山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第7章 基于动态模型的异步电动机调速系统 7.6.4-7.8 矢量控制与直接转矩控制

主要内容 山东理子大军 7.6异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 7.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 7.6.2按转子磁链定向矢量控制的基本思想 7.6.3按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式 7.6.4按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 7.6.5转子磁链计算 7.6.6磁链开环转差型矢量控制系统一间接定向 7.6.7矢量控制系统的特点与存在的问题 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 主要内容 7.6 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 7.6.1 按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 7.6.2 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 7.6.3 按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制方式 7.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 7.6.5 转子磁链计算 7.6.6 磁链开环转差型矢量控制系统——间接定向 7.6.7 矢量控制系统的特点与存在的问题

7.6.4按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 也东理子太罩 口按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制系统，转子磁链发生波动时系统如何 调节？ 口当转子磁链发生波动时，将影响电磁转矩，进而影响电动机转速。 口转子磁链调节器力图使转子磁链恒定，而转速调节器则调节电流的转矩分量，以抵 消转子磁链变化对电磁转矩的影响，最后达到平衡。 Ism sm m 一一一 Ts+1 电流闭 环控制 Ist p 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 7.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式  按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制系统，转子磁链发生波动时系统如何 调节？  当转子磁链发生波动时，将影响电磁转矩，进而影响电动机转速。  转子磁链调节器力图使转子磁链恒定，而转速调节器则调节电流的转矩分量，以抵 消转子磁链变化对电磁转矩的影响，最后达到平衡

7.6.4按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 山东理子大军 以上分析表明：转速闭环控制能够通过调节电流转矩分量来抑制转 子磁链波动所引起的电磁转矩变化，但这种调节只有当转速发生变 化后才起作用。 ism Lm 一一一 Ts+1 电流闭 环控制 I st np Li 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 7.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式  以上分析表明：转速闭环控制能够通过调节电流转矩分量来抑制转 子磁链波动所引起的电磁转矩变化，但这种调节只有当转速发生变 化后才起作用

7.6.4按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式 上东程子大军 口转子磁链扰动作用点位于电流环以外，转速环以内，因此转速环对转子 磁链扰动有抑制作用，动态调节时反应延时大，动态性能不够理想。 口根本原因：电磁转矩是转子磁链和电流的乘积，电磁转矩与转子磁链存 在耦合。且转子磁链扰动作用点位于电流环以外。 /sm sm 山m 些 Ts+1 电流闭 环控制 np Ls 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 转子磁链扰动作用点位于电流环以外，转速环以内，因此转速环对转子 磁链扰动有抑制作用，动态调节时反应延时大，动态性能不够理想。 根本原因：电磁转矩是转子磁链和电流的乘积，电磁转矩与转子磁链存 在耦合。且转子磁链扰动作用点位于电流环以外。 7.6.4 按转子磁链定向矢量控制系统的转矩控制方式

改进方法 中东程子大军 口为了改善动态性能，可以采用转矩控制方式。 口常用的转矩控制方式有两种：转矩闭环控制和在转速调节器的输出增加 除法环节。 口在转速调节器和电流调节器之间增加转矩调节器，引入转矩控制环。 口用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实现转矩与转子磁链的动 态解耦。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 为了改善动态性能，可以采用转矩控制方式。 常用的转矩控制方式有两种：转矩闭环控制和在转速调节器的输出增加 除法环节。  在转速调节器和电流调节器之间增加转矩调节器，引入转矩控制环。  用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实现转矩与转子磁链的动 态解耦。 改进方法

改进方法1-转矩闭环控制 少求理子大军 -☒AR ism ACMR ll'sd SV 旋 PWM 换 M 2r/2s 控制 ATR ACTR s0. 转 ism 旋转 计算 3/2 变换 2s/2r isB 变换 /B 转子 I st Isa 丝 磁链 计算 isB T L i 图7-21转矩闭环的矢量控制系统结构图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 图7-21 转矩闭环的矢量控制系统结构图 改进方法1-转矩闭环控制 p m e st r r n L T i L = ψ

改进方法1-转矩闭环控制 山东理子大军 在转速调节器和电流转矩分量调节器间增设了转矩调节器，当转子磁链发生波动时 通过转矩调节器及时调整电流转矩分量给定值，以抵消磁链变化的影响，尽可能 不影响或少影响电动机转速。 口转子磁链扰动的作用点是包含在转矩环内的，可以通过转矩反馈来抑制扰动。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。 AΨR ism /sm Lm Ts+1 电流闭 环控制 ASR ATR Lm 图7-26转矩闭环的矢量控制系统原理框图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系  在转速调节器和电流转矩分量调节器间增设了转矩调节器，当转子磁链发生波动时 ，通过转矩调节器及时调整电流转矩分量给定值，以抵消磁链变化的影响，尽可能 不影响或少影响电动机转速。  转子磁链扰动的作用点是包含在转矩环内的，可以通过转矩反馈来抑制扰动。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。 改进方法1-转矩闭环控制 图7-26 转矩闭环的矢量控制系统原理框图

改进方法2-带除法环节的矢量控制系统 少求理2大军 口转速调节器的输出为转矩给定，除以转子磁链，得到电流转矩分量给定，由于某 种原因使转子磁链减小时，通过除法环节可使电流转矩分量给定增大，尽可能保 持电磁转矩不变。 口用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实现了转矩与转子磁链的动态解耦。 m ACMR s 旋 SV ust 变换 PWM usB -☒ASR 控制 ÷ ACTR 2s/2r Ism 旋转 3/2 ist 变换 B 转子 2s/2r 变换 磁 T 计算 L FBS 图7-23带除法环节的矢量控制系统结构图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 图7-23 带除法环节的矢量控制系统结构图 改进方法2-带除法环节的矢量控制系统  转速调节器的输出为转矩给定，除以转子磁链，得到电流转矩分量给定，由于某 种原因使转子磁链减小时，通过除法环节可使电流转矩分量给定增大，尽可能保 持电磁转矩不变。  用除法环节消去对象中固有的乘法环节，实现了转矩与转子磁链的动态解耦。 p m e st r r n L T i L = ψ

改进方法2-带除法环节的矢量控制系统 山东理子大等 sm /sm L 电流闭 Ts+1 环控制 ist ASR Lm 图7-24带除法环节的矢量控制系统原理框图 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 图7-24 带除法环节的矢量控制系统原理框图 改进方法2-带除法环节的矢量控制系统

改进方法2-带除法环节的矢量控制系统 山求理子大军 AΨR ☒ACMR u'sm 旋 SV PWM M 如何计算？ ust 2s/2i usp 控制 -ACTR Ism IA p 旋转 3/2 ist 变换 2s/2r s邱变换 iB 转子 醉攀 isa isB FBS 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 改进方法2-带除法环节的矢量控制系统 如何计算？