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《電力電子與現(xiàn)代控制(電機的控制理論和控制系統(tǒng)).ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、電力電子與現(xiàn)代控制PowerElectronicandModernControl中國科學(xué)院研究生院第四章：電機的控制理論和控制系統(tǒng)簡介直流電機的控制異步電機的控制1、標量控制2、矢量控制：磁場定向控制和直接轉(zhuǎn)矩控制電勵磁和永磁同步電機的控制1、磁場定向控制2、直接轉(zhuǎn)矩控制簡介電機控制的任務(wù)：采用電力電子裝置，通過對電機系統(tǒng)的機械特性的控制，使電機按照預(yù)定的方式或軌跡運行。電機控制的類型：位置、速度和力矩控制；開環(huán)控制和閉環(huán)控制；標量和矢量控制。電機控制的關(guān)鍵：電機電磁轉(zhuǎn)矩的控制電機的機械方程：電機控制系統(tǒng)的性能的好壞取決于電機電磁轉(zhuǎn)矩的控制。直流電機的控制及系統(tǒng)直流電機的
2、數(shù)學(xué)模型：可以構(gòu)成直流電機的控制系統(tǒng)為：異步電機的控制標量控制矢量控制1、磁場定向控制2、直接轉(zhuǎn)矩控制異步電機的標量控制穩(wěn)態(tài)時，鼠籠型異步電機的電壓方程為：鼠籠型異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩為：鼠籠型異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路圖忽略定子電阻時，定子磁鏈等于電壓與定子角頻率之比。轉(zhuǎn)子磁鏈等于轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子滑差頻率之比的負值。轉(zhuǎn)子磁鏈超前轉(zhuǎn)子電流90度。忽略定轉(zhuǎn)子磁鏈時，定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈相等。所以，忽略時，鼠籠型異步電機的穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩為：如控制定子磁鏈的幅值恒定，則穩(wěn)態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩與滑差頻率成正比。異步電機的標量控制異步電機的矢量控制磁場定向控制1、磁場定向控制的基本理論2、磁場定向控制的實現(xiàn)
3、3、磁場定向控制系統(tǒng)4、計算與仿真直接轉(zhuǎn)矩控制1、直接轉(zhuǎn)矩的基本理論2、直接轉(zhuǎn)矩控制的實現(xiàn)3、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)異步電機的磁場定向控制理論異步電機在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓和磁鏈方程為：電磁轉(zhuǎn)矩：建立下述矢量：異步電機的電壓方程可表示為：轉(zhuǎn)子磁鏈定子磁鏈氣隙磁鏈鼠籠型異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路圖轉(zhuǎn)子磁場定向控制如右圖所示異步電機的矢量圖中，如將d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈方向一致，此時有：異步電機的電壓和磁鏈方程為：則有下述關(guān)系式成立：達到穩(wěn)態(tài)時：可見：異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩可以表示成兩個電流id1和iq1的乘積；調(diào)節(jié)id1的值就可改變轉(zhuǎn)子磁鏈大小，如果保持id1不變，調(diào)節(jié)iq1的值就可以線性的改變
4、電機電磁轉(zhuǎn)矩的值；id1稱之為電機勵磁電流分量，iq1為力矩電流分量。轉(zhuǎn)子磁場定向理論上最大轉(zhuǎn)矩為無限大。定子磁場定向控制異步電機的電壓和磁鏈方程為：如右圖所示異步電機的矢量圖中，如將d軸與定子磁鏈方向一致，此時有：則有下述關(guān)系式成立：可見：異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩可以表示成電流iq1和定子磁鏈的乘積，如保持定子磁鏈恒定，調(diào)節(jié)定子電流iq1可以線性的調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩；調(diào)節(jié)id1的值就可改變定子磁鏈大小，但同時受iq1的影響。氣隙磁場定向控制異步電機的電壓和磁鏈方程為：如右圖所示異步電機的矢量圖中，如將d軸與氣隙磁鏈方向一致，此時有：則有下述關(guān)系式成立：可見：異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩可以表
5、示成電流iq1和氣隙磁鏈的乘積，如保持氣隙磁鏈恒定，調(diào)節(jié)定子電流iq1可以線性的調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩；調(diào)節(jié)id1的值就可改變氣隙磁鏈大小，但同時受iq1的影響。磁場定向控制的實現(xiàn)磁場定向控制的關(guān)鍵在于獲取定向磁鏈的空間位置和大小，只有在定向軸線與定向磁鏈重合，且保持定向磁鏈幅值大小恒定，才能獲得如直流電機一樣的解藕控制特性。按照獲取定向磁鏈位置的方式不同，磁場定向控制有兩種實現(xiàn)方法：1、直接法：直接檢測或計算定向磁鏈的空間位置和大小，又有：A.測量法：在氣隙中放置磁鏈檢測裝置直接測量定向磁鏈；B.計算法：利用電機的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)，以及測量的電壓電流轉(zhuǎn)速值直接計算出定向磁鏈的空間位
6、置和大小，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同又有估計器和觀測器兩種。2、間接法：它是一種間接獲取定向磁鏈位置的一種方法。其基本原理是：見上圖所示的轉(zhuǎn)子磁場定向控制矢量圖，d軸在空間上相對于定子A相軸線以同步角頻率ω1逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a相軸線以相對于定子A相軸線以轉(zhuǎn)子角頻率ωr逆時針旋轉(zhuǎn)。那么定向磁鏈的位置角為：轉(zhuǎn)子角頻率ωr由轉(zhuǎn)子位置傳感器量測得到，而滑差角頻率sω1可由電機數(shù)學(xué)模型計算得到，兩者之和即為同步角頻率ω1，積分可得定向磁鏈的空間位置角θ1。轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)（間接法）構(gòu)成的轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)（間接法）為：異步電機轉(zhuǎn)子磁場間接定向控制系統(tǒng)的仿真仿真事例：1、給定角頻率為314r
7、ad/s，空載啟動到穩(wěn)態(tài)后突加200Nm負載轉(zhuǎn)矩；2、給定角頻率為314rad/s，空載啟動再將速度置為零?；罱穷l率和轉(zhuǎn)子磁連位置角計算仿真事例1仿真事例2轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)（直接法）構(gòu)成的轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)（直接法）為：定向磁鏈的計算定向磁鏈的計算可以分成兩大類：開環(huán)計算（估計器Estimator）；電壓模型、電流模型和混合模型閉環(huán)計算（觀測器Observer）。狀態(tài)觀測器、滑模觀測器、擴展卡爾曼濾波器等。定向磁磁鏈的計算一般需要量測以下各量：定子電壓和電流；轉(zhuǎn)子位置或轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子磁鏈計算—電壓模型反電勢積分法又稱U-I
