第七章矢量控制技術(shù)

（VectorControl）馬昕北京化工大學(xué)計算機模擬與系統(tǒng)安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局危險化學(xué)品生產(chǎn)系統(tǒng)故障預(yù)防及監(jiān)控基礎(chǔ)實驗室北京化工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第七章矢量控制技術(shù)

（VectorControl）馬2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)2T型等效電路溫故而知新2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)2T型等效電路溫故而知新2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)3矢量控制技術(shù)由于建立動態(tài)模型過程中需用到坐標(biāo)變換，而進行坐標(biāo)變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這種控制方式被稱為矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)3矢量控制技術(shù)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)4主要內(nèi)容異步電動機等效電路變換T型等效電路通用等效電路不對稱T型等效電路坐標(biāo)變換矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型基本方程

d-q軸理論狀態(tài)方程式電磁轉(zhuǎn)矩與運動方程式重點內(nèi)容2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)4主要內(nèi)容異步電動機等效2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)5主要內(nèi)容矢量控制思路矢量控制類型直接型矢量控制間接型矢量控制矢量控制系統(tǒng)電流源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)電壓源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)帶有直流控制環(huán)的異步電動機矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)5主要內(nèi)容矢量控制思路2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)6一、異步電動機等效電路變換Ｔ型等效電路通用等效電路不對稱Ｔ型等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)6一、異步電動機等效電路2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)7１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換T型等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)7１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)8１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)8１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)9１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)9１．Ｔ型等效電路異步電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)10１．Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)10１．Ｔ型等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)11２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)11２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)12２．通用等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)12２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)13２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)13２．通用等效電路異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)14結(jié)論：由于a為任意常數(shù)，異步電動機等效電路從理論上講不是唯一的，它可以有無數(shù)個由于定子側(cè)輸入阻抗不變，定子電流與a無關(guān)。即使a發(fā)生變化，定子電流也不會發(fā)生變化轉(zhuǎn)子電流與a有關(guān)，勵磁電流也隨a值變化而變動２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)14結(jié)論：２．通用等效電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)15T型等效電路的折算原則是保持電動機氣隙磁通恒定事實上可以考慮其它的折算原則：

