感應電動機轉差型系統的矢量控制技術應用
現代控制理論的日益完善、電力電子技術的突飛猛進，使得感應電動機在速度調節傳動的應用越來越多廣泛普及。矢量控制策略的誕生，實現了轉矩和磁通的解耦控制，其控制效果與直流電機調速器，直流控制器對直流電動機實現的精準性高，低速性能佳，輸出扭矩大等完全媲美。
本文在分析感應電動機矢量控制原理的基礎上，基于matlab/simulink建立了感應電動機轉差型矢量控制系統仿真模型，仿真結果證明了該模型的合理性。并在此基礎上進行系統的軟、硬件設計，通過實驗驗證控制策略的正確性。
矢量控制技術的核心精髓原理
眾所周知，直流電動機良好的運行特性和控制特點事基于：通過調節勵磁電流和電樞電流實現對轉矩的控制。因為它的轉矩在主磁極勵磁磁通保持恒定的情況下與電樞電流成線性關系，所以通過電樞電流環作用就可以快速而準確地實現轉矩控制，不僅使系統具有良好穩態性能，又具有良好的動態性能。但是，由于換向器和電刷的原因，直流電動機有它固有的缺點，如制造復雜，成本高，需要定期維修，運行速度受到限制，難以在有防腐防暴特殊要求的場合下應用等等。
矢量控制的設計思想是中國傳動設備網www.chuandong360.com的核心思想，以模擬直流電動機的控制特點進行交流電動機控制。基于交流電動機動態模型，通過矢量坐標變換和轉子磁鏈定向，得到等效直流電動機的數學模型，使交流電動機的動態模型簡化，并實現磁鏈和轉矩的解耦。然后按照直流電動機模型設計控制系統，可以實現優良的靜、動態性能。
在根據轉子磁鏈定向的兩相同步旋轉坐標系下，感應電動機矢量控制系統的控制方程為：
(1)
從式(1)中可以看出，轉子磁鏈ψr僅由定子電流勵磁電流ism產生，與定子電流轉矩分量ist無關，而電磁轉矩te正比于轉子磁鏈和定子電流轉矩分量的乘積，這充分說明了感應電動機矢量控制系統按轉子磁鏈定向可以實現磁通和轉矩的完全解耦。
按轉子磁鏈定向的矢量控制系統的關鍵是準確定向。但是，轉子磁鏈的直接檢測非常困難，而利用磁鏈模型間接估算磁鏈的方法又受到電機參數變化的影響，造成控制的不準確。因此，與其用磁鏈閉環控制而反饋不準，不如采用磁鏈開環控制，使得系統簡單、可靠。采用磁鏈開環的控制方式，無需轉子磁鏈的幅值，但對于矢量坐標變換而言，仍然需要轉子磁鏈的位置信號。由此可知，轉子磁鏈的計算仍然不可避免，如果利用給定值間接計算轉子磁鏈的位置，可簡化系統結構，這種方法稱為間接定向。間接定向的矢量控制系統借助于矢量控制方程中的轉差公式，構成轉差型矢量控制系統[1]。
本文設計了一個轉差型矢量控制系統。其控制思想是:在控制過程中，使電機轉子磁鏈始終保持不變，電機的轉矩就能和穩態工作時一樣，主要由轉差率來決定。按照這個思路，就可以從轉子磁鏈直接得到定子電流m軸分量的給定值，再通過對定子電流的有效控制，避免了磁通的閉環控制。這種控制方法用轉差率和測量的轉速相加后積分來估算轉子磁鏈的位置，結構比較簡單，所能獲得的動態性能基本上可以達到直流雙閉環控制系統的水平。其系統模型如圖1所示。
圖1 轉差型矢量控制系統原理圖