最新电力拖动自动控制系统-运动控制系统(-阮毅-陈伯时)课后思考题习题答案2-7章完整版

精品文档

异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。

三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。 6-2

异步电动机三相数学模型中存在一定的约束条件。

三相变量中只有两相是独立的，因此三相原始数学模型并不是物理对象最简洁的描述。完全可以而且也有必要用两相模型代替。

两相模型相差90°才能切割d轴最大地产生磁通，产生电动势。相差180°不行，无法切割d轴产生磁通。 6-3

三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效代替，等效的原则是产生的磁动势相等。 功率相等不是变换的必要条件。

可以采用匝数相等的交换原则。变换前后的功率不相等。 6-4

旋转变换的等效原则是磁动势相等。

因为当磁动势矢量幅值恒定、匀速旋转时，在静止绕组中通入正弦对称的交流电流，同步旋转坐标系以与磁动势矢量转速相同的转速旋转，如果站在d轴上看，就是两个通入直流而相互垂直的静止绕组，所以同步旋转坐标系中的电流是直流电流。

如果坐标系的旋转速度大于或者小于磁动势矢量的旋转速度时，绕组中的电流是交流量。 6-5

坐标变换的优点：与三相原始模型相比，3/2变换减少了状态变量的维数，简化了定子和转子的自感矩阵。 精品文档

精品文档

旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，将相对运动的定、转子绕组用相对静止的等效绕组来代替，消除了定、转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响。将非线性变参数的磁链方程转化为线性定常的方程，但却加剧了电压方程中的非线性耦合程度，将矛盾从磁链方程转移到电压方程中来了，并没有改变对象的非线性耦合性质。 6-6

矢量控制系统的基本工作原理：通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制

通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，转子磁链仅由定子电流励磁分量产生，电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流两个分量的解耦。

在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中的异步电动机数学模型与直流电动机动态模型相当。 6-7

计算转子磁链的电流模型：

基本原理：根据描述磁链与电流关系的磁链方程来计算转子磁链，所得出的模型叫做电流模型。

优缺点：需要实测的电流和转速信号，不论转速高低时都能适用。受电动机参数变化的影响。电动机温升和频率变化都会影响转子电阻，磁饱和程度将影响电感。这些影响都将导致磁链幅值与位置信号失真，而反馈信号的失真必然使磁链闭环控制系统的性能降低，这是电流模型的不足之处。

计算转子磁链的电压模型：

基本原理：根据电压方程中感应电动势等于磁链变化率的关系，取电动势的积分就可以得到磁链。

优缺点：电压模型包含纯积分项，积分的初始值和累积误差都影响计算结果，在低速时，定子电阻压降变化的影响也较大。电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。有时为了提高准确度，把两种模型结合起来。 精品文档

精品文档 6-8

直接定向：根据转子磁链的实际值进行控制的方法称作直接定向。 优缺点：转子磁链的直接检测比较困难，多采用按模型计算的方法。

间接定向：利用给定值间接计算转子磁链的位置，可简化系统结构，这种方法称为间接定向。

*优缺点：用定子电流转矩分量和转子磁链计算转差频率给定信号?s?Lm*i将转差频率给*stTr?r定信号加上实际转速，得到坐标系的旋转角速度，经积分环节产生矢量变换角。定子电流励磁分量给定信号和转子磁链给定信号之间的关系是靠式ism?节在动态中获得强迫励磁效应，从而克服实际磁通的滞后。 磁链定向的精度受转子参数的影响。 6-9

矢量控制系统通过电流闭环控制，实现定子电流的两个分量的解耦，进一步实现电磁转矩与转子磁链的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器；实行连续控制，可获得较宽的调速范围。按转子磁链定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒性。

直接转矩控制系统采用双位式控制，根据定子磁链幅值偏差、电磁转矩偏差的符号以及期望电磁转矩的极性，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接产生PWM驱动信号，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构。不可避免地产生转矩脉动，影响低速性能，调速范围受到限制。 6-10

6个有效工作电压空间矢量，将产生不同的磁链增量。由于六个电压矢量的方向不同，有的电压作用后会使磁链幅值增大，另一些电压作用则使磁链幅值减小，磁链的空间矢量位置也都有相应变化。

选择电压空间矢量的规则： 精品文档

Trs?1?r建立的，比例微分环Lm精品文档 d轴分量usd

为“+”时，定子磁链幅值加大； 为“-”时，定子磁链幅值减小； 为“0”时，定子磁链幅值维持不变。 q轴分量usq

为“+”时，定子磁链矢量正向旋转，转差频率增大，电流转矩分量和电磁转矩加大 为“-”时，定子磁链矢量反向旋转，电流转矩分量急剧变负，产生制动转矩； 为“0”时，定子磁链矢量停在原地，转差频率为负，电流转矩分量和电磁转矩减小。 转矩脉动的原因：由于采用双位式控制，实际转矩必然在上下限内脉动；

抑制转矩脉动的方法：对磁链偏差和转矩偏差实行细化，使磁链轨迹接近圆形，减少转矩脉动。 6-11

带有滞环的双位式控制器优缺点：转矩和磁链的控制采用双位式控制器，并在PWM逆变器中直接用这两个控制信号产生输出电压，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的结构。 由于采用双位式控制，实际转矩必然在上下限内脉动。 6-12

直接转矩控制系统需采用两相静止坐标计算定子磁链，而避开旋转坐标变换。

定子磁链计算模型：

?s???(us??Rsis?)dt?s???(us??Rsis?)dt，这是一个电压模型，适合于以中高速运行的

系统，在低速时的误差较大，甚至无法应用。必要时，只好在低速时切换到电流模型，但这时上述能提高鲁棒性的优点就不得不丢弃了。 转矩计算模型：T?np(is??s??is??s?)

由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。 精品文档