Research and Simulation of Speed and Flux Linkage Vector Control

System for Closed-loop Control Based on MATLAB

Abstract：Vector control is a superior way of AC motor control,it simulates the DC motor control method and makes AC motors can be made comparable control results with DC motors.In this paper,vector control as a precondition to convert the two AC component of orthogonal on time phase of AC motor to the space of two orthogonal DC component through coordinate transformation theory,thus the AC motor stator current is decomposed into two independent excitation and torque components of DC control volume,respectively,to achieve the motor flux and torque control,and then restore the two separate DC control volume back to AC variable to control AC motor through the coordinate transformation,so as to realize the independent control of flux and torque like DC motor.

The vector model of asynchronous motor is mainly have studied in this paper,by analyzing the direct vector orientation of the rotor flux vector control and decoupling control and division with flux vector control and direct links with inner torque control to determine the vector control system of the flux regulator design method,and experimental test for the dynamic performance of the system,then the system is stable and has a good dynamic performance.Then it is simulated with MATLAB,by observing the waveform to determine the stability of the system,simulation results finally obtained.

Key Words:Vector Control;Asynchronous;MATLAB simulation

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前 言

高性能电气传动系统是一门集交流电机、现代电力电子技术、计算机控制技术及现代控制理论于一体的多学科理论的交叉性新兴学科。矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke提出。其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机在时间相位上两个正交的交流分量，转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流变量来控制交流电机，从而实现了像直流电机那样独立控制磁通和转矩的目的，大大提高了调速的动态性能。然而直接将这些复杂的控制算法应用于实际的系统通常存在着难于分析系统动态变化、调试困难、开发效率低等缺点。因此运用计算机仿真软件先对这些复杂算法进行仿真分析和研究是非常有效和必要的。Matlab是当今流行的科学计算和仿真软件，具有强大的矩阵运算能力。Matlab提供的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的功能强大的软件包。Simulink具有友好的用户开发界面、开放的编程环境，用户可以开发自己的模型。 因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。直流电机的数学模型就简单多了。从物理模型上看，直流电机分为空间相互垂直的励磁绕组和电枢绕组，且两者各自独立，互不影响。正是由于这种垂直关系使得绕组间的耦合十分微小，我们可以认为磁通在系统的动态过程中完全恒定。这是直流电机的数学模型及其控制比较简单的根本原因。

如果能将交流电机的物理模型等效变换成类似直流电机的模式，仿照直流电机进行控制，那么控制起来就方便多了，这就是矢量控制的基本思想。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无位置传感器矢量控制方式和有位置传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在Siemens，ABB，GE，Fuji，SAJ等国际化大公司变频器上。

矢量控制是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方

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法。首先简单介绍了矢量控制的基本原理，给出了矢量控制系统框图，然后着重介绍了矢量控制系统中磁链调节器的设计和仿真过程。仿真结果表明调节器具有良好的磁链控制效果。

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第一章 矢量控制的基本原理

采用矢量控制方式的通用变频器不仅可在调速范围上与直流电动机相匹配，而且可以控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式所依据的是准确的被控异步电动机的参数，有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数，有的通用变频器需要使用速度传感器和编码器。鉴于电机参数有可能发生变化，会影响变频器对电机的控制性能，目前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，带有这种功能的通用变频器在驱动异步电动机进行正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进行辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。

1.1 异步电动机的三相数学模型

在研究异步电动机数学模型时，作如下的假设： （1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差隙按正弦规律分布；

（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的； （3）忽略铁心损耗；

（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。异步电动机三相绕组可以是Y联结，也可以是

?联结。三相异步电动机的物理模型如图1.1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是

2?电角度，所产生的磁动势沿气3固定的，转子绕组轴线a、b、c以角转速?随转子旋转。如以A轴为参考坐标轴，转子a轴和定子A轴间的电角度?为空间角位移变量。规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。

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