1、第七章 矢量控制技術（Vector Control）馬昕北京化工大學計算機模擬與系統安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心國家安全生產監督管理總局危險化學品生產系統故障預防及監控基礎實驗室北京化工大學信息科學與技術學院2022/9/5第七章矢量控制技術2T型等效電路溫故而知新2022/9/5第七章矢量控制技術3矢量控制技術 由于建立動態模型過程中需用到坐標變換，而進行坐標變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這種控制方式被稱為矢量控制2022/9/5第七章矢量控制技術4主要內容異步電動機等效電路變換 T型等效電路 通用等效電路 不對稱T型等效電路坐標變換矢量控制異步電動機數學模型 基本方程

2、 d-q軸理論 狀態方程式 電磁轉矩與運動方程式重點內容2022/9/5第七章矢量控制技術5主要內容矢量控制思路矢量控制類型 直接型矢量控制 間接型矢量控制矢量控制系統 電流源驅動異步電動機矢量控制系統 電壓源驅動異步電動機矢量控制系統 帶有直流控制環的異步電動機矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術6一、異步電動機等效電路變換型等效電路通用等效電路不對稱型等效電路2022/9/5第七章矢量控制技術7型等效電路異步電動機等效電路變換T型等效電路2022/9/5第七章矢量控制技術8型等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術9型等效電路異步電動機等效電路變換2022

3、/9/5第七章矢量控制技術10型等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術11通用等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術12通用等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2022/9/5第七章矢量控制技術13通用等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術14結論：由于a為任意常數，異步電動機等效電路從理論上講不是唯一的，它可以有無數個由于定子側輸入阻抗不變，定子電流與a無關。即使a發生變化，定子電流也不會發生變化轉子電流與a有關，勵磁電流也隨a值變化而變動通用等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術1

4、5T型等效電路的折算原則是保持電動機氣隙磁通恒定事實上可以考慮其它的折算原則： 保持轉子總磁通恒定（T-I型等效電路）辦法：在通用等效電路中選擇合適的a值通用等效電路異步電動機等效電路變換2022/9/5第七章矢量控制技術16不對稱型等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2022/9/5第七章矢量控制技術17不對稱型等效電路異步電動機等效電路變換矢量控制等效電路2022/9/5第七章矢量控制技術18二、坐標變換2022/9/5第七章矢量控制技術19二、坐標變換2022/9/5第七章矢量控制技術20三相繞組與二相繞組的軸線設定目標：將三相靜止坐標變換成二相靜止坐標2022/9/5第七章矢量控

5、制技術212022/9/5第七章矢量控制技術22目標：二相靜止坐標變換成二相旋轉坐標二相靜止坐標與旋轉坐標軸的設定2022/9/5第七章矢量控制技術232022/9/5第七章矢量控制技術24目標：將三相靜止坐標變換成二相旋轉坐標2022/9/5第七章矢量控制技術252022/9/5第七章矢量控制技術262022/9/5第七章矢量控制技術272022/9/5第七章矢量控制技術28二、坐標變換坐標系特點：靜止坐標系中的各物理量是交流量旋轉坐標系中的各物理量是直流量靜止坐標系包括二相靜止坐標系和三相靜止坐標系各物理量包括電壓、電流和磁鏈動畫演示2022/9/5第七章矢量控制技術29三、矢量控制異步電

6、動機數學模型二軸理論異步電動機的基本方程異步電動機的二軸理論異步電動機的狀態方程異步電動機的電磁轉矩異步電動機的運動方程式2022/9/5第七章矢量控制技術30在研究異步電動機數學模型時，作如下假設：三相繞組對稱，所產生的磁勢沿氣隙圓周正弦分布；忽略磁飽和，繞組自感和互感都是線性的；忽略鐵損耗的影響；無論是繞線式異步電動機還是鼠籠式異步電動機，均將其等效為繞線式轉子，并且折算到定子側，折算前后的每相匝數相等矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術31二軸理論矢量控制異步電動機數學模型基本方程三相異步電動機的物理模型定子相電壓瞬時值定子電阻定子漏感定子等效電感定子自感2022

7、/9/5第七章矢量控制技術32基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術33基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術34基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術35基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術36基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術37基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術38d-q軸理論異步電動機坐標設定二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量

