中文翻译-异步电机矢量控制系统的设计

中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文 外 文 翻 译第 1 页 共 7 页异步电机矢量控制系统的设计Min Zhang, Xinping Ding 和 Zhen Guo中国 青岛 266033 青岛理工大学 自动化学院电子邮箱：z_摘要在各种异步电机调速控制方式中，矢量控制有着快速反应，稳定，高性能传输，调速范围宽的优势。为了异步电机矢量控制的需要，本设计使用 89C196 作为控制器并且详细地介绍了软硬件的设计。本设计完整有效，有良好的性能，简单的结构和良好的发展前景。关键字：异步电机，89C196，矢量控制1 引言交流异步电机是一个高阶，多变量，非线性，强耦合的控制对象。使用参数变换和现代控制理论的状态变换，实现交流电动机的定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，交流电机的控制过程等效为直流电机的控制过程，交流调速系统动态性能得到了显著的提高，这样使异步电机的控制等效为控制直流电机成为可能。电流调节器更多的使用矢量控制的频率控制设备。2 矢量控制根据产生相同旋转磁动势的规则，定子电流 iA iB iC，通过在三相坐标系统的3S/2S 转换，可以等效为静止两相坐标交流电流 .通过转子磁场定向的矢量旋转变换，等效为直流电流 的同步旋转坐标。当随着坐标轴一起旋转观察，交流电机就变成直流电机。对此，交流感应电机转子磁链 r，等效为直流电机的磁链，轴绕组等效为直流电机的励磁绕组，等效为励磁电流，q 轴绕组等效为伪静止绕组，.等效为正比于转矩的电枢电流。通过以上转换，交流异步电机就完全转换成直流电机。因此，模拟直流电机，获得直流电机的各种控制之后通过相应的坐标反变换就可以控制异步电机。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文 外 文 翻 译第 2 页 共 7 页由于电流空间矢量（代表磁动势）的坐标变换，这种控制系统实现了所谓的空间控制系统的坐标变换，也就是 VC 系统。根据这个想法，如图一所示，矢量控制系统可以直接控制 r 和。在图中，通过使用类似于直流速度控制系统的反馈信号控制器，产生励磁电流 iqs 信号和电枢电流信号 ids，通过 VR-1 反变换将和变换，通过 3S/2S 变换得到 ，输入电流控制的逆变器获得的电流频率 1 控制的三相信号，可以输出异步电机所需速度的三相转换电流。3 设计思路和内容该系统采用 80C196 作为控制器，由检测的定子三相电流单元的键盘输入，液晶显示（ LCD ）模块，模拟速度检测单元定子三相电压的给定单元，反馈速度单元和输出单元组。系统框图如图 2 所示，该系统适用于 16 位单片机 80C196 单片机作为控制核心，与一些硬件模拟电路构成的矢量控制异步电动机系统。一方面，通过 80C196 单片机的 A / D 模块，测速和 80C196 给定的已获得速度反馈信号，通过速度的调节获得饱和限制的转矩，同时获得给定的转矩电流；使用一个给定的函数发生器获得给定转子磁链,通过观察获得真实的通量,通过磁链调节获取给定定子电流的励磁电流。然后励磁电流和转矩电流通过 K / P 变换合成,获得振幅和相定子电流,通过与实际电流相比较，利用电流调节器控制定子电流的大小。另一方面,定子电流频率计算与时间为常数的控制逆变器要有相同的转化频率,定期与定时器调整,通过 P1 传递触发信号实现转换的触发。4 软件和硬件设计硬件电路的系统主要由交-直-交电流逆变电路、可控硅触发器逆变器电路,整流可控硅触发电路、带有速度反馈电路,电流中央监管电路、保护电路和其他典型电路。软件的设计包括:速度调节器控制和磁链检测和监控。4.1 交直交电流转换电路主电路采用比交-直- 交变流器的系统，如图 3 所示,主要功能特点如下:1)主电路具有结构简单，元件很少的特点，为四象限运行。当功率制动时,主电路中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文 外 文 翻 译第 3 页 共 7 页的电流方向保持不变,只是改变电压的极性, 整流器工作在逆变状态,逆变器工作在整流状态。逆变器可以很容易进入状态、再生制动、快速动态响应。连接到一组逆变器的电压逆变器为了再生制动,使电能回馈给电网。2)因为中间使用的回馈、具有电流限制的是一个恒流源。加上电流环调节,电流限制,因此它可以容忍瞬时负载短路、自动保护,从而加强过电流保护和运行可靠性。