直流电机双闭环调速系统 第7页

第二部分 矢量控制系统建模与仿真

第1章 矢量系统的数学模型及构成

矢量控制系统就是通过坐标的变换实现的控制系统。矢量控制系统的原理结构如图1-1所示，图中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 和电枢电流的给定信号 ，经过反旋转变换 得到 和 ，经过2/3变换得到 、 和 。把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号 加到电流控制的变频器上，即可输出异步电动机调速所需的三相变频电流。
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 图1-1 矢量控制系统原理结构图

1.1矢量控制的理论基础

    本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[，原理图如图1-2所示。
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图1-2  转子磁场间接定向电流控制型矢量控制系统原理图

如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁

场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。
    
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       （3）
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    上列各式中， 是转子励磁电流参考值； 是转差角频率给定值； 是定子电流的励磁分量； 是定子电流的转矩分量； 是定子频率输入角频率； 是转子速度； 是转子磁

场定向角度； 是转子时间常数； 和 分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速 与实际电机转速 相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号 ，电机的激磁电流给定信号 根据电机实际转速 由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号 ，定子电流转矩分量给定信号 则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。 、 和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号 ， 与ωr相加生成转子磁场频率给定信号 ，对 积分则得到转子磁场空间角度给定信号 。 和 经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号 、 和 ，与定子三相电流实测信号 、 和 相比较，由滞环控制器产生逆变所需的三相PWM信号。

1.2 控制系统结构

转子电流经过解耦后，就可用直流调速的方法对其进行控制。在控制系统中，

给定量是转速，受控量是电磁转矩（转子电流的转矩分量）。为了实现转速和电

流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，

两者之间实行串级联接，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流

调节器的输出去控制晶闸管变流器的触发装置。转速调节器的作用是对转速的抗

扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定允许的最大电流。电流调节器

的作用是电流跟随，过流保护和及时抑制。

    为了获得良好的动、静态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI 调节器。两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR 的输出限幅(饱和) 电压是 ，它决定了电流调节器给定电压的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压是 ，它限制了晶闸管变流器输出电压的最大值。

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