异步电机矢量控制方案的研究

　　矢量控制是20世纪70年代出现的一种高性能交流电机调速理论，经过30多年的发展，矢量控制无论在理论上还是在技术上都逐渐走向成熟。发达国家在这一领域已走在前列，已成功将矢量控制技术应用到电力机车牵引上，使电力机车的性能得到显著提高。但国内将矢量控制应用到大功率场合的研究却很少，中国北车集团电力牵引研发中心致力于我国交流传动技术的发展，现中国北车集团电力牵引研发中心欲引进ALSTHOM公司先进的电力机车矢量控制技术，特地设立了“矢量控制前期研究”项目，想在矢量控制技术上有一个初步的了解和掌握，为下一步的引进、吸收积累经验，铺平道路。本文在此项目的支持下对矢量控制展开了初步的研究。本文对国内外文献所介绍的各个矢量控制方案进行了深入的分析比较，决定采用转子磁场直接定向电压解耦型矢量控制，根据其数学模型，设计了转速、磁链、电流闭环调节器。矢量控制的一个重要部分就是对转子磁链的观测，本文采用一种改进的电压电流组合式转子磁链观测器，提商了观测的精度。本文采用 S阡阡M调制技术，详细介绍了其调制原理，探索了SVPWM技术在大功率调速系统中的应用。本文对设计好的矢量控制方案采用此4儿船／&M见Ⅸ软件进行建模仿真，仿真结果表明本文设计的矢量控制方案实现了定予电流转矩分量和励磁分量的解耦具有良好的动静态性能。根据所设计的矢量控制方案，本文设计了以玎公司生产的主频高达150Etz的 32位DSP芯片TMS320F2812为核心的控制系统，完成了控制电路和控制软件的设计，并采用髓软件编写了上位机监控界面。论文采用小功率和大功率相结合的实验方法，两个功率等级的实验表明整个控制系统切实可行，控制性能良好。

　　1矢量控制产生的背景在20世纪60年代以前，全世界电气传动系统中高性能调速传动都采用直流电动机，而绝大多数不变速传动则使用交流电机。到了60一70年代，随着电力电子技术的发展和应用，出现了采用电力电子变换器的交流调速系统。再后来随着微型计算机技术的发展及现代控制理论的深入应用，交流调速控制策略取得不断突破：先后出现了调速性能比较好的恒V／F控制、转差频率控制，这些控制方式的静态性能比较好，实现了交流电机在一定范围内调速要求，但由于其控制思想基于交流电机的稳态控制规律，在动态特性、低速转矩特性方面，还不能与直流调速相媲美，从而使其应用范围受到了很大限制。但直流电机本身具有许多难以克服的缺点：例如，电刷和换向器必须经常检查维修，换向火花使它的应用环境收到限制，换向能力限制了直流电机的容量和速度等等（极限容量与转速之积大约 106kW·，／min）【II。而相比之下，交流电机具有结构简单，工作可靠，维护方便且效率高的优点，应用很广泛。所以发展高性能交流调速系统成为工业生产中的迫切要求，意义重大。众所周知，晶闸管供电的直流电动机双闭环调速系统具有优良的动静态特性，其根本原因是作为它励直流电动机的励磁和转矩可以分别加以控制。那么交流电动机是否能模仿直流电动机控制规律分别对其励磁和转矩进行控制呢？矢量控制就是实现这种控制思想的新一代高性能交流电机控制理论。矢量控制（Vector Contr01）又称磁场定向控制（Field Oriented Contr01），就是将交流电机空间磁场矢量的方向作为坐标轴的基准方向，通过坐标变换将电机定子电流正交分解为与磁场方向一致的励磁电流分量和与磁场方向垂直的转矩电流分量，然后就可以像直流电机一样对励磁电流分量和转矩电流分量分别进行控制。矢量控制理论1968年首先由Darmstader_-E科大学的Hasse博士提出。1971年 s删MENs公司的Blaschke又将这种一般化的概念形成系统理论，以磁场定向控制的名称在Siemens Review上发表，并申请了专利。矢量控制理论的提出为交流调速系统开辟了广阔的空间12】【，】I”