LnpmLt?Ist电流变换和磁链观测sin?cos???tIsTe???ASR-?Te?ATRIst?IsaIsbIsc???VR-12/3?t??-?tA?RIsm?电流滞环型PWM变频器M3~FBS
图3.2 带转矩内环的直接矢量控制系统
带转矩内环的直接矢量控制系统的主电路图（图3.3所示）主要由反旋转变换、3/2变换、和电流滞环型控制变频器组成。转子磁链扰动的作用点事包含在转矩内的，可以通过转矩反馈控制来抑制此扰动，若没有转矩闭环，就只能通过转速外环来抑制转子磁链扰动，控制作用相对比较滞后。显然，采用转矩内环控制可以有效地改善系统的动态性能。
?ist?iA反旋转变换2r/2s-iA-iBiAiB2/3变换iB?ism?iC?-iC电流滞环型控制变频器iC
图3.3 带转矩内环矢量控制系统的主电路
20
第四章 控制系统的研究与仿真
本章首先介绍MATLAB语言的功能，然后采用SIMULINK自带的小模块自行搭建了矢量控制系统的仿真模型，并具体详细介绍各个模块的结构，实现了异步电机在仿真情况下矢量控制的可行性。
4.1仿真工具语言MATLAB简介
八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析、研究和设计的有利工具。随着电机控制系统越来越复杂，不断有新的控制算法被采用。仿真是对其进行研究的一个重要的不可缺少的手段，而采用何种语言将对仿真是否方便、仿真速度是否容易收敛和计算精度产生影响。MATLAB语言在其仿真研究中被成功方便地应用在电机系统的研制过程中。
MATLAB是一个高度的集成系统，随着它的版本不断更新，软件功能也不断扩充与完善，在科学和工程计算中将会有更广阔的应用前景。MATLAB语言非常适合电机控制领域内的仿真及研究，在某些问题的研究中MATLAB及SIMULINK能带来极大的方便并使效率极大提高。
SIMULINK仿真软件最大的特点是非常直观，直接面向“方框图”。它可完成控制系统模型输入与仿真分析，在SIMULINK界面下，可以直接用鼠标“画”出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或线性化分析。这样无论多么复杂的系统，相当容易且直观地就可完成模型的输入和仿真计算。仿真过程中和结束后都有示波器供查看、分析。所有数据都在里面，可存贮在磁盘中。
MATLAB提供的SIMULINK是一个用来对动态系统建模，仿真和分析的软件包。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统、连续和离散混合系统，而且系统可以是多进程的。它具有相对独立的功能和使用方法。SIMULINK的出现使得仿真工作以结构图的形式加以进行。它提供各种功能模块，包括了连续系统（Continuous ）、离散系统（Discrete）非线性系统（Nonlinear）几类基本系统构成模块，还包括连接、运算类模块：函数与表（Functions Tables）、数学运算模块（Math ）、信号与系统（Signals Systems）。而输入源模块（Sources）和接收模块（Sinks）则为模型仿真提供了信号源和结果输出设备。便于用户对模型进行仿真和分析。用户只要从模块库中拖放合适的模块组合在一起，（也可以是自己的系统），就可以直接对它进行仿真。可以选择合适的输入源模块作为信号输入，用适当的接收模块观察系统响应、分析系统特性。各种数值算法，仿真步长等重要参
21
数可通过方便易用的对话框确定，十分简捷，同时可以借助模拟示波器将仿真动态结果加以显示，省去了以往仿真研究中的大量手工编程过程，避免了编程错误造成的数值不稳定，计算结果错误等不该发生的意外事件出现，大大提高了算法研究与实际应用的效率和可靠性。它与传统的用微分方程和差分方程的仿真软件包相比，具有更直观，方便，灵活等优点。
4.2矢量控制系统的研究
以典型I型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型I型系统的形式，磁链调节器设计为一个PI调节器与一个惯性环节串联，即
Ts?11 GA?R(S)?GPI(S)?Gine(S)?Kpi?TisT?s?1其中Kp、Ti、T?待定。于是磁链闭环的开环传递函数为
G(s)?KpTis?1L1??md TisT?s?1Tr?1 当取Ti?Tr时，整理可得
KpLmd G(s)?KpTis?1LLmdTrR?1??md?Kp? （4-1） TisT?s?1Tr?1Trs(T?s?1)s(s?1)T? 显然这是典型I型系统的开环传递函数形式。为了便于仿真，假设电机参数如下： 定子互感和转子互感：Lm=34.7e-3 定子电阻：Rs=0.087 转子电阻：Rr=0.228
定子漏感和转子漏感：Llr=Lls=0.8e-3 极对数：np=2 转动惯量：J=1.662 转子磁链：Psir=1
代入上述数值到G（s）可得：
22
0.2245TrT?0.2316T?T?。 G(s)???111s(s?)s(s?)s(s?)T?T?T?KpLmd0.052KpKp易知该I型系统的阻尼比?和振荡频率?n有如下关系：
1?2???n?T?? ? （4-2）
K??2?0.2245pn?T??若今要求磁链调节曲线超调量?p?5%、调节时间ts?0.1s(??0.02)。根据自动控制理论，一旦超调量和调整时间确定了，典型I型系统的特征参数?和?n可由
2ln10?ln100?p?????2??(ln100?p?2ln10)?? ? 14?ln?21?????n??ts?确定，于是可解得?=0.6901、再将?和?n代入（4-2）式解得Ti、?n=62.6483，T?=0.0116，
Kp=202.77， Tr=0.2316。
图4.1 转子磁链的开环传递函数伯德图
在MATLAB下作开环转子磁链的开环传递函数G（s）（式（4-1））的伯德图如图4.1所示。图中可以看出相角裕量约为1800-1160?640，满足工程设计要求。
23