DVI矢量控制器介绍_DVI矢量控制器介绍

DVⅠ矢量控制器介绍

山东德洋电子科技有限公司研发部

项目概要

v项目名称： DVⅠ矢量控制器

v项目负责人：万长安、王世帅

v项目参与者：程兴、聂国宁、陈晓东、于立群、曹荣龙、赵光省、陈光磊、李海青、赵昌胜、郭长玲

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v为适应市场需求，掌握核心

，提高产品性价比，快速响

各种需求，结合我司目前产品现状，特研发新款DVⅠ矢量控制器。

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新产品特点阐述

v硬件

1、散热结构优化处理：MOSFET直接与

散热性能更佳且降低人工成本，防

降低MOSFET不绝缘率，可靠性提高。

2、出线端盖优化处理：出线端采用梳状穿线端盖，

配合排插，避免线束漏插、错插，提高车间生

产效率，防水性能更好。

新产品特点阐述

?通用性好，相同程序，骑行效果相同

曲线趋势相同；前端效率与方波齐平，

率大于方波；

?载波频率高，正常骑行以及空转无伪

案中的载波噪音；

?全程矢量控制，噪音低。

?芯片集成度高，集成2个高速运放；集成2个比较器，省掉外部高速运放，提高精度与可靠性。

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较大伪矢量较中较小DVⅠ较小较小

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可靠性测试

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室外测试续行里程测试整车骑行测试爬坡测试

沙地测试

刹车测试

低压测试

颠簸路测试从一系列测试情况和数据来看，DV Ⅰ控制器的可靠性很好。

变频器矢量控制的基本原理分析

变频器矢量控制的基本原理分析 矢量控制的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。基于转差频率控制的矢量控制方式同样是在进行U/f＝恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对通用变频器的输出频率f进行控制的。基于转差频率控制的矢量控制方式的最大特点是，可以消除动态过程中转矩电流的波动，从而提高了通用变频器的动态性能。早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用的基于转差频率控制的矢量控制方式。 无速度传感器的矢量控制方式是基于磁场定向控制理论发展而来的。实现精确的磁场定向矢量控制需要在异步电动机内安装磁通检测装置，要在异步电动机内安装磁通检测装置是很困难的，但人们发现，即使不在异步电动机中直接安装磁通检测装置，也可以在通用变频器内部得到与磁通相应的量，并由此得到了所谓的无速度传感器的矢量控制方式。它的基本控制思想是根据输入的电动机的铭牌参数，按照一定的关系式分别对作为基本控制量的励磁电流（或者磁通）和转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组上的电压的频率使励磁电流（或者磁通）和转矩电流的指令值和检测值达到一致，并输出转矩，从而实现矢量控制。

矢量控制系统(FOC)基本原理

矢量控制(FOC)基本原理 2014.05.15 duquqiubai1234163. 一、基本概念 1.1模型等效原则 交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，单相除外，二相、三相、四相…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。 图1 图1-1b 中绘出了两相静止绕组α 和 β ，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F 。再看图1-1c 中的两个互相垂直的绕组M 和 T ，通以直流电流M i 和T i ，产生合成磁动势F ，如果让包含两个绕组在的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 1-1a 一样，那么这三套绕组就等效了。

三相--两相变换（3S/2S 变换） 在三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组α、β之间的变换，简称3S/2S 变换。其电流关系为 111221022A B C i i i i i αβ????-- ???????=?????????-????? （） 两相—两相旋转变换（2S/2R 变换） 同步旋转坐标系中（M 、T 坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为 cos sin 2sin cos M T i i i i αβ??????????=??????-???? ?? （） 1.2矢量控制简介 矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。