8、控制技術39d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術40d-q軸理論上述工作的目的就要實現了！將前面得到的磁鏈方程式和電壓方程式利用定子側和轉子側3/d-q變換公式進行坐標變換，可以得到異步電動機在d-q坐標系中的電壓方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術41d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術42d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術43d-q軸理論矢量控制中最基本、最重要的公式Back to 電壓源驅動矢量控制系統二軸理論矢量控制

9、異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術44d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術45狀態方程二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術46從磁場能量入手求取電磁轉矩電磁轉矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術47電磁轉矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數學模型2022/9/5第七章矢量控制技術48四、矢量控制思路電磁轉矩等效原理圖動畫演示2022/9/5第七章矢量控制技術49四、矢量控制思路2022/9/5第七章矢量控制技術50等效交流電機繞組和直流電機繞組物理模

10、型四、矢量控制思路2022/9/5第七章矢量控制技術51異步電動機坐標變換結構圖等效直流電機模型交流電動機四、矢量控制思路2022/9/5第七章矢量控制技術52四、矢量控制思路等效直流電機模型電流控制變頻器交流電動機控制器給定信號反饋信號矢量控制的基本思想：把異步電動機經過坐標變換等效成直流電動機，然后仿照直流電動機的控制方法進行控制器設計，再經過相應的反變換，就可以控制交流電動機了2022/9/5第七章矢量控制技術53五、矢量控制類型2022/9/5第七章矢量控制技術54直接型矢量控制定子回路轉子回路2022/9/5第七章矢量控制技術55直接型矢量控制2022/9/5第七章矢量控制技術56直

11、接型矢量控制2022/9/5第七章矢量控制技術57直接型矢量控制直接型矢量控制的基本結構IM磁鏈仿真器電流模型2022/9/5第七章矢量控制技術58間接型矢量控制定子回路轉子回路2022/9/5第七章矢量控制技術59間接型矢量控制2022/9/5第七章矢量控制技術60間接型矢量控制IM磁鏈仿真器電流模型間接型矢量控制的基本結構2022/9/5第七章矢量控制技術61勵磁電流轉矩電流間接型矢量控制變頻調速2022/9/5第七章矢量控制技術62間接型矢量控制異步電動機矢量變換與解耦數學模型圖2022/9/5第七章矢量控制技術63六、矢量控制系統矢量控制系統(Vector Control System

12、)： 由于進行坐標變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現的控制系統就叫做矢量控制系統(VCS)。下面所要討論的均是基于轉差頻率型矢量控制方案構成的矢量控制系統，可稱為轉差型矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術64六、矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術651. 電流源驅動異步電動機矢量控制系統IMPWM電壓型逆變器PGPI2022/9/5第七章矢量控制技術661. 電流源驅動異步電動機矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術67. 電壓源驅動異步電動機矢量控制系統非干涉控制：定子電壓指令值可以直接由定子電流指令值計算得到d-q軸系下的電壓方程式20

13、22/9/5第七章矢量控制技術68. 電壓源驅動異步電動機矢量控制系統IMPWM電壓型逆變器PGPI非干涉控制2022/9/5第七章矢量控制技術693. 帶有直流控制環的異步電動機矢量控制系統PWM電壓型逆變器PGPIPIPIIM采用直流電流控制環的矢量控制系統的高速動態響應性能優于采用交流電流控制環的矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術70六、矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術71六、矢量控制系統2022/9/5第七章矢量控制技術72本章小結T型等效電路并不是異步電動機唯一的等效電路，從定子側看輸入阻抗相同的等效電路在理論上應該有無數個，從中可以選用對控制有用的等效電路坐標變換是矢量運算的基礎，坐標變換分靜止坐標變換和旋轉坐標變換，前者是簡單的數值變換，后者是復雜的三角變換異步電動機在靜止坐標系的物理量是交流量，在旋轉坐標系中的物理量是直流量2022/9/5第七章矢量控制技術73本章小結根據異步電動機在二相靜止坐標系和二相旋轉坐標系的數學模型，可以分為直接型矢量控制和間接型矢量控制根據計算機控制器輸出的指令值是電流還是電壓可分為電流源驅動矢量控制系統和電壓源驅動矢量控制系統根據電流控制環的性質，可分為交流電流控制環矢量控制系統和直流電流控制環矢量控制系統，動態響應后者優越前者2022/9/5第七章矢量控制技術74本章重點內容 各種坐標變換的含