異步電機矢量控制方案的研究

　　矢量控制是20世紀70年代出現(xiàn)的一種高性能交流電機調速理論，經(jīng)過30多年的發(fā)展，矢量控制無論在理論上還是在技術上都逐漸走向成熟。發(fā)達國家在這一領域已走在前列，已成功將矢量控制技術應用到電力機車牽引上，使電力機車的性能得到顯著提高。但國內(nèi)將矢量控制應用到大功率場合的研究卻很少，中國北車集團電力牽引研發(fā)中心致力于我國交流傳動技術的發(fā)展，現(xiàn)中國北車集團電力牽引研發(fā)中心欲引進ALSTHOM公司先進的電力機車矢量控制技術，特地設立了“矢量控制前期研究”項目，想在矢量控制技術上有一個初步的了解和掌握，為下一步的引進、吸收積累經(jīng)驗，鋪平道路。本文在此項目的支持下對矢量控制展開了初步的研究。本文對國內(nèi)外文獻所介紹的各個矢量控制方案進行了深入的分析比較，決定采用轉子磁場直接定向電壓解耦型矢量控制，根據(jù)其數(shù)學模型，設計了轉速、磁鏈、電流閉環(huán)調節(jié)器。矢量控制的一個重要部分就是對轉子磁鏈的觀測，本文采用一種改進的電壓電流組合式轉子磁鏈觀測器，提商了觀測的精度。本文采用 S阡阡M調制技術，詳細介紹了其調制原理，探索了SVPWM技術在大功率調速系統(tǒng)中的應用。本文對設計好的矢量控制方案采用此4兒船／&M見Ⅸ軟件進行建模仿真，仿真結果表明本文設計的矢量控制方案實現(xiàn)了定予電流轉矩分量和勵磁分量的解耦具有良好的動靜態(tài)性能。根據(jù)所設計的矢量控制方案，本文設計了以玎公司生產(chǎn)的主頻高達150Etz的 32位DSP芯片TMS320F2812為核心的控制系統(tǒng)，完成了控制電路和控制軟件的設計，并采用髓軟件編寫了上位機監(jiān)控界面。論文采用小功率和大功率相結合的實驗方法，兩個功率等級的實驗表明整個控制系統(tǒng)切實可行，控制性能良好。

　　1矢量控制產(chǎn)生的背景在20世紀60年代以前，全世界電氣傳動系統(tǒng)中高性能調速傳動都采用直流電動機，而絕大多數(shù)不變速傳動則使用交流電機。到了60一70年代，隨著電力電子技術的發(fā)展和應用，出現(xiàn)了采用電力電子變換器的交流調速系統(tǒng)。再后來隨著微型計算機技術的發(fā)展及現(xiàn)代控制理論的深入應用，交流調速控制策略取得不斷突破：先后出現(xiàn)了調速性能比較好的恒V／F控制、轉差頻率控制，這些控制方式的靜態(tài)性能比較好，實現(xiàn)了交流電機在一定范圍內(nèi)調速要求，但由于其控制思想基于交流電機的穩(wěn)態(tài)控制規(guī)律，在動態(tài)特性、低速轉矩特性方面，還不能與直流調速相媲美，從而使其應用范圍受到了很大限制。但直流電機本身具有許多難以克服的缺點：例如，電刷和換向器必須經(jīng)常檢查維修，換向火花使它的應用環(huán)境收到限制，換向能力限制了直流電機的容量和速度等等（極限容量與轉速之積大約 106kW·，／min）【II。而相比之下，交流電機具有結構簡單，工作可靠，維護方便且效率高的優(yōu)點，應用很廣泛。所以發(fā)展高性能交流調速系統(tǒng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的迫切要求，意義重大。眾所周知，晶閘管供電的直流電動機雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有優(yōu)良的動靜態(tài)特性，其根本原因是作為它勵直流電動機的勵磁和轉矩可以分別加以控制。那么交流電動機是否能模仿直流電動機控制規(guī)律分別對其勵磁和轉矩進行控制呢？矢量控制就是實現(xiàn)這種控制思想的新一代高性能交流電機控制理論。矢量控制（Vector Contr01）又稱磁場定向控制（Field Oriented Contr01），就是將交流電機空間磁場矢量的方向作為坐標軸的基準方向，通過坐標變換將電機定子電流正交分解為與磁場方向一致的勵磁電流分量和與磁場方向垂直的轉矩電流分量，然后就可以像直流電機一樣對勵磁電流分量和轉矩電流分量分別進行控制。矢量控制理論1968年首先由Darmstader_-E科大學的Hasse博士提出。1971年 s刪MENs公司的Blaschke又將這種一般化的概念形成系統(tǒng)理論，以磁場定向控制的名稱在Siemens Review上發(fā)表，并申請了專利。矢量控制理論的提出為交流調速系統(tǒng)開辟了廣闊的空間12】【，】I”