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带转矩内环的转速、磁链闭环控制的矢量控制1 矢量控制系统的设计以典型I型系统来设计为了将系统开环传递函数表示成典型I型系统的形式，磁链调节器设计为一个PI调节器与一个惯性环节串联，即其中、待定。于是磁链闭环的开环传递函数为。当取=时，整理可得（7），显然这是典型I型系统的开环传递函数形式。为了便于仿真，假设电机参数如下：定子互感和转子互感：L_m=34.7e-3定子电阻：R_s=0.087转子电阻：R_r=0.228定子漏感和转子漏感：L_lr=L_ls=0.8e-3极对数：n_p=2转动惯量：J=1.662转子磁链：Psi_r=1代入上述数值到G(s)可得。易知该I型系统的阻尼比和振荡频率有如下关系：（8）。若今要求磁链调节曲线超调量、调节时间。根据自动控制理论，一旦超调量和调整时间确定了，典型I型系统的特征参数和可由确定，于是可解得=0.6901、=62.6483，再将和代入（8）式解得、=0.0116，=202.77， =0.2316图5 转子磁链的开环传递函数波特图2 矢量控制系统的仿真在MATLAB下作系统仿真模型，如图6所示。图6 MATLAB下作系统仿真模型各个子模块的仿真模型如图712所示:图7电流滞环脉冲发生图8按转子磁链定向的转子磁链电流模型图9 磁链调节器的模型图10 转速调节器的模型图11 转矩调节器的模型图12 generation仿真结果如图1323: 图13 A相电流波形 图14 iSq 图形 图15 iSd图形 图16 转速输出图形 图17 经2r/3s变换的三相电流给定波形 图18 转速调解器输出 图19 转矩调节器输出 图20 磁链调节器ApsiR输出 图21 定子磁链轨迹 图22 转矩转速曲线 图23 电动机输出转矩下面对本例做出简单的分析与说明：带转矩内环的转速，磁链闭环矢量控制系统的主电路采用电流滞环控制型逆变器。在控制电路中，在转速环后增加了转矩内环，转速调节器ASR的输出是转矩调节器ATR的给定Te*,而转矩的反馈信号Te，则通过矢量控制方程计算得到。电路中的磁链调节器ApsiR用于对电动机的定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节，ATR和ApsiR的输出分别是定子电流的转矩分量i*st和励磁分量i*sm。i*st ,i*sm经过2r/3s变换后得到三相定子电流的给定值i*sA,i*sB,i*sC,并通过电流滞环控制PWM逆变器控制电动机定子的三相电流。带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型如图6所示。期中直流电源DC，逆变器inverter,电动机motor和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。三个调节器ASR,ATR和ApsiR均是带输出限幅的PI调节器。转自磁链观测采用二相同步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块Fcn用于对转矩的计算，dq0-to-abc模块用于2r/3s的坐标变换。调节器的参数见附录，模型的仿真算法为ode23tb.在给定转速为1400r/min，空载起动，在0.6s是加载60Nm，系统的仿真结果如前图所示。在波形中可以看到，在矢量控制下，转速上升平稳，加载后稍有下降但随即恢复，在0.35s达到给定转速时和0.6s加载时，系统调节器和电流，转矩都有相应的响应。由于ATR和ApsiR都是带限幅的PI调节器，在起动中俩个调节器都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子的给定值i*sA,i*sB,i*sC也不变，所以在起动的过程中，定子电流基本保持不变实现了恒电流起动。由图可以看出，在起动阶段，磁场的建立过程比较平滑，磁链呈螺旋形增加，同时电动机转矩不断上升；而不带磁链调节器时，起动初期磁链轨迹波动较大，也引起了转矩的大幅度波动。从转矩转速曲线也可以看到，带磁链调节器的系统起动转矩较大。 14附 录仿真参数一览表：电动机选择：380V、50Hz、两对磁极逆变器电源为510V定子绕组自感转子绕组自感漏磁系数转子时间常数PI调节器参数15