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1、-带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制1 1 矢量控制系统的设计矢量控制系统的设计以典型I型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型 I 型系统的形式，磁链调节器设计为一个 PI 调节器与一个惯性环节串联，即Tis11GAR(S)GPI(S)Gine(S)Kp其中Kp、TisTs1Ti、Ti待定。于是磁链闭环的开环传递函数为G(s)KpTis 1L1md。当取Ti=Tr时，整理可得TisTs 1Tr1KpLmdG(s)KpTis 1LLmd1md KpTisTs 1Tr1Trs(Ts 1)TrT1s(s)T7，显然这是典型I 型系统的开环传递函数形
2、式。为了便于仿真，假设电机参数如下：定子互感和转子互感：L_m=34.7e-3定子电阻：R_s=0.087转子电阻：R_r=0.228定子漏感和转子漏感：L_lr=L_ls=0.8e-3极对数：n_p=2转动惯量：J=1.662转子磁链：Psi_r=1代入上述数值到 G(s)可得z.-0.2245TrT0.2316TT。易知该 I 型系统的G(s)111s(s)s(s)s(s)TTTKpLmd0.052KpKp12nT阻尼比和振荡频率n有如下关系：8。K2 0.2245pnT假设今要求磁链调节曲线超调量p 5%、调节时间ts 0.1s(0.02)。根据自动控制理论，一旦超调量和调整时间确定了，
3、典型 I 型系统的特征参数和n可由2ln10ln100p2(ln100p 2ln10)确定，于是可解得=0.6901、14ln12ntsn=62.6483，再将和n代入8式解得Ti、T=0.0116，Kp=202.77，Tr=0.2316图图 5 5 转子磁链的开环传递函数波特图转子磁链的开环传递函数波特图2 2 矢量控制系统的仿真矢量控制系统的仿真在 MATLAB 下作系统仿真模型，如图 6 所示。图图 6 MATLAB6 MATLAB 下作系统仿真模型下作系统仿真模型各个子模块的仿真模型如图各个子模块的仿真模型如图 712712 所示所示:图图 7 7 电流滞环脉冲发生电流滞环脉冲发生图图
4、 8 8 按转子磁链定向的转子磁链电流模型按转子磁链定向的转子磁链电流模型图图 9 9 磁链调节器的模型磁链调节器的模型图图 1010 转速调节器的模型转速调节器的模型图图 1111 转矩调节器的模型转矩调节器的模型图图 12 generation12 generationz.-仿真结果如图 1323:图图 1313A A 相电流波形相电流波形图图 14 iSq14 iSq 图形图形图图 15 iSd15 iSd 图形图形图图 1616 转速输出图形转速输出图形图图 1717 经经 2r/3s2r/3s 变换的三相电流给定波形变换的三相电流给定波形图图 1818转速调解器输出转速调解器输出图图
5、 1919 转矩调节器输出转矩调节器输出图图 2020 磁链调节器磁链调节器 ApsiRApsiR 输出输出图图 2121 定子磁链轨迹定子磁链轨迹图图 2222 转矩转速曲线转矩转速曲线图图 2323 电动机输出转矩电动机输出转矩下面对本例做出简单的分析与说明：下面对本例做出简单的分析与说明：带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统的主电路采用电流滞环控制型逆变器。在控制电路中，在转速环后增加了转矩内环，转速调节器 ASR 的输出是转矩调节器 ATR 的给定 Te*,而转矩的反响信号 Te，则通过矢量控制方程计算得到。电路中的磁链调节器 ApsiR 用于对电动机的定子磁链的控制，并设置了电流变
6、换和磁链观测环节，ATR 和 ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩分量 i*st和励磁分量 i*sm。i*st,i*sm经过 2r/3s 变换后得到三相定子电流的给定值 i*sA,i*sB,i*sC,并通过电流滞环控制 PWM 逆变器控制电动机定子的三相电流。带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型如图 6 所示。期中直流电源 DC，逆变器 inverter,电动机 motor 和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。三个调节器 ASR,ATR 和 ApsiR 均是带输出限幅的 PI 调节器。转自磁链观测采用二一样步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块 Fcn
7、 用于对转矩的计算，z.-dq0-to-abc 模块用于 2r/3s 的坐标变换。调节器的参数见附录，模型的仿真算法为 ode23tb.在给定转速为 1400r/min，空载起动，在 0.6s 是加载60Nm，系统的仿真结果如前图所示。在波形中可以看到，在矢量控制下，转速上升平稳，加载后稍有下降但随即恢复，在 0.35s 到达给定转速时和 0.6s 加载时，系统调节器和电流，转矩都有相应的响应。由于 ATR 和 ApsiR 都是带限幅的 PI调节器，在起动中俩个调节器都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子的给定值i*sA,i*sB,i*sC也不变，所以在起动的过程中，
8、定子电流根本保持不变实现了恒电流起动。由图可以看出，在起动阶段，磁场的建立过程比较平滑，磁链呈螺旋形增加，同时电动机转矩不断上升；而不带磁链调节器时，起动初期磁链轨迹波动较大，也引起了转矩的大幅度波动。从转矩转速曲线也可以看到，带磁链调节器的系统起动转矩较大。z.-附录附录仿真参数一览表：电动机选择：380V、50Hz、两对磁极逆变器电源为 510V定子绕组自感LsLmL1s 0.069 0.002 0.071mH转子绕组自感LrLmL1r 0.069 0.002 0.071mH漏磁系数1 L2m/LsLr0.056转子时间常数TrLr/Rr 0.071/0.816 0.087PI 调节器参数z.