异步电动机矢量控制系统.ppt

,主要内容,由于交流电机具有多变量、非线性、强耦合的特性；其它的调速方法的效率低，应用场合有限（包括：调压调速、电磁转差离合器调速、线绕式异步电机转子串电阻调速和串级调速等）,一、交流电机调速为什么采用变频调速方法?,1、V/F控制转速开环恒压频比控制优：结构简单、成本低、可以满足一般的平滑调速要求缺：静、动态性能有限应用：风机、水泵2、转差频率控制优：过电流的抑制、速度精度、使用的速度范围等诸特性比V/F控制高缺：不能保证最优的动态性能,二、交流电机变频调速的方法,3、矢量控制（vectorcontrol），又称磁场定向控制（field-orientedcontrol）背景：1968年，德国Darmstader大学的Hasse博士首先提出矢量控制理论，1971年，西门子公司的Blaschke又将这种一般化的概念形成系统的理论优：控制特性比其它控制方式格外优越；能胜任要求高速响应、宽广调速范围、频繁急加减速运转和连续等用途；可以进行转矩控制。缺：系统参数敏感性较强,原理：通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。实现形式：根据控制结构中是否含有转子磁链调节器可以分为直接磁场定向和间接磁场定向具体过程：将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量。,一、矢量控制实现的基本原理,1、它首先通过电机的等效电路来得出一些磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链2、把三相静止坐标系下的定子交流电流，通过3/2变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流。然后，再把两相静止电流，通过转子磁场定向的旋转变换VR，等效成两相旋转坐标系下的电流即类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度3、最后再经过/变换，产生三相交流电去控制电机，这样就获得了良好的性能,二、异步电动机的矢量控制过程,矢量变换控制的基本思路：是以产生同样的旋转磁场为准则，建立三相交流绕组电流、两组交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。,异步电动机在三相静止坐标系下的数学模型,电压方程,电磁转矩方程,运动方程,交流电机三相静止绕组A、B、C，通入三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速旋转。,在两相静止坐标下中通入时间上互差90的两相电流，也能产生旋转磁势。两个旋转磁势大小和转速都相等时，即可认为两相绕组与三相绕组等效。,如果将两个匝数相等且互相垂直的绕组M和T中分别通以直流电流im和it，且包含绕组在内的整个铁芯以同步速旋转，则磁势F也随之旋转起来，形成旋转磁势。,图(b)两相交流绕组,图(C)旋转的直流绕组,图(a)三相交流绕组,三相磁场、两相磁场、旋转直流磁场系统之间是可以互相进行等效转换。,图(C)旋转的直流绕组,Clark变换过程,Park变换过程,矢量坐标变换原则：,1.变换前后总磁动势不变。2.变换前后总功率相等,1.变换前后总磁动势不变。2.变换前后总功率相等,Clark变换,Clark逆变换,Park变换,Park逆变换,1.变换前后总磁动势不变。2.变换前后总功率相等,运动方程：,电压方程：,两相静止坐标系下的数学模型,转矩方程：,两相静止坐标系下的状态方程：,将以上电压方程、转矩方程、运动方程归纳整理起来，就构成了三相异步电机在两相静止坐标系下的数学模型,电压方程：,两相旋转坐标系下的数学模型,运动方程：,转矩方程：,将以上电压方程、转矩方程、运动方程归纳整理起来，就构成了三相异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型,两相旋转坐标系下的状态方程：,异步电机模型的建立,在Matlab/Simulink中，建立三相异步电机仿真模型。该模型包含了Clarke变换和Park变换以及它们的逆变换等模块，其中ACMOTORMT模块为三相异步电机经过坐标变换之后在M-T坐标系下的模型。,将给定信号分解成两个互相垂直且独立的直流信号、，、通过“Park逆变换”被变换成两相交流信号、，又经“Clarke逆变换”，得到三相交流的控制信号、去控制逆变电路，进而控制电机。电流信号经过传感器采样和“Clarke变换”以及“Park变换”，传送到控制端，从而使系统成为一个闭环控制系统，模拟出类似于直流电动机的工作状况。,矢量控制系统结构,一、异步电机矢量控制系统的硬件实现,交流异步电机无速度传感器矢量控制系统硬件总体结构：,整个系统主要包括一个三相全桥整流器和一个智能功率模块IPM以及用于给最小系统提供直流电的开关电源电路、三相异步电机、TMS320F2812最小系统控制板、TDS510USB仿真器、PC机CCS集成开发环境等。,系统硬件实物图,二、异步电机矢量控制系统软件实现,矢量控制系统的程序设计包括：主程序、中断服务子程序。主程序：包括系统初始化、变量初始化、ADC模块初始化、事件管理器初始化、定时器下溢中断初始化、通用I/O口初始化和主循环计算程序。中断服务子程序：实现SVPWM的产生和控制,系统主程序流程图,展望,矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