单位矢量是由反馈磁链矢量导出的，故称这种矢量控制为“反馈矢量控制”。 要得到转子磁链和单位矢量首先应该获得α、β轴磁链。 3、磁链矢量的估计 转子磁链是电动机内部的物理量，直接测量难以实现。在实际应用中多采用间接观测的方法获得。 （1）电压模型磁链观测器 电压模型磁链观测器——利用检测到的电机端电压和电流来计算转子磁链和单位矢量。 根据3/2坐标变换，得： 在电压方程中，感应电动势等于磁链的变化率，因此取电动势的积分就可以得到磁链，这样的模型叫做电压模型。 同理可得定子电压： 定子磁链： 气隙磁链： 转子磁链： 图7-7 电压模型磁链观测器框图 + _ + _ r Y 1 + _ m r L L ò + _ m r L L + _ ò + _ r Y 1 Rs Lls isa Ysα cosφ usa isβ usβ Llr Ymα Ysβ Ymβ Rs Lls Llr Yrβ Yrα sinφ Yr 电压模型磁链观测器的特点：☆ 优点：不需要转速信号，算法与转子电阻Rr无关，只与定子电阻Rs有关，而Rs容易测得。受电动机参数变化的影响较小，且算法简单，便于应用。 缺点：在低速时，模型不够准确。 其原因是：①低频时电压采样信号很小，积分精度难以保证；②低频时电阻Rs、电感Lls、Llr和Lm等参数的变化对计算精度的影响相对较大，尤其以Rs的影响最为显著。 注：在高速时，这些参数变化的影响则可以忽略。 （2）电流模型磁链观测器 电流模型磁链观测器——利用检测到的电机电流和转速来计算转子磁链和单位矢量。 根据磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得到的模型叫做电流模型。 图7-9 电流模型磁链观测器框图 Cos φ Sin φ Yr + _ _ + _ + ò r m T L r Y 1 r m T L ò r Y 1 r T 1 r T 1 wr · · Yrα Yrβ isa isβ pYrα pYrβ 电流模型磁链观测器的特点☆ 优点：不论转速高低都能适用。 缺点：观测精度受Rr、Lm等参数变化的影响较大，其中受转子电阻Rr的影响最大。因温度和集肤效应的影响，Rr的变化甚至会超过50％，并且该参数的补偿也非常困难。因此该观测方法常需进行实时辨识才能保证磁链观测精度。 由于高速时电压模型磁链观测器效果较好，而电流模型磁链观测器可在任何速度范围内使用，但受转子电阻影响较大，因此可以将电压和电流模型结合起来使用，即在高速时采用电压模型磁链观测器，低速时(例如n≤15%nN)采用电流模型磁链观测器。 （3）组合模型磁链观测器 在磁链闭环的直接矢量控制系统中，转子磁链反馈信号是由磁链模型获得的，受电机参数Tr和Lm变化的影响，造成控制的不准确性。既然这样, 与其采用磁链闭环控制而反馈不准, 不如采用磁链开环控制, 系统反而会简单一些。 除了单位矢量是以前馈的方式产生外，间接矢量控制和直接