电力拖动运动控制系统第2版丁学文电子课件第6章节.ppt

转差频率信号ωs通过矢量控制基本方程中的转差频率方程式(6-12)计算得到，即ωs=(Lm/TrΨr)i*ts。ωs与ω相加得到ω1,对ω1积分得到φ角。φ角即为M轴的定向角,也是Ψr的相位角，2r/2s变换中需要它。 2r/2s变换后得到的电流信号i*αs和i*βs,再经2/3变换得到三相静止坐标系上的三相电流给定信号i*a、i*b、i*c作为滞环电流跟踪型PWM变频器的给定信号,与实际三相电流信号的误差送到滞环比较控制器。 磁链开环转差频率矢量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信号确定，靠矢量控制基本方程保证，并没有用磁链模型实际计算转子磁链及其相位角，所以属于间接型磁场定向，也可以称为间接型矢量控制系统。由于矢量控制方程中包含电动机转子参数，定向精度仍然易受参数变化的影响。 由于控制的是三相电流的瞬时值，它包含了幅值、频率和相位，与异步电动机恒压频比控制仅控制幅值和频率相对照，控制上的差别决定了它们性能上的差异。 2.转速磁链闭环的矢量控制系统 系统原理示于图6-9中,虚线左边为控制部分,由微处理器完成,虚线右边为主电路,变频器采用电流控制，详见图6-8。 图6-9 转矩磁链闭环的矢量控制系统 该系统的主要特点是： 转子磁链的实际幅值Ψr和相位角φ通过电流模型在二相同步旋转M-T坐标系上计算得到，查三角函数表得到相应的cosφ和sinφ，its作为磁链推算的中间变量一并得到。由于转子磁链是通过磁链模型直接推算出来的，所以该系统又称直接型矢量控制系统。 对转子磁链的幅值实行闭环控制，在基速以下恒磁通恒转矩，在基速以上弱磁恒功率。 转矩调节器的输出是定子电流转矩分量给定i*ts，磁链调节器的输出是定子电流励磁分量给定i*ms。它们经过VR-1和2/3变换，输出三相定子电流给定iA*、iB*、iC* 给电流控制变频器，对变频器实行瞬时值控制，于是变频器的三相电流在幅值、频率、相位上均得到控制，这是它和V/F控制的不同之处。 在速度环内设转矩内环，有助于解耦。速度环的输出是转矩给定，有正负限幅。转矩反馈信号由磁链模型的中间值its，经过矢量控制基本方程中的转矩方程式(6-6)计算得到。 矢量控制的关键是磁场定向准确，定子电流的励磁分量与转子磁链同方向，转矩分量垂直于转子磁链。然而在实际中，由于变频器和信号处理中存在的固有推迟现象以及参数不可避免的变化，理想的矢量控制是很难的。图6-10示出了矢量控制系统的传递函数关系，表明耦合问题和非线性问题仍然存在。 × ims its Ψr Te + TL - ω 图6-10 矢量控制传递函数 Ψr 磁链与速度之间存在耦合关系，当磁链闭环和速度闭环时，两个子系统不是独立的. R 为了使两个子系统完全解耦，除了坐标变换外，还应设法消除或抑制转子磁链对转矩的影响。上述系统中转速环内设转矩环有助于解耦，这是因为磁链对转矩的影响相当于一种扰动，转矩内环可以抑制这个扰动。下面要介绍的转速调节器的输出除以转子磁链得到定子电流的转矩分量(图6-11)，那里的除以转子磁链与图6-10示出的电机模型中的乘以转子磁链得到转矩相互抵消，两个子系统就解耦了。这时就可以采用经典控制理论的单变量线性系统综合方法或相应的工程设计方法来设计两个调节器AΨR和ASR。 3.电流型逆变器矢量控制系统 图6-11示出了一种电流型逆变器转子磁链定向直接型矢量控制系统,电流型逆变器(CSI)可以是方波输出,也可以是PWM输出,电源侧UR采用相控晶闸管整流桥。磁链闭环,磁链调节器的输出是定子电流的励磁分量ims*给定。速度闭环,速度调节器的输出是转矩给定,转矩给定乘上一个系数再除以转子磁链，得到定子电流的转矩分量给定its*。这两个电流给定再经K/P坐标变换,得到定子电流空间矢量的幅值与相位角给定Is*、θs*。下面分成二路，一路用幅值给定去控制晶闸管可控整流桥,从而控制中间直流环节电流的大小；另一路用相位角给定去控制逆变桥的输出相位。 转子磁链由电流模型产生，如图所示。调速范围的下限可以到达零，实现全范围四象限运行。 该方案适用于数千千瓦的大容量装置。 R36 R39 图6-11 转矩磁链闭环的矢量控制系统 相位能否得到及时控制对动态转矩的产生极为重要，改写矢量控制基本方程中的转矩公式(6-6)如下 （6-16） 这里 Ψr—转子磁链的峰值， Is—定子电流空间矢量的峰值， γ=θs—转矩角。 极端的说，即使Is很大，如果转矩角θs=0，也不能