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1、第七章 矢量控制技术（Vector Control）,马昕,北京化工大学计算机模拟与系统安全工程研究中心教育部化工安全工程研究中心国家安全生产监督管理总局危险化学品生产系统故障预防及监控基础实验室北京化工大学信息科学与技术学院,2023/7/5,第七章矢量控制技术,2,温故而知新,2023/7/5,第七章矢量控制技术,3,矢量控制技术,由于建立动态模型过程中需用到坐标变换，而进行坐标变换的是代表磁动势的电流空间矢量，所以这种控制方式被称为矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,4,主要内容,2023/7/5,第七章矢量控制技术,5,主要内容,矢量控制思路矢量控制类型 直接型矢量控制 间
2、接型矢量控制矢量控制系统 电流源驱动异步电动机矢量控制系统 电压源驱动异步电动机矢量控制系统 带有直流控制环的异步电动机矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,6,一、异步电动机等效电路变换,型等效电路通用等效电路不对称型等效电路,2023/7/5,第七章矢量控制技术,7,型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,8,型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,9,型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,10,型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,11
3、,通用等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,12,通用等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,13,通用等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,14,结论：由于a为任意常数，异步电动机等效电路从理论上讲不是唯一的，它可以有无数个由于定子侧输入阻抗不变，定子电流与a无关。即使a发生变化，定子电流也不会发生变化转子电流与a有关，励磁电流也随a值变化而变动,通用等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,15,T型等效电路的折算原则是保持电动机气隙磁通恒定事实上可以考虑其它的
4、折算原则：保持转子总磁通恒定（T-I型等效电路）办法：在通用等效电路中选择合适的a值,通用等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,16,不对称型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,17,不对称型等效电路,异步电动机等效电路变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,18,二、坐标变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,19,二、坐标变换,2023/7/5,第七章矢量控制技术,20,目标：将三相静止坐标变换成二相静止坐标,2023/7/5,第七章矢量控制技术,21,2023/7/5,第七章矢量控制技术,22,目标：二相静止坐
5、标变换成二相旋转坐标,二相静止坐标与旋转坐标轴的设定,2023/7/5,第七章矢量控制技术,23,2023/7/5,第七章矢量控制技术,24,目标：将三相静止坐标变换成二相旋转坐标,2023/7/5,第七章矢量控制技术,25,2023/7/5,第七章矢量控制技术,26,2023/7/5,第七章矢量控制技术,27,2023/7/5,第七章矢量控制技术,28,二、坐标变换,动画演示,2023/7/5,第七章矢量控制技术,29,三、矢量控制异步电动机数学模型,2023/7/5,第七章矢量控制技术,30,在研究异步电动机数学模型时，作如下假设：三相绕组对称，所产生的磁势沿气隙圆周正弦分布；忽略磁饱和，
6、绕组自感和互感都是线性的；忽略铁损耗的影响；无论是绕线式异步电动机还是鼠笼式异步电动机，均将其等效为绕线式转子，并且折算到定子侧，折算前后的每相匝数相等,矢量控制异步电动机数学模型,2023/7/5,第七章矢量控制技术,31,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,32,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,33,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,34,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,35,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,36,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,37,基本方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,3
7、8,d-q轴理论,2023/7/5,第七章矢量控制技术,39,d-q轴理论,2023/7/5,第七章矢量控制技术,40,d-q轴理论,上述工作的目的就要实现了！将前面得到的磁链方程式和电压方程式利用定子侧和转子侧3/d-q变换公式进行坐标变换，可以得到异步电动机在d-q坐标系中的电压方程式,2023/7/5,第七章矢量控制技术,41,d-q轴理论,2023/7/5,第七章矢量控制技术,42,d-q轴理论,2023/7/5,第七章矢量控制技术,43,d-q轴理论,矢量控制中最基本、最重要的公式,Back to 电压源驱动矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,44,d-q轴理论,20
8、23/7/5,第七章矢量控制技术,45,状态方程,2023/7/5,第七章矢量控制技术,46,从磁场能量入手求取电磁转矩,电磁转矩与运动方程式,2023/7/5,第七章矢量控制技术,47,电磁转矩与运动方程式,2023/7/5,第七章矢量控制技术,48,四、矢量控制思路,动画演示,2023/7/5,第七章矢量控制技术,49,四、矢量控制思路,2023/7/5,第七章矢量控制技术,50,四、矢量控制思路,2023/7/5,第七章矢量控制技术,51,四、矢量控制思路,2023/7/5,第七章矢量控制技术,52,四、矢量控制思路,2023/7/5,第七章矢量控制技术,53,五、矢量控制类型,2023
9、/7/5,第七章矢量控制技术,54,直接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,55,直接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,56,直接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,57,直接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,58,间接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,59,间接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,60,间接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,61,励磁电流,转矩电流,间接型矢量控制,变频调速,2023/7/5,第七章矢量控制技术,62,间接型矢量控制,2023/7/5,第七章矢量控制技术,
10、63,六、矢量控制系统,矢量控制系统(Vector Control System)：由于进行坐标变换的是代表磁动势的电流空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量控制系统(VCS)。,下面所要讨论的均是基于转差频率型矢量控制方案构成的矢量控制系统，可称为转差型矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,64,六、矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,65,1.电流源驱动异步电动机矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,66,1.电流源驱动异步电动机矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,67,.电压源驱动异步电动机矢量控制系统,非干涉控
11、制：定子电压指令值可以直接由定子电流指令值计算得到,d-q轴系下的电压方程式,2023/7/5,第七章矢量控制技术,68,.电压源驱动异步电动机矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,69,3.带有直流控制环的异步电动机矢量控制系统,采用直流电流控制环的矢量控制系统的高速动态响应性能优于采用交流电流控制环的矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,70,六、矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,71,六、矢量控制系统,2023/7/5,第七章矢量控制技术,72,本章小结,T型等效电路并不是异步电动机唯一的等效电路，从定子侧看输入阻抗相同的等效电路在理论上应该
12、有无数个，从中可以选用对控制有用的等效电路坐标变换是矢量运算的基础，坐标变换分静止坐标变换和旋转坐标变换，前者是简单的数值变换，后者是复杂的三角变换异步电动机在静止坐标系的物理量是交流量，在旋转坐标系中的物理量是直流量,2023/7/5,第七章矢量控制技术,73,本章小结,根据异步电动机在二相静止坐标系和二相旋转坐标系的数学模型，可以分为直接型矢量控制和间接型矢量控制根据计算机控制器输出的指令值是电流还是电压可分为电流源驱动矢量控制系统和电压源驱动矢量控制系统根据电流控制环的性质，可分为交流电流控制环矢量控制系统和直流电流控制环矢量控制系统，动态响应后者优越前者,2023/7/5,第七章矢量控制技术,74,本章重点内容,各种坐标变换的含义、各坐标系的特点 矢量控制的概念、思路 直接型&间接型矢量控制的概念、基本结构 理想矢量控制、非干涉控制的概念,2023/7/5,第七章矢量控制技术,75,本章作业,1.异步电动机坐标变换有几种类型？三相静止坐标、二相静止坐标、二相旋转坐标中的电流、电压分别为何种物理量？为什么？2.什么叫做矢量控制？矢量控制的基本思路是什么？3.什么叫做直接型矢量控制？什么叫做间接型矢量控制？4.什么叫做非干涉控制？电压源驱动矢量控制系统有哪些特点？,
