金陵科技学院运动控制系统课件第2篇第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统（3）.ppt

转矩闭环控制 转速调节器的输出为转矩给定，除以转子磁链，得到电流转矩分量给定，由于某种原因使转子磁链减小时，通过除法环节可使电流转矩分量给定增大，尽可能保持电磁转矩不变。 用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实现了转矩与转子磁链的动态解耦。 转矩闭环控制 图6-28 带除法环节的矢量控制系统原理框图 6.6.5 转子磁链计算 按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是准确定向，也就是说需要获得转子磁链矢量的空间位置。 在构成转子磁链反馈以及转矩控制时，转子磁链幅值也是不可缺少的信息。 6.6.5 转子磁链计算 转子磁链的直接检测比较困难，多采用按模型计算的方法。 利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。 在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。 计算转子磁链的电流模型 根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型叫做电流模型。 在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型 计算转子磁链的电流模型 图6-29 在αβ坐标系计算转子磁链的电流模型 计算转子磁链的电流模型 在mt坐标系上计算转子磁链的电流模型 计算转子磁链的电流模型 图6-30 在mt坐标系计算转子磁链的电流模型 计算转子磁链的电流模型 上述两种计算转子磁链的电流模型都需要实测的电流和转速信号，不论转速高低时都能适用。 受电动机参数变化的影响。电动机温升和频率变化都会影响转子电阻，磁饱和程度将影响电感。 这些影响都将导致磁链幅值与位置信号失真，而反馈信号的失真必然使磁链闭环控制系统的性能降低，这是电流模型的不足之处。 计算转子磁链的电压模型 根据电压方程中感应电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分就可以得到磁链。 在αβ坐标系上计算转子磁链的电压模型 计算转子磁链的电压模型 图6-31 计算转子磁链的电压模型 计算转子磁链的电压模型 电压模型包含纯积分项，积分的初始值和累积误差都影响计算结果，在低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。 电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。有时为了提高准确度，把两种模型结合起来。 金陵科技学院 智能科学与控制工程学院 自动化专业 第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统 6.6异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。 仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。 6.6异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 由于变换的是矢量，所以这样的坐标变换也可称作矢量变换，相应的控制系统称为矢量控制（Vector Control 简称VC）系统或按转子磁链定向控制（Flux Orientation Control简称FOC）系统。 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 将静止正交坐标系中的转子磁链旋转矢量写成复数形式 旋转正交dq坐标系的一个特例是与转子磁链旋转矢量同步旋转的坐标系。令d轴与转子磁链矢量重合，称作按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系，简称mt坐标系。 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 图6-17 静止正交坐标系与按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 m轴与转子磁链矢量重合 为了保证m轴与转子磁链矢量始终重合，还必须使 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 mt坐标系中的状态方程 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 由 导出mt坐标系的旋转角速度 mt坐标系旋转角速度与转子转速之差定义为转差角频率 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 mt坐标系中的电磁转矩表达式 定子电流励磁分量 定子电流转矩分量 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，转子磁链仅由定子电流励磁分量产生，电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流两个分量的解耦。 在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中的异步电动机数学模型与直流电动机动态模型相当。 6.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 图6-18 按转子磁链定向的异步电动机动态结构图 6.6.2按转子磁链定向矢量控制的基本思想 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。 采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值。 6.6.2按转子磁链定向矢量控制的基本思想