矢量控制原理課件

控制目標最大利用風能與電網(wǎng)的匹配（有功、無功、功率因數(shù)）最好的電性能（動、靜態(tài)、穩(wěn)定性、諧波）1ppt課件控制目標最大利用風能1ppt課件三相異步電動機的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc三相異步電動機的物理模型2ppt課件三相異步電動機的物理模型ABCuAuBuC1uaubuc坐標變換的基本思路

從上節(jié)分析異步電機數(shù)學模型的過程中可以看出，這個數(shù)學模型之所以復雜，關鍵是因為有一個復雜的66電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復雜關系。因此，要簡化數(shù)學模型，須從簡化磁鏈關系入手。3ppt課件坐標變換的基本思路從上節(jié)分析異步電機數(shù)學模型圖6-46二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵磁繞組電樞繞組補償繞組4ppt課件圖6-46二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵

（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流繞組5ppt課件（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCF

（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiω1b）兩相交流繞組

6ppt課件（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiω1b）兩相旋轉的直流繞組與等效直流電機模型1FMTimitMTc）旋轉的直流繞組

7ppt課件旋轉的直流繞組與等效直流電機模型1FMTimitMTc）旋

三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量

AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oCB8ppt課件三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量AN2iN3iA

設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在、

軸上的投影都應相等，

9ppt課件設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁寫成矩陣形式，得（6-89）

10ppt課件寫成矩陣形式，得（6-89）10ppt課件

考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明,匝數(shù)比應為（6-90）

11ppt課件考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明,匝數(shù)代入式（6-89），得（6-91）

12ppt課件代入式（6-89），得（6-91）12ppt課件

令C3/2

表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則（6-92）

三相—兩相坐標系的變換矩陣13ppt課件令C3/2表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變

如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，則有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB

。代入式（6-92）和（6-93）并整理后得（6-94）

14ppt課件如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，（6-94）（6-95）

按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時還可證明，它們也是磁鏈的變換陣。15ppt課件（6-95）按照所采用的條件，電流變換陣也就是電兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）

從上圖等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型的圖b和圖c中從兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系M、T

變換稱作兩相—兩相旋轉變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉。把兩個坐標系畫在一起，即得下圖。16ppt課件兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）從上圖等效兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）itsiniFs1imcosimimsinitcosiβitMT17ppt課件兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）itsiniF

2s/2r變換公式18ppt課件2s/2r變換公式18ppt課件寫成矩陣形式，得

（6-96）

（6-97）

是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換陣。

式中兩相旋轉—兩相靜止坐標系的變換矩陣19ppt課件寫成矩陣形式，得（6-96）（6-97）是兩相旋轉坐標

對式（6-96）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得

(6-98)20ppt課件對式（6-96）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得(6-99)則兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的變換陣是

電壓和磁鏈的旋轉變換陣也與電流（磁動勢）旋轉變換陣相同。

兩相靜止—兩相旋轉坐標系的變換矩陣21ppt課件(6-99)則兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的變換陣is(Fs)1simitMT

令矢量is

和M軸的夾角為s

，已知im、it

，求is

和s

，就是直角坐標/極坐標變換，簡稱K/P變換。直角坐標/極坐標變換（K/P變換）

22ppt課件is(Fs)1simitMT令矢量is和M顯然，其變換式應為

（6-100）（6-101）23ppt課件顯然，其變換式應為（6-100）（6-101）23ppt課三相異步電動機在兩相坐標系上的

狀態(tài)方程

作為異步電機控制系統(tǒng)研究和分析基礎的數(shù)學模型，過去經(jīng)常使用矩陣方程，近來越來越多地采用狀態(tài)方程的形式，因此有必要再介紹一下狀態(tài)方程。為了簡單起見，這里只討論兩相同步旋轉dq坐標系上的狀態(tài)方程，如果需要其它類型的兩相坐標，只須稍加變換，就可以得到。24ppt課件三相異步電動機在兩相坐標系上的

狀態(tài)方程作為異三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程1.

—r

—is狀態(tài)方程

由前節(jié)式（6-103b）表示dq坐標系上的磁鏈方程

（6-103b）

25ppt課件三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程由前節(jié)式（6-

式（6-104）為任意旋轉坐標系上的電壓方程（6-104）

26ppt課件式（6-104）為任意旋轉坐標系上的電壓方

對于同步旋轉坐標系，dqs

=1

，dqr

=1

-=s

，又考慮到籠型轉子內部是短路的，則urd=urq=0，于是，電壓方程可寫成（6-112）

27ppt課件對于同步旋轉坐標系，dqs=1由式（6-103b）中第3，4兩式可解出28ppt課件由式（6-103b）中第3，4兩式可解出28ppt課件基于動態(tài)模型按轉子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)的基本思路按轉子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用轉子磁鏈模型轉速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)磁鏈開環(huán)轉差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)29ppt課件基于動態(tài)模型按轉子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)矢

異步電動機的坐標變換結構圖3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉變換;——M軸與軸（A軸）的夾角

3/2VR等效直流電機模型ABC

iAiBiCit1im1ii異步電動機

異步電機的坐標變換結構圖30ppt課件異步電動機的坐標變換結構圖3/2VR等效直流ABC

既然異步電機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電機了。由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（VectorControlSystem），控制系統(tǒng)的原理結構如下圖所示。31ppt課件既然異步電機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電機，那么，