矢量控制(FOC)基本原理

矢量控制(FOC）基本原理 2０14、05、１5 一、基本概念 １、１模型等效原则 交流电机三相对称得静止绕组 A 、Ｂ、C ,通以三相平衡得正弦电流时，所产生得合成磁动势就是旋转磁动势Ｆ，它在空间呈正弦分布,以同步转速ω1(即电流得角频率）顺着Ａ－B-C 得相序旋转。这样得物理模型如图1－1a所示。然而,旋转磁动势并不一定非要三相不可,单相除外,二相、三相、四相……等任意对称得多相绕组，通以平衡得多相电流,都能产生旋转磁动势,当然以两相最为简单。 图１ 图1-１b中绘出了两相静止绕组α与β，它们在空间互差90°,通以时间上互差９０°得两相平衡交流电流,也产生旋转磁动势F 。再瞧图1－1ｃ中得两个互相垂直得绕组M 与 T，通以直流电流与,产生合成磁动势 F ，如果让包含两个绕组在内得整个铁心以同步转速旋转,则磁动势 F 自然也随之旋转起来,成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势得大小与转速也控制成与图 1-1ａ一样,那么这三套绕组就等效了。

三相－-两相变换(3S/2Ｓ变换） 在三相静止绕组A、B、C 与两相静止绕组α、β之间得变换，简称３S/2S 变换。其电流关系为 两相—两相旋转变换（2Ｓ/2Ｒ变换) 同步旋转坐标系中(Ｍ、T坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量得转换关系为 １、2矢量控制简介 矢量控制就是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机得调速问题而提出。交流矢量得直流标量化可以使三相异步电机获得与直流电机一样优越得调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量得过程见图２。

图2 图2得上图为静止坐标系下得定子三相交流矢量 图2得中图为静止坐标系下得等效两相交流矢量 图2得下图为旋转坐标系下得等效两相直流标量,就是转矩电流,就是励磁电流。 经图2得变换后,定子三相交流矢量变为了旋转得两相直流标量。进而可以把异步电机瞧作直流电机,分别控制励磁电流与转矩电流。 变换公式即式(１)与式(2）。 1、3关于坐标系 图２得上图得坐标系就是静止得三相互差120°得坐标系，这就是一个非正交坐标系。 图２得中图得坐标系就是静止得两相互差９0°得坐标系，这就是一个正交坐标系。 图2得下图得坐标系就是旋转得两相互差9０°得坐标系,这就是一个正交坐标系。此坐标系跟随转子旋转。 1、4 为什么要进行坐标变换?

什么是矢量控制系统(VCS)并简述其 七

什么是矢量控制系统(VCS)并简述其七 1. 什么是矢量控制系统（VCS）?并简述其工作原理。答：将异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过坐标反变换，就能够控制异步电动机。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换的控制系统就叫做矢量控制系统VCS(Vector Control System) 。 2. 直接转矩控制系统（DTC）的基本思想：根据定子磁链幅值偏差Ψs 的正负号和电磁转矩偏差Te的正负号，再依据当前定子磁链矢量Ψs所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。 3. 何为软启动？答：软启动器可以限制启动电流并保持恒值，直到转速升高后自动衰减下来，启动时间也短于降压启动方法主电路采用晶闸管交流调压器，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，达到稳定运行后，可用接触器将晶闸管旁路，以免晶闸管不必要长期工作。启动电流可在（0.5~4）IsN之间调整。 4. 电压空间矢量PWM（SVPWM）：（定义）把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，叫“磁链跟踪控制”，磁链跟踪控制是通过交替使用不同的电压空间矢量来实现的，故又称为

