1 引言

　　交流變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機(jī)調(diào)速，并經(jīng)歷了采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程。其中，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)它又比矢量控制方法簡(jiǎn)便，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制精度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于異步電機(jī)的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本文對(duì)轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析和仿真。使用MATLAB中的仿真工具箱SIMULINK為基于轉(zhuǎn)差矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)建立了仿真模型,并給出了仿真結(jié)果。

2 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念

    　矢量控制的思想是以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)為定向，通過轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩的解耦，從而可以達(dá)到和直流電機(jī)一樣的控制效果。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向有兩種方法：①通過設(shè)置觀測(cè)器估計(jì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間角；②通過對(duì)轉(zhuǎn)差角頻率和轉(zhuǎn)子角頻率積分得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間位置。第二種方法即轉(zhuǎn)差矢量控制的依據(jù)。轉(zhuǎn)差矢量控制不必檢測(cè)磁通，簡(jiǎn)單易行，受到人們的普遍重視并得到廣泛應(yīng)用。

    　轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不需要進(jìn)行復(fù)雜的磁通檢測(cè)和繁瑣的坐標(biāo)變換，只要在轉(zhuǎn)子磁鏈大小不變的前提下，通過檢測(cè)定子電流和轉(zhuǎn)子角速度，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算就可以間接的磁場(chǎng)定向控制。要提高調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率，顯然，通過控制轉(zhuǎn)差角頻率就能達(dá)到控制的目的。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制就是通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)速的變化率，從而間接控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)

    　轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)為磁鏈開環(huán)、轉(zhuǎn)差型矢量變換控制的交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)。

　　在轉(zhuǎn)差頻率控制交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把從穩(wěn)態(tài)特性出發(fā)的和函數(shù)關(guān)系換成從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型出發(fā)的矢量變換控制器，就得到轉(zhuǎn)差型矢量變換控制系統(tǒng)。這樣，轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的大部分不足之處都被克服了，從而大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

　　這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：

　　1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)是定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號(hào)，與雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流給定信號(hào)相當(dāng)。

　　2）定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)之間的關(guān)系是靠矢量變換控制方程式的磁通控制方程式建立的，其中的比例微分環(huán)節(jié) 使 在動(dòng)態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵(lì)磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。

　　3）定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)經(jīng)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換器后產(chǎn)生定子電流幅值給定信號(hào)。

　　4）定子頻率信號(hào)，這樣就把轉(zhuǎn)差頻率控制的主要優(yōu)點(diǎn)保留下來了。由積分產(chǎn)生決定M軸（轉(zhuǎn)子磁鏈方向）相位角φ的信號(hào) 。

4 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真和分析

　　4.1　仿真模型的建立

   　圖2是轉(zhuǎn)差頻率矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真模型.異步電動(dòng)機(jī)由一個(gè)電流控制型PWM變流器供電,驅(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)械負(fù)載(用慣量J、摩擦系數(shù)B和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL表示).它由異步電動(dòng)機(jī)模塊、異步電動(dòng)機(jī)測(cè)量模塊、變頻器模塊、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、函數(shù)發(fā)生器、三相可控振蕩器以及測(cè)量模塊等構(gòu)成。

　　4.2仿真結(jié)果

   　 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：設(shè)置異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù):2.238 ,220 ,2極,定子電阻 =0.435 ,定子漏電感 ,互感 ,轉(zhuǎn)子電阻 ,轉(zhuǎn)子漏感 ,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，摩擦系數(shù) 。

    　開始仿真,在示波器模塊上分別觀察轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、電流調(diào)整器中電流和定子電流，仿真波形如圖3所示?？梢杂^察到，大約經(jīng)過1.5s,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).更改圖2中給重新啟動(dòng)仿真,能觀察到不同的驅(qū)動(dòng)響應(yīng).

    　從以上仿真結(jié)果，可以看出在啟動(dòng)和加載過程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流調(diào)整器中的電流、定子電流和轉(zhuǎn)矩的變化過程。從（b）可以看出隨著頻率的增加轉(zhuǎn)速逐步提高，在t=1.5s的加載過程，轉(zhuǎn)速有一定的波動(dòng)，稍后調(diào)整后穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。從（a）中可以看出電動(dòng)機(jī)在零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立的過程，在建立過程中磁場(chǎng)變化是不規(guī)則的，這也引起轉(zhuǎn)矩的變化，但最終趨向穩(wěn)定。又因?yàn)楫惒诫姍C(jī)矢量控制沒有直流電機(jī)的換向過程，所以其控制性能完全可以與直流調(diào)速性能相媲美。另外，通過仿真結(jié)果可以看出轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。

5結(jié)論

    　矢量變換控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，思路清晰，所能獲得的動(dòng)態(tài)性能基本上可以達(dá)到直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的水平，得到了普遍的應(yīng)用。

    　轉(zhuǎn)差型矢量變換控制系統(tǒng)M、T坐標(biāo)的定向是由給定信號(hào)確定并靠矢量變換控制方程式保證的，并沒有在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，這種情況屬于間接磁場(chǎng)定向。在動(dòng)態(tài)過程中，實(shí)際的定子電流幅值及相位與給定之間總會(huì)存在偏差，而且電動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化也使實(shí)際參數(shù)與矢量變換控制方程中所用的參數(shù)不一致，這些都會(huì)磁場(chǎng)定向上的誤差，從而影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。這是間接磁場(chǎng)定向的缺點(diǎn)。為了解決這個(gè)問題，在參數(shù)辨識(shí)和自適應(yīng)控制方面做了許多研究工作，獲得不少研究成果。

    　從另一方面，要使矢量變換控制系統(tǒng)具有和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一樣的動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)子磁通在動(dòng)態(tài)過程中是否真正恒定是一個(gè)很重要的條件。圖1所示的系統(tǒng)中對(duì)磁通的控制實(shí)際上市開環(huán)的，在動(dòng)態(tài)過程中肯定會(huì)存在偏差。要解決這個(gè)問題應(yīng)該增加磁通反饋和磁通調(diào)節(jié)器，或采用實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，即直接磁場(chǎng)定向。