1 引言
磁場(chǎng)定向控制也稱(chēng)矢量控制[1]，它是二十世紀(jì)七十年代初由 f.blasschke等人首先提出，以直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)比較的方法分析闡述了這一原理，由此開(kāi)創(chuàng)了交流電動(dòng)機(jī)等效直流電動(dòng)機(jī)控制的先河。它使人們看到交流電動(dòng)機(jī)盡管控制復(fù)雜，但同樣可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)獨(dú)立控制的內(nèi)在本質(zhì)。間接磁場(chǎng)定向控制也稱(chēng)為轉(zhuǎn)差型磁場(chǎng)定向控制，其思想是從異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型出發(fā)，推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率表達(dá)式，利用測(cè)速裝置測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或用無(wú)速度傳感器方法估算出的轉(zhuǎn)速得到轉(zhuǎn)子角頻率，將獲得的轉(zhuǎn)子角頻率和轉(zhuǎn)差角頻率相加，再進(jìn)行積分運(yùn)算，得到轉(zhuǎn)子的磁通位置。異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1[2]所示。

圖 1 異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)框圖

在異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的采用電流模塊來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通角的理論基礎(chǔ)如下:采樣的三相定子電流經(jīng)過(guò)clark(三相/二相)變換為靜止坐標(biāo)α，β軸系上的兩相電流isα，isβ再經(jīng)過(guò)park(旋轉(zhuǎn))變換得到兩相電流isq，isd則可得出轉(zhuǎn)子磁通角。


式(1)～式(4)中的p為微分算子，tr—轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù);ψ—磁鏈;ω—角頻率;下標(biāo)s—定子;下標(biāo)sl—轉(zhuǎn)差;下標(biāo)r—轉(zhuǎn)子;θ—相位角。式(6)是間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，其不直接檢測(cè)或計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通的位置，而是通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)差角頻率來(lái)間接得到轉(zhuǎn)子磁通的位置。由此要對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確定向，則在很大程度上依賴(lài)于電機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確程度，使得此系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的參數(shù)變化很敏感。

2 異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)的matlab仿真實(shí)驗(yàn)
matlab[3]是mathworks公司推出的一款優(yōu)秀的數(shù)學(xué)工具軟件，已成為國(guó)際上最為流行的科學(xué)與工程計(jì)算軟件，為系統(tǒng)仿真提供了強(qiáng)有力的支持。對(duì)圖1所示異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù): 額定功率: 750w; 額定電壓: 220v; 額定電流: 5a; 額定轉(zhuǎn)速: 1800r/min; 額定頻率: 60hz; 極對(duì)數(shù): 2; 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: j=0.001kg·m2; 定子電感: ls=0.1666h; 轉(zhuǎn)子電感: lr=0.1690h; 勵(lì)磁電感: lm=0.1592h; 定子電阻: rs=1.732ω; 轉(zhuǎn)子電阻: rr=2.011ω。編制matlab的異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)定向控制的仿真程序，所有的物理量如電壓,電流,磁鏈,磁鏈角,轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)矩都轉(zhuǎn)化為標(biāo)幺值,例如給定參考轉(zhuǎn)速為900r/min,轉(zhuǎn)化為標(biāo)幺值為(900r/min)/(1800r/min)=0.5。仿真結(jié)果如圖2～圖4所示。

圖 2 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1 n·m(0.136pu)時(shí), 定子電流isa和轉(zhuǎn)速的波形


圖 3 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1n·m (0.136pu)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈角波形


圖 4 在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1n·m (0.136pu)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鏈和波形

仿真結(jié)果表明異步電動(dòng)機(jī)間接磁場(chǎng)控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)。目前大多數(shù)磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)都采用此方法，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，控制算法簡(jiǎn)單;缺點(diǎn)是磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子磁通的檢測(cè)精度受轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的影響較大，在某種程度上影響了系統(tǒng)的性能。

3 結(jié)束語(yǔ)
本文用matlab軟件，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。目前，計(jì)算機(jī)仿真在開(kāi)發(fā)、研制交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中越來(lái)越顯示出重要性和優(yōu)越性。計(jì)算機(jī)仿真既可以對(duì)交流調(diào)速的運(yùn)行特性進(jìn)行分析，又可以研究新的控制策略的可行性，探討系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性和參數(shù)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性的影響，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，減少開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)
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[3]薛定宇. 基于matlab/simubbbb的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[m]. 北京:清華大學(xué)出版社,2002.

作者簡(jiǎn)介
劉鐵湘(1975-) 廣東工業(yè)大學(xué)在讀研究生 現(xiàn)主要從事電力電子與電力傳動(dòng)控制技術(shù)的研究。