发布时间 : 星期一 文章转差频率间接矢量控制更新完毕开始阅读996533eab8f67c1cfad6b895
C＋＋语言基础上的，因此语法特征与C＋＋语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
（3）强大的科学计算机数据处理能力
MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++ 。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。
（4）出色的图形处理功能
MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。
（5）应用广泛的模块集合工具箱
MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前，MATLAB已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。
（6）实用的程序接口和发布平台
新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C++数学库和图形库，将自己的MATLAB程序自动转换为独立于MATLAB运行的C和C++代码。允许用户编写可以和MATLAB进行交互的C或C++语言程序。另外，MATLAB网页服务程序还容许在Web应用中使用自己的MATLAB数学和图形程序。MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应
5
用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。
（7）应用软件开发
在开发环境中，使用户更方便地控制多个文件和图形窗口；在编程方面支持了函数嵌套，有条件中断等；在图形化方面，有了更强大的图形标注和处理功能，包括对性对起连接注释等；在输入输出方面，可以直接向Excel和HDF5进行连接。 1.3本文主要研究内容
现在文献中介绍的异步电动机调速方法种类繁多，常见的有：①降电压调速；②转差离合器调速；③转子串电阻调速；④绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速；⑤变极对数调速；⑥变压变频调速等。而基于转差频率间接矢量控制调速就属于其中的变压变频调速，由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论在高速时还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后就能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美,因此应用极为广泛。 由电力拖动的基本方程式:
Te?TL?Jd?npdt (1-1)
可知，提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率d?/dt。根据基本运动方程式，控制电磁转矩Te就能控制d?/dt。因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。把恒
Eg/?1控制时的电磁转矩公式令?s?s??1，并对其进行化简得:
Te?Km?m2?sR`r (1-2)
此式表明，在转差率s值很小的运行范围内，如果能够保持气隙磁通?m不变，异步电机的转矩就近似与转差频率?s成正比，这就是说，在异步电动机中控制转差角频?s，就和直流电动机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的，控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。
通过学习运动控制系统的基本知识可知，异步电动机的动态数学模型是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统，虽然通过坐标变化可以使之降阶并简化，但并没有改变其非线性，多变量的本质。经过多年的潜心研究和实践，有几种方案已经获得了成功的应用，目前应用最多的方案有：（1）按转子磁链定向的矢量控制系统；（2）按定子磁链控制的直接转矩控制系统。
如果将异步电动机的物理模型等效成类似的直流电动机模型，分析和控制就可以大大简化了。所以需要对异步电动机进行坐标变换。在这里，不同电动机进行变换的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。所以，在三相坐标系上的定子电流iA,iB,iC通过三相—两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流i?,i?,在通过同步下旋转变化,可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流id,iq .如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，通过控制，可使交流电动机的转子总磁通?r就是等效直流电动机的励磁磁通，如果把d轴定位于?r的方向上，称做M轴，把q轴称做T轴，
6
则M绕组相当于直流电动机的励磁绕组，im 相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。
把上述等效关系用结构图的形式画出来，如下图所示。从整体上看，输入为ABC三相电压，输出为转速?，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和统统不旋转变换，变成一台由im和it输入由?输出的直流电动机。
图 1-1 异步电动机的坐标变换图
既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了，由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量控制系统，简称VC系统。VC系统的原理结构如下图所示；图中给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号im和电枢电流的给定信号it,经过反旋转变换得到i?,i?，再经过2/3变换得到
iA,iB,iC。 把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号?1相加到电流控制的变频器上，即可
*****输出异步电动机调速所需的三相变频电流。
图 1-2 矢量控制系统原理结构图
而在磁链闭环控制的VC系统中，转子磁链反馈信号是由磁链模型获得的，其幅值和相位都受到电机参数Tr和Lm变化的影响，造成控制的不准确性，既然这样，与其采用磁链闭环控制而反馈不准，不如采用磁链开环控制，系统反而会简单一些。在这种情况下，可利用矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统，又称间接矢量控制系统。它既有稳态模型转差频率控制系统的优点，又利用基于动态模型的矢量控制规律克服了它大部分的不足之处，下图即为转差型矢量控制系统的原理图，其中主电路采用交—直—交电流源型变频器，适用于数千千瓦的大容量装置。
7
图1-3 基于转差频率的异步电动机矢量控制结构原理图
由上图可见，转差频率间接矢量控制的磁链定向由磁链和转矩给定信号确定，靠矢量控制方程保证，并没有用磁链模型实际计算转子磁链及相位，所以属于间接的磁场定向，但由于矢量控制方程中包含电动机转子参数，定向精度仍受参数变化的影响。但总的来说，转差频率间接矢量由于具有动态性能好，调速范围宽的优点，在实际生产中受到很大欢迎，应用极为广泛。
第二章 矢量控制的基本原理
矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。一般将含有矢量变换的交流电动机控制称之为矢量控制。交流电动机是个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之
8