1、異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真與應(yīng)用摘要：文章主要介紹了矢量控制的基本方程，并根據(jù)這些方程建立模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)(MRAS)來估計(jì)轉(zhuǎn)子磁鏈，最后通過MatlabSimulink仿真與基于DSP的無速度傳感器異步電動(dòng)機(jī)矢量控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了該仿真和實(shí)際電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試都具有足夠辨識(shí)精度，高動(dòng)靜態(tài)性能和高控制效果。關(guān)鍵字：矢量控制；無位置傳感器控制；自適應(yīng)系統(tǒng)；simulink0引言在異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中需要轉(zhuǎn)速信息來保證轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確定向，傳統(tǒng)的測(cè)試方法是在電機(jī)軸上安裝速度傳感器。這不僅降低了抗干擾和可靠性，還增加系統(tǒng)復(fù)雜性和成本，不適應(yīng)惡劣環(huán)境，且在許多環(huán)境下實(shí)際安裝測(cè)試設(shè)備也有困難

2、。迄今為止，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了大量這方面的研究，提出了多種典型的估計(jì)算法。本文提出的基于，n模型自適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈位置估算的算法，能較好地實(shí)現(xiàn)矢量控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦。并通過TMS320LF2812 DSP系統(tǒng)硬件平臺(tái)加上位PC中的LabView及CANUSB通信模塊進(jìn)行在線調(diào)試方法，保證了磁鏈觀測(cè)的準(zhǔn)確性。1矢量控制20世紀(jì)70年代，德國西門子公司F.Blaschke等提出的“感應(yīng)電機(jī) 磁場(chǎng)定向的控制原理” 和美國P.C.Custman與A.A.Clark申請(qǐng)的專利“感應(yīng)電機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制” 奠定了矢量控制（VC）的基礎(chǔ)。其主要思想就是通過坐標(biāo)變換將異步電動(dòng)機(jī)等效為一臺(tái)直流

3、電動(dòng)機(jī)，再分別控制轉(zhuǎn)矩電流分量和磁鏈電流分量，使電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)矩電流分量成相互獨(dú)立可控關(guān)系，從而得到與直流電動(dòng)機(jī)相應(yīng)的控制特性。像直流電動(dòng)機(jī)那樣進(jìn)行快速的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制，因此矢量控制也被稱為解耦控制或磁場(chǎng)定向控制（FOC）?！笆噶靠刂啤币言诮涣麟姍C(jī)高性能變頻調(diào)速領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，特別是在異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)中用得最多，因此該內(nèi)容是電氣自動(dòng)化專業(yè)的重點(diǎn)。 2三相異步電機(jī)的坐標(biāo)變換 異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜,分析和求解這組非線性方程十分困難。異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜,關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€(gè)復(fù)雜的電感矩陣,它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系。因此,要簡化數(shù)學(xué)模型,必須從簡化磁

4、鏈關(guān)系入手,簡化的基本方法就是坐標(biāo)變換。任意對(duì)稱的多相繞組,通入平衡的多相電流,都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì),當(dāng)然以兩相最為簡單。由于兩相繞組相互垂直,消除了繞組間的互感,從而減少了繞組間的耦合。不同電動(dòng)機(jī)模型彼此等效的原則是:在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)完全一致。3 轉(zhuǎn)速估計(jì)本文因在磁鏈估計(jì)中應(yīng)用了模型參考自適應(yīng)，用PI控制器調(diào)節(jié)。而2速度估計(jì)采用矢量開環(huán)轉(zhuǎn)速估計(jì)，因基于定子參考模型的感應(yīng)電機(jī)數(shù)學(xué)方程，該轉(zhuǎn)子速度辨識(shí)性能受電機(jī)轉(zhuǎn)子事件參數(shù)的影響，其數(shù)學(xué)方程如下：該估計(jì)器結(jié)構(gòu)結(jié)合前面磁鏈辨識(shí)準(zhǔn)確的前提下跟其他先進(jìn)謦術(shù)相比比較簡單，容易實(shí)現(xiàn)且具下良好的動(dòng)靜態(tài)性能。4空間矢量脈寬調(diào)制SVPWMSVPWM是