“电压空间矢量PWM（SVPWM）” （实现方法：）在SVPWM的实现过程中，通常以开关损耗较小和谐波分量较小为原则，安排基本矢量和零矢量的作用顺序。有两种常用的SVPWM 实现方法，分别是（1）零矢量集中和（2）零矢量分散。 5. 6. 转速、电流反馈控制直流调速的： （1）起动过程分析：第1阶段：电流上升阶段。这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第2阶段：恒流升速阶段。ASR 保持饱和状态，而ACR不饱和，转速迅速饱和。第3阶段：转速调节阶段。ACR、ASR均不饱和，ASR起主导作用，转速反馈接近期望输出 （2）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点？答：1) 饱和非线性控制：ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统ASR不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.2）准时间最优控制，恒流升速可使起动过程尽可能最快。3）转速超调：只有转速超调才能使ASR退饱和。 （3）动态抗扰性能分析：抗负载扰动和抗电网电压扰动 7. 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用? 答：（1）转速调节器ASR的作用：1）转速调节器是调速系统的主导调节器，转速n跟随转速给定电压变化，稳态无静差。2)对负载变化起抗扰作用。3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。 (2) 电流调节器ACR的作

矢量变频器的原理及功能

矢量变频器的原理 矢量控制技术通过坐标变换，将三相系统等效变换为M－T两相系统，将交流电机定子电流矢量分解成两个直流分量（即磁通分量和转矩分量），从而达到分别控制交流电动机的磁通和转矩的目的，因而可获得与直流调速系统同样好的控制效果。 矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为D轴电流和Q轴电流，其中D 轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就是永磁同步电动机）也大量使用该控制理论。 矢量变频器的功能 矢量与向量是数学上矢量（向量）分析的一种方法或概念，两者是同一概念，只是叫法不同，简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。 矢量是我们（大陆）的说法，向量的说法一般是港台地区的文献是用的。意义和“布什”和“布希”的意思大致一样。矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念。 在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析，等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解台达变频器、三菱变频器、西门子变频器、安川变频器、艾默生变频器的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/4b13278898.html,/

《电机矢量控制技术》矢量控制综述资料

福建工程学院 研究生课程论文 课程名称电机及其系统分析教师姓名 研究生姓名 研究生学号 研究生专业电气工程 研究方向电力工程 年级一年级 所在学院信息学院 日期2016年01 月13日

评语

矢量控制技术的发展以及在应用中的改善 摘要：电机在很多场合得到了广泛的使用，因为它具有的独特优点，例如它为现代运动控制系统提供了一种具有诸多优点和适用广泛的装置。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在上世纪70年代西门子工程师F.Blaschke 首先提出异步电机矢量控制理论来解决交流电机转矩问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。 关键词：矢量控制,异步电机,解耦 ABSTRACT:In many occasions, the motor has been widely used because it has unique advantages, such as it provides a lot of advantages and is suitable for a wide range of modern device having the motion control system. Dynamic mathematical model of the induction motor is a high order, nonlinear, strongly coupled multivariable systems. In the 1970s, Siemens engineers F.Blaschke first proposed induction motor vector control theory to solve the problem of the AC motor torque. The basic principle of vector control is achieved by measuring and controlling asynchronous motor stator current vector, based on the principle of field-oriented asynchronous motor excitation current and torque current control, respectively, so as to achieve the purpose of control of induction motor torque. Key Word ： Vector control ，Induction motor ，Decoupling 0、序言 异步电动机的数学模型是一个极其复杂的模型。总的归结起来可以异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。而且在研究三相异步电动机的复杂的数学模型中，我们常常会做出以下几方面的假设。第一，我们往往会忽略空间谐波。第 二、忽略磁路饱和。并且假设它们的自感和互感都是线性的。第三、忽略铁芯损耗。第四、不考虑频率和温度对绕组的影响。由于感应电动机的励磁和电枢都是同一个绕组，所以转矩和磁链之间就相对比较复杂。电磁转矩的物理表达式为 22?φCOS I C T T e = 可以知道感应电动机各个参量相互耦合，这也是感应电动机难以控制的根本原因[2]。由于矢量控制具有转矩控制的线性特性，控制效率很高，调节器的设计也比较容易实现。而且，速度的调节较宽在接近零转速时仍然可以带动额定负载运行，具有良好的起制动性能，所以矢量控制技术才会被人们慢慢的所利用[3]。异步电机数学模型的电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程如下： 电压方程：