矢量控制系統(tǒng)原理結構圖

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號異步電動機給定信號

矢量控制系統(tǒng)原理結構圖32ppt課件矢量控制系統(tǒng)原理結構圖控制器VR-12/3電流控制變頻

設計控制器時省略后的部分控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號異步電動機給定信號

33ppt課件設計控制器時省略后的部分控制器VR-12/3電流控制變頻器控制目標最大利用風能與電網(wǎng)的匹配（有功、無功、功率因數(shù)）最好的電性能（動、靜態(tài)、穩(wěn)定性、諧波）34ppt課件控制目標最大利用風能1ppt課件三相異步電動機的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc三相異步電動機的物理模型35ppt課件三相異步電動機的物理模型ABCuAuBuC1uaubuc坐標變換的基本思路

從上節(jié)分析異步電機數(shù)學模型的過程中可以看出，這個數(shù)學模型之所以復雜，關鍵是因為有一個復雜的66電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復雜關系。因此，要簡化數(shù)學模型，須從簡化磁鏈關系入手。36ppt課件坐標變換的基本思路從上節(jié)分析異步電機數(shù)學模型圖6-46二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵磁繞組電樞繞組補償繞組37ppt課件圖6-46二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵

（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流繞組38ppt課件（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCF

（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiω1b）兩相交流繞組

39ppt課件（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiω1b）兩相旋轉的直流繞組與等效直流電機模型1FMTimitMTc）旋轉的直流繞組

40ppt課件旋轉的直流繞組與等效直流電機模型1FMTimitMTc）旋

三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量

AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oCB41ppt課件三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量AN2iN3iA

設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在、

軸上的投影都應相等，

42ppt課件設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁寫成矩陣形式，得（6-89）

43ppt課件寫成矩陣形式，得（6-89）10ppt課件

考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明,匝數(shù)比應為（6-90）

44ppt課件考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明,匝數(shù)代入式（6-89），得（6-91）

45ppt課件代入式（6-89），得（6-91）12ppt課件

令C3/2

表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則（6-92）

三相—兩相坐標系的變換矩陣46ppt課件令C3/2表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變

如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，則有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB

。代入式（6-92）和（6-93）并整理后得（6-94）

47ppt課件如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，（6-94）（6-95）

按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時還可證明，它們也是磁鏈的變換陣。48ppt課件（6-95）按照所采用的條件，電流變換陣也就是電兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）

從上圖等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型的圖b和圖c中從兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系M、T

變換稱作兩相—兩相旋轉變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉。把兩個坐標系畫在一起，即得下圖。49ppt課件兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）從上圖等效兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）itsiniFs1imcosimimsinitcosiβitMT50ppt課件兩相—兩相旋轉變換（2s/2r變換）itsiniF

2s/2r變換公式51ppt課件2s/2r變換公式18ppt課件寫成矩陣形式，得

（6-96）

（6-97）

是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換陣。

式中兩相旋轉—兩相靜止坐標系的變換矩陣52ppt課件寫成矩陣形式，得（6-96）（6-97）是兩相旋轉坐標

對式（6-96）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得

(6-98)53ppt課件對式（6-96）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得(6-99)則兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的變換陣是

電壓和磁鏈的旋轉變換陣也與電流（磁動勢）旋轉變換陣相同。

兩相靜止—兩相旋轉坐標系的變換矩陣54ppt課件(6-99)則兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系的變換陣is(Fs)1simitMT

令矢量is

和M軸的夾角為s

，已知im、it

，求is

和s

，就是直角坐標/極坐標變換，簡稱K/P變換。直角坐標/極坐標變換（K/P變換）

55ppt課件is(Fs)1simitMT令矢量is和M顯然，其變換式應為

（6-100）（6-101）56ppt課件顯然，其變換式應為（6-100）（6-101）23ppt課三相異步電動機在兩相坐標系上的

狀態(tài)方程

作為異步電機控制系統(tǒng)研究和分析基礎的數(shù)學模型，過去經(jīng)常使用矩陣方程，近來越來越多地采用狀態(tài)方程的形式，因此有必要再介紹一下狀態(tài)方程。為了簡單起見，這里只討論兩相同步旋轉dq坐標系上的狀態(tài)方程，如果需要其它類型的兩相坐標，只須稍加變換，就可以得到。57ppt課件三相異步電動機在兩相坐標系上的

狀態(tài)方程作為異三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程1.

—r

—is狀態(tài)方程

由前節(jié)式（6-103b）表示dq坐標系上的磁鏈方程

（6-103b）

58ppt課件三相異步電動機在兩相坐標系上的狀態(tài)方程由前節(jié)式（6-

式（6-104）為任意旋轉坐標系上的電壓方程（6-104）

59ppt課件式（6-104）為任意旋轉坐標系上的電壓方

對于同步旋轉坐標系，dqs

=1

，dqr

=1

-=s

，又考慮到籠型轉子內部是短路的，則urd=urq=0，于是，電壓方程可寫成（6-112）

60ppt課件對于同步旋轉坐標系，dqs=1由式（6-103b）中第3，4兩式可解出61ppt課件由式（6-103b）中第3，4兩式可解出28ppt課件基于動態(tài)模型按轉子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)的基本思路按轉子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用轉子磁鏈模型轉速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)磁鏈開環(huán)轉差型矢量控制系統(tǒng)——間接矢量控制系統(tǒng)62ppt課件基于動態(tài)模型按轉子磁鏈定向的

矢量控制系