保持轉(zhuǎn)子總磁通恒定（T-I型等效電路）辦法：在通用等效電路中選擇合適的a值２．通用等效電路異步電動機等效電路變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)15T型等效電路的折算原2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)16３．不對稱Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換通用等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)16３．不對稱Ｔ型等效電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)17３．不對稱Ｔ型等效電路異步電動機等效電路變換矢量控制等效電路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)17３．不對稱Ｔ型等效電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)18二、坐標(biāo)變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)18二、坐標(biāo)變換2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)19二、坐標(biāo)變換2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)19二、坐標(biāo)變換2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)20三相繞組與二相繞組的軸線設(shè)定目標(biāo)：將三相靜止坐標(biāo)變換成二相靜止坐標(biāo)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)20三相繞組與二相繞組的2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)212023/8/3第七章矢量控制技術(shù)212023/9/3第七章矢量控制技術(shù)22目標(biāo)：二相靜止坐標(biāo)變換成二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)二相靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的設(shè)定2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)22目標(biāo)：二相靜止坐標(biāo)變2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)232023/8/3第七章矢量控制技術(shù)232023/9/3第七章矢量控制技術(shù)24目標(biāo)：將三相靜止坐標(biāo)變換成二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)24目標(biāo)：將三相靜止坐標(biāo)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)252023/8/3第七章矢量控制技術(shù)252023/9/3第七章矢量控制技術(shù)262023/8/3第七章矢量控制技術(shù)262023/9/3第七章矢量控制技術(shù)272023/8/3第七章矢量控制技術(shù)272023/9/3第七章矢量控制技術(shù)28二、坐標(biāo)變換坐標(biāo)系特點：靜止坐標(biāo)系中的各物理量是交流量旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的各物理量是直流量靜止坐標(biāo)系包括二相靜止坐標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系各物理量包括電壓、電流和磁鏈動畫演示2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)28二、坐標(biāo)變換坐標(biāo)系特2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)29三、矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型二軸理論異步電動機的基本方程異步電動機的二軸理論異步電動機的狀態(tài)方程異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩異步電動機的運動方程式2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)29三、矢量控制異步電動2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)30在研究異步電動機數(shù)學(xué)模型時，作如下假設(shè)：三相繞組對稱，所產(chǎn)生的磁勢沿氣隙圓周正弦分布；忽略磁飽和，繞組自感和互感都是線性的；忽略鐵損耗的影響；無論是繞線式異步電動機還是鼠籠式異步電動機，均將其等效為繞線式轉(zhuǎn)子，并且折算到定子側(cè)，折算前后的每相匝數(shù)相等矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)30在研究異步電動機數(shù)學(xué)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)31二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型１．基本方程三相異步電動機的物理模型定子相電壓瞬時值定子電阻定子漏感定子等效電感定子自感2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)31二軸理論矢量控制異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)32１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)32１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)33１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)33１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)34１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)34１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)35１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)35１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)36１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)36１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)37１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)37１．基本方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)38２．d-q軸理論異步電動機坐標(biāo)設(shè)定二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)38２．d-q軸理論異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)39２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)39２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)40２．d-q軸理論上述工作的目的就要實現(xiàn)了！將前面得到的磁鏈方程式和電壓方程式利用定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)3φ/d-q變換公式進行坐標(biāo)變換，可以得到異步電動機在d-q坐標(biāo)系中的電壓方程式二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)40２．d-q軸理論上述2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)41２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)41２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)42２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)42２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)43２．d-q軸理論矢量控制中最基本、最重要的公式Backto電壓源驅(qū)動矢量控制系統(tǒng)二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)43２．d-q軸理論矢量2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)44２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)44２．d-q軸理論二軸2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)45３．狀態(tài)方程二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)45３．狀態(tài)方程二軸理論2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)46從磁場能量入手求取電磁轉(zhuǎn)矩４．電磁轉(zhuǎn)矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)46從磁場能量入手求取電2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)47４．電磁轉(zhuǎn)矩與運動方程式二軸理論矢量控制異步電動機數(shù)學(xué)模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)47４．電磁轉(zhuǎn)矩與運動方2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)48四、矢量控制思路電磁轉(zhuǎn)矩等效原理圖動畫演示2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)48四、矢量控制思路電磁2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)49四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)49四、矢量控制思路2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)50等效交流電機繞組和直流電機繞組物理模型四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)50等效交流電機繞組和直2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)51異步電動機坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖等效直流電機模型交流電動機四、矢量控制思路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)51異步電動機坐標(biāo)變換結(jié)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)52四、矢量控制思路等效直流電機模型電流控制變頻器交流電動機控制器＋給定信號～－反饋信號矢量控制的基本思想：把異步電動機經(jīng)過坐標(biāo)變換等效成直流電動機，然后仿照直流電動機的控制方法進行控制器設(shè)計，再經(jīng)過相應(yīng)的反變換，就可以控制交流電動機了2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)52四、矢量控制思路等效2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)53五、矢量控制類型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)53五、矢量控制類型2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)54１．直接型矢量控制定子回路轉(zhuǎn)子回路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)54１．直接型矢量控制定2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)55１．直接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)55１．直接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)56１．直接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)56１．直接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)57１．直接型矢量控制直接型矢量控制的基本結(jié)構(gòu)IM磁鏈仿真器電流模型2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)57１．直接型矢量控制直2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)58２．間接型矢量控制定子回路轉(zhuǎn)子回路2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)58２．間接型矢量控制定2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)59２．間接型矢量控制2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)59２．間接型矢量控制2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)60２．間接型矢量控制IM磁鏈仿真器電流模型＋＋＋間接型矢量控制的基本結(jié)構(gòu)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)60２．間接型矢量控制I2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)61勵磁電流轉(zhuǎn)矩電流２．間接型矢量控制變頻調(diào)速2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)61勵磁電流轉(zhuǎn)矩電流２．2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)62２．間接型矢量控制××－＋異步電動機矢量變換與解耦數(shù)學(xué)模型圖2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)62２．間接型矢量控制×2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)63六、矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)(VectorControlSystem)：由于進行坐標(biāo)變換的是代表磁動勢的電流空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)(VCS)。下面所要討論的均是基于轉(zhuǎn)差頻率型矢量控制方案構(gòu)成的矢量控制系統(tǒng)，可稱為轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)63六、矢量控制系統(tǒng)矢量2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)64六、矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)64六、矢量控制系統(tǒng)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)651.電流源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－PI＋＋－2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)651.電流源驅(qū)動異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)661.電流源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)661.電流源驅(qū)動異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)67２.電壓源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)非干涉控制：定子電壓指令值可以直接由定子電流指令值計算得到d-q軸系下的電壓方程式2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)67２.電壓源驅(qū)動異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)68２.電壓源驅(qū)動異步電動機矢量控制系統(tǒng)IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－非干涉控制2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)68２.電壓源驅(qū)動異步2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)693.帶有直流控制環(huán)的異步電動機矢量控制系統(tǒng)PWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－＋＋PIPI＋－＋－IM采用直流電流控制環(huán)的矢量控制系統(tǒng)的高速動態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)于采用交流電流控制環(huán)的矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)693.帶有直流控制環(huán)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)70六、矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)70六、矢量控制系統(tǒng)2023/9/3第七章矢量控制技術(shù)71六、矢量控制系統(tǒng)2023/8/3第七章矢量控制技術(shù)71六、矢量控制系統(tǒng)2023/9/3第七章矢量