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三相异步电动机矢量控制研究.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.89M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    前 言
    第一章 矢量控制的基本原理
    1.1 坐标变换的基本思路
    1.2 矢量控制系统结构
    第二章 转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制
    第三章 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统
    3.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统
    3.2 带转矩内环的直接矢量控制系统
    第4章控制系统的设计与仿真
    4.1 矢量控制系统的设计
    4.2 矢量控制系统的仿真结构框图如下所示：
    结　论
    参考文献
    ****大学 三相异步电动机矢量控制研究 姓 名： 指导教师： 日期：2011 年 12 月 25 日 I
    三相异步电动机矢量控制研究 专业：电气工程及其自动化 指导教师: 姓名： 学号： 摘 要 因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦 合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控 制起来极为不便。异步电机的物理模型之所以复杂，关键在 于各个磁通间的耦合。如果把异步电动机模型解耦成有磁链 和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制 模型来控制交流电动机。 直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模 拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机 相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统中磁链调节器 的设计方法。并用 MATLAB 最终得到了仿真结果。 关键字：异步电动机，矢量控制，MATLAB 仿真 I
    ABSTRACT Because asynchronous motor's physical model is a higher order, the misalignment, the close coupling many-variable system, needs to use a group of nonlinear simultaneous equation to describe, therefore controls extremely inconveniently. The reason that asynchronous machine's physical model is complex, the key lies during each magnetic flux the coupling. If becomes the asynchronous motor model decoupling has the simple model which the flux linkage and the rotational speed control separately, may simulate direct current motor's control model to control the motor. The direct vector control is one superior alternating current machine control mode, it simulates direct current machine's control mode to enable the alternating current machine also to obtain the control effect which compares favorably with the direct current machine. This article has studied in the vector control system the flux linkage regulator's design method. And obtained the simulation result finally with MATLAB. Key Word: Asynchronous Motor, The vector control, MATLAB simulation II
    目 录 前 言.......................................................................................IV 第 1 章 矢量控制的基本原理.................................................. 5 1.1 坐标变换的基本思路................................................... 5 1.2 矢量控制系统结构........................................................6 第 2 章 按转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制..........8 第 3 章 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统....................12 3.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统.....................12 3.2 带转矩内环的直接矢量控制系统............................. 13 第 4 章 控制系统的设计与仿真............................................ 14 4.1 矢量控制系统的设计................................................. 14 4.2 矢量控制系统的仿真................................................. 16 结 论.......................................................................................25 参考文献...................................................................................26 III
    前 言 矢量控制是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使 得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统 中磁链调节器的设计方法。首先简单介绍了矢量控制的基本原理， 给出了矢量 控制系统框图，然后着重介绍了矢量控制系统中磁链调节器的设计和仿真过程。 仿真结果表明调节器具有良好的磁链控制效果。 因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统， 需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。异步电机的物理模 型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。直流电机的数学模型就简单多了。 从物理模型上看，直流电机分为空间相互垂直的励磁绕组和电枢绕组，且两者 各自独立，互不影响。正是由于这种垂直关系使得绕组间的耦合十分微小、，我 们可以认为磁通在系统的动态过程中完全恒定。这是直流电机的数学模型及其 控制比较简单的根本原因。 如果能将交流电机的物理模型等效变换成类似直流电机的模式，仿照直流电机 进行控制，那么控制起来就方便多了，这就是矢量控制的基本思想。 IV
    第一章 矢量控制的基本原理 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异步电动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。具体是将异步电动机的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)分别加以腔制， 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 式为矢量控制方式。 1.1 坐标变换的基本思路 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模 式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转 磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流 Ai 、 Bi 、 Ci ，通过三相——两 相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 i 和 i ，再通过同步旋转变 换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 di 和 qi 。如果观察者站到铁心上 与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图 l。从整体上看，输人为 A，B，C 三相电压，输出为转速，是一台异步电动机。从结构图内部看，经 过 3／2 变换和按转子磁链定向的同步旋转变换，便得到一台由 mi 和 ti 输入，由 输出的直流电动机。 5
    图 1 异步电动机的坐标变换结构图 1.2 矢量控制系统结构 既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电 动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能 够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量， 所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(Vector Control System)，简称 VC 系统。VC 系统的原理结构如图 2 所示。图中的给定和反馈信 号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号 * mi 和电枢 i ，再经过 2／3 变换得 Ci 。把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号 1加到电 ti ，经过反旋转变换 1VR 一得到 * i 和 * 电流的给定信号 * 到 * Ai 、 * Bi 和 * 流控制的变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。 6
    图 2 矢量控制系统原理结构图 在设计 VC 系统时，如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为在控制器后 面的反旋转变换器 1VR 与电机内部的旋转变换环节 VR 相抵消，2／3 变换器与 电机内部的 3／2 变换环节相抵消，则图 2 中虚线框内的部分可以删去，剩下的 就是直流调速系统了。可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、 动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。 7
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