3)当前逆变器的转换能力,输出电流瞬时值是由电流逆变器控制的,满足了交流电机矢量控制的需求。抑制反应堆的直流回路滤波器电流充放电的转换容量,与大容量冲击电压转化器电流不同、电容器的利用率是。4)电流逆变器和负载电机形成一个整体,和储能电机的绕组是也包含在转换器中,和更少的依赖于电压逆变器,因此它有一定的负载能力。4.2 逆变可控硅触发驱动电路逆变可控硅触发器的驱动电路如图 4 所示。逆变器触发信号是由 80C196 的 P1 控制,滑动信号输出通过在单片机 P1 口输入到 PWM 调节，通过光电隔离放大,控制逆变器的触发器。该系统采用 p1. 6 作为控制和使用 p1 .0 p1 .5 分别控制六个可控硅逆变器,所以触发电路由六个以上电路组成。可控硅触发逆变器的驱动电路原则如下:当从 P1 的 PWM 是高电平信号,光电隔离就处于关断状态，复合管道处于饱和状态,左侧变压器形成的电路能够功率信号放大(防渗墙增大); 当 PWM 从 P1 口输入低电平,光电隔离导通 ,复合管道处于截止,左边变压器不能形成回路;因此,复合管道相当于一个开关,它的频率依赖脉宽调制的频率 ,所以左侧变压器形式交流信号, 变压器降压后触发可控硅逆变器,半波波整流器和过滤器。4.3 电流环调节电路通过矢量计算,通过 D / A 模块输出给定电流、通过电流检测电路测试反馈电流 ,将它们发送到模拟器的 P1 调节器调节 ,能消除静电差异和提高速度的调节。模拟设备的输出都可以看作是对的整流器的控制信号移相触发。电流环调节电路如图 5 所示4.4 控制速度调节器速度调节器采用双模控制。设置一个速度误差值,当系统比偏差(超过 10%的额定频率), 从大概的起始位置开始,使用开关控制,此时,速度调节器的振幅处于限制状态,相当于中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文 外 文 翻 译第 4 页 共 7 页速度环开环,所以电流环处于恒定电流调节的状态。因此,它能有过载能力和快速响应的可能。当系统进入到小偏差的状态时，该系统采用代替开关控制的 PI 线性控制。因此,充分利用非线性和线性的优势、系统能够满足稳定性和准确性。速度调节流程图如图6 所示。4.5 磁链调节转差频率矢量控制系统受电动机参数影响,因此实际的通量和给定的通量会出现偏差。这个系统在磁通的振幅，调节转子磁链,实际磁链与给定磁链的变化处于实时监测和反馈中,磁链调节器也和速度调节器一样,利用 PI 调节器。离散公式为 :(1)加上一个预测校正(2)在公式中是比例系数,是积分系数, 是采样周期, 是实际输出值(3)(4)当处于低频率状态时(f 5 赫兹),不被容忽视的,和相区别加大，公式不再设置。通过近似转子磁链观测器和公式/计算磁链幅值，只有开环控制的通量 ,也就是从一个给定的通量计算,即为。另外,为了避免扰乱,或太弱,太强的磁链,限制了输出，在软件中设置它的范围，从75%到 115%额定值。5 设计概要本文研究了异步电动机的矢量变速控制系统的设计。80C196 单片机和外部硬件完成异步电动机速度矢量控制系统设计,满足定时控制的要求。思路清晰的矢量控制设计有良好的速度的性能和简单的结构。它在分析和设计的异步电动机矢量控制系统有一个广泛的使用和良好的发展前景。中 北 大 学 2013 届 毕 业 论 文 外 文 翻 译第 5 页 共 7 页创新方面：(1)完成速度和电压的数据采集,输出控制信号和通过 80C196 单片机的 A / D,D / A有效的保存设备。(2)由于电流源逆变器使用强制转换,最大工作频率不受电网频率影响。它是具有广泛的速度范围。(3)本系统使用常数通量保持常数通量稳定。用定子电压物理振幅近似等效为观测通量振幅。磁通克服了参数变化的影响。这个方法是简单和有效的。参考文献Hisao Kubota 和 Kouki Matsuse . (1994). 转子电阻适应的无速度传感器矢量控制的异步电机IEEE Trans. Ind. Appl. vo1.30, No.5,pp.1219-1224.Li, Da, Yang, Qingdong, 和 Liu, Quan DSP 的永磁直线同步电动机矢量控制系统. 微机信息.09-2:195-196Liu, Wei. (2007). 关于矢量电流环控制的应用程序设计，微机信息, 07-1: 68-70Zhao,Tao, Jiang, WeiDong, Chen, Quan, 和 Ren, Tao. (2006). 基