5、空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation)的簡稱。SVPWM的主要思想是以三相對(duì)稱正弦波電壓供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子理想磁鏈圓為參考標(biāo)準(zhǔn)，以三相逆變器不同開關(guān)模式作適當(dāng)?shù)那袚Q，從而形成PWM波，以所形成的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶縼碜粉櫰錅?zhǔn)確磁鏈圓。傳統(tǒng)的SPWM方法從電源的角度出發(fā)，以生成一個(gè)可調(diào)頻調(diào)壓的正弦波電源，而SVPWM方法將逆變系統(tǒng)和異步電機(jī)看作一個(gè)整體來考慮，模型比較簡單，也便于微處理器的實(shí)時(shí)控制。本文采用電壓空間矢量(SVPWM)生成調(diào)制脈沖信號(hào)跟母線電壓計(jì)算定子端電壓及通過霍爾傳感器從三相IGBT模塊中對(duì)定子電流的檢測(cè)，在matlab仿真中直

6、接從電機(jī)的輸出端檢測(cè)定子電流，這也需要霍爾傳感器檢測(cè)電流的。5仿真結(jié)構(gòu)在MatlabSimulink中對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖如下圖1。本系統(tǒng)采用模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)估算轉(zhuǎn)子磁鏈，通過一系列坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流的解耦。首先采用通過用電壓空間矢量(SVPWM)生成調(diào)制脈沖信號(hào)跟母線電壓計(jì)算定子端電壓及通過霍爾傳感器從三相IGBT模塊中對(duì)定子電流的檢測(cè)，在matlab仿真中直接從電機(jī)的輸出端檢測(cè)定子電流，這也需要霍爾傳感器檢測(cè)電流的。然后再經(jīng)過CLARK變換成兩相交流電流，再通過PARK變換成旋轉(zhuǎn)直流到通過PI調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)器的反饋端構(gòu)成閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器同樣也采用PI調(diào)節(jié)

7、器。圖1系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖在試驗(yàn)中系統(tǒng)采用TMS320F2812 DSP為主處理器的系統(tǒng)硬件平臺(tái)。處理器主頻高達(dá)150 MHz，可以軟件編程快速完成以上復(fù)雜算法，算法部分?jǐn)?shù)據(jù)采用Q20的定點(diǎn)運(yùn)算保證了系統(tǒng)的運(yùn)算精度，兩個(gè)事件管理模塊可生成需要的SVPWM調(diào)制波、12位AD轉(zhuǎn)換器完成高精度數(shù)據(jù)采集。平臺(tái)采用霍爾傳感器作為電流采樣器件，采樣直流母線電壓Vdc并根據(jù)SVPWM開關(guān)狀態(tài)完成各相電壓值的推算，三相逆變器采用三菱IGBT模塊實(shí)現(xiàn)。由三相靜止坐標(biāo)系變換到M -T坐標(biāo)系要先將三相靜止電流先變換到兩相靜止電流再將其變換到M -T坐標(biāo)系下。三相靜止電流變換到兩相靜止電流用到了clark變換，在simulink中的仿真如圖2：圖2電流3/2變換電流兩相靜止到兩相動(dòng)態(tài)用到了park變換仿真圖如圖3所示：圖3 電流2s/2r電壓兩相靜止到兩相動(dòng)態(tài)用到了park變換仿真圖如圖4 所示：圖4 電壓2s/2r上述變換模塊中的參數(shù)theta為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M軸與兩相靜止坐標(biāo)系d軸之間的夾角。由于兩相繞組在空間上是固定的,因而M軸和d軸之間的夾角theta是隨時(shí)間而變化的。 空間矢量變換的simulink仿真如圖5所示：圖5 SVPWM子系統(tǒng)磁通觀測(cè)的simulink仿真如圖6所示：圖6 Flux子系統(tǒng)6 結(jié)論本文重點(diǎn)介紹了轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型，