电力拖动自动控制系统——运动控制系统：第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统.ppt

第6章基于动态模型的异步电动机调速系统基于动态模型实现变频调速系统的原因异步电动机的动态数学模型高动态性能的交流调速控制方法内容提要6.1异步电动机动态数学模型的性质他励直流电动机动态数学模型的性质——易于控制异步电动机动态数学模型的性质——难于控制异步电动机动态数学模型的性质——难于控制6.2异步电动机的三相数学模型异步电动机三相动态模型的数学表达式磁链方程自感互感互感用分块矩阵表示定子电感矩阵电压方程电压方程电压方程转矩方程运动方程异步电动机三相原始模型的性质异步电动机三相原始模型的非独立性——坐标变换的必要条件异步电动机三相原始模型的非独立性——坐标变换的必要条件6.3坐标变换坐标变换的基本思路两极直流电动机的物理模型：
F为励磁绕组，A为电枢绕组，C为补偿绕组。F和C都在定子上，A在转子上电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消，或者由于其作用方向与d轴垂直而对主磁通影响甚微
直流电动机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因——直流电动机的主磁通基本上由励磁绕组的励磁电流决定在交流电动机三相对称的静止绕组A、B、C中，通以三相平衡的正弦电流，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速（即电流的角频率）顺着A-B-C的相序旋转
任意对称多相绕组，通入平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单三相变量中只有两相为独立变量，完全可以也应该消去一相
三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效代替，等效的原则是产生的磁动势相等坐标变换的基本思路——2s/2r变换坐标变换的基本思路——2s/2r变换静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型三相-两相变换（3/2变换）按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在αβ轴上的投影应相等。写成矩阵形式考虑到逆变换相电流的3/2和2/3变换静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换）旋转正交变换6.4异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型定子绕组和转子绕组的3/2变换磁链方程3/2变换将按三相绕组等效为互相垂直的两相绕组，消除了：
1）定子三相绕组间的相互耦合
2）转子三相绕组间的相互耦合
定子绕组与转子绕组间仍存在相对运动，因而定、转子绕组互感阵仍是非线性的变参数阵。输出转矩仍是定、转子电流及其定、转子夹角的函数静止两相正交坐标系中的方程电压方程旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，将相对运动的定、转子绕组用相对静止的等效绕组来代替，消除了定、转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响优点：将非线性变参数的磁链方程转化为线性定常的方程
缺点：加剧了电压方程中的非线性耦合程度，将矛盾从磁链方程转移到电压方程中来了，并没有改变对象的非线性耦合性质静止两相正交坐标系中的方程旋转正交坐标系中的动态数学模型定子旋转变换阵电压方程旋转变换是用旋转的绕组代替原来静止的定子绕组，并使等效的转子绕组与等效的定子绕组重合，且保持严格同步，等效后定、转子绕组间不存在相对运动
旋转正交坐标系中的磁链方程和转矩方程与静止两相正交坐标系中相同，仅下标发生变化两相旋转正交坐标系的电压方程中旋转电势非线性耦合作用更为严重，这是因为不仅对转子绕组进行了旋转变换，对定子绕组也施行了相应的旋转变换旋转正交坐标系中的动态数学模型从表面上看来，旋转正交坐标系中的数学模型还不如静止两相正交坐标系简单
旋转正交坐标系的优点在于增加了一个输入量ω1，提高了系统控制的自由度
旋转速度任意的正交坐标系无实际使用意义，常用的是同步旋转坐标系，将绕组中的交流量变为直流量，以便模拟直流电动机进行控制
ω1=0，旋转正交坐标系蜕化为静止两相正交坐标系6.5异步电动机在正交坐标系上的状态方程状态变量的选取dq坐标系中的状态方程
状态变量

输入变量

输出变量dq坐标系中的状态方程
磁链方程dq坐标系中的状态方程
电压方程转矩方程状态方程输出方程αβ坐标系状态方程dq坐标系中的状态方程
状态变量
输入变量
输出变量状态方程输出方程状态方程异步电动机的仿真图6-13异步电动机仿真模型图6-14三相异步电动机仿真模型图6-15异步电动机空载起动和加载过程图6-16异步电动机稳态电流6.6异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程m轴与转子磁链矢量重合

为了保证m轴与转子磁链矢量始终重合，还必须使mt坐标系中的状态方程mt坐标系中的状态方程由mt坐标系中的电磁转矩表达式图6-18按转子磁链定向的异步电动机动态结构图按转子磁链定向矢量控制的基本思想在按转子磁链定向坐标系中计算定子电流励磁分量和转矩分量给定值，经过反旋转变换2r/2s和2/3变换得到三相电流
通过电流闭环的跟随控制，输出异步电动机所需的三相定子电流忽略变频器可能产生的滞后，认为电