变频器矢量控制说明介绍

变频器的V/F控制与矢量控制 U/f=C的正弦脉宽调制（SPWM）控制方式 其特点是控制电路结构简单、成本较低，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较低，转矩受定子电阻压降的影响比较显著，使输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化，转矩响应慢、电机转矩利用率不高，低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降，稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。 矢量控制（VC）方式 矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相－二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1（Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效

直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 V/F控制与矢量都是恒转矩控制。U/F相对转矩可能变化大一些。而矢量是根据需要的转矩来调节的，相对不好控制一些。对普通用途。两者一样 1、矢量控制方式—— 矢量控制，最简单的说，就是将交流电机调速通过一系列等效变换，等效成直流电机的调速特性，就这么简单，至于深入了解，那就得深入了解变频器的数学模型，电机学等学科。 矢量控制原理是模仿直流电动机的控制原理，根据异步电动机的动态数学模型，利用一系列坐标变换把定子电流矢量分解为励磁分量和转矩分量，对电机的转矩电流分量和励磁分量分别进行控制。 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。

矢量控制和伺服控制

矢量控制和伺服控制 在转子磁场定向后实现磁场和转矩的解耦，从而达到控制异步电动机转矩的目的，使异步电机得到接近他励直流电机的控制性能。 具体做法是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。 电机伺服控制方式一般伺服包含三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的，位置控制是通过发脉冲来控制的。 （1）如果对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 （2）如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。

对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为 2、5Nm；如果电机轴负载低于2、5Nm时电机正转，外部负载等于2、5Nm时电机不转，大于2、5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，

三种矢量控制的比较

磁场定向矢量控制技术按照获得磁链的不同方式大致可分为两种:直接和间接方式。直接方式的实现依赖于直接测量或对转子，定子，气隙磁链矢量的幅值和位置的估算。传统的直接矢量控制策略使用检测线圈，具有抽头的定子绕组或霍尔效应传感器对磁通进行检测，但由于电机结构或散热的需要就会产生一定的限制，但随着目前高速DSP的不断面世，在一个PWM周期内，实现负载的控制及磁链估算应成为可能，所以近年来基于磁链观测器的直接方式由重新得到了人们的重视。而间接方式则使用电动机模型，例如对于转子磁通定向控制，它利用了固有的转差关系。与直接的方法相比，间接方式对电机参数有较高的依赖性。多数场合使用间接策略，因为这会使硬件电路相对简单并且在低频下也具有较好的总体性能，但是由于包含了会随着温度，饱和度和频率变化而变化的电机参数，所以需要研究不同的参数自适应策略。 如果从选择的磁链矢量分类的话，磁场定向矢量控制技术一般可分为三种，即气隙磁场定向控制，定子磁场定向控制，转子磁场定向控制。 1. 气隙磁场定向控制方案。气隙磁场的定向控制是将旋转坐标系的M轴定向于气隙磁场的方向，此时气隙磁场的T轴分量为零。如果保持气隙磁通M轴分量恒定，转矩直接和T轴电流成正比。因此，通过控制T轴电流，可以实现转矩的瞬时控制，从而达到控制电机的目的。 2.定子磁场定向控制方案。定子磁场定向的控制方法，是将旋转坐标的M轴放在定子磁场方向上，此时，定子磁通的T轴分量为零。如果保持定子磁通恒定，转矩直接和T轴电流成正比，从而控制电机。定子磁场定向控制使定子方程大大简化，从而有利于定子磁通观测器的实现。然而此方案在进行磁通控制时，不论采用直接磁通闭环控制，还是采用间接磁通闭环控制，均须消除耦合项的影响。因此，需要设计一个解耦器，对电流进行解耦。 3. 转子磁场定向控制方案。转子磁场定向的控制方法是在磁场定向矢量控制方法中，将M,T 坐标系放在同步旋转磁场上，将电机转子磁通作为旋转坐标系的M坐标轴。若忽略由反电动势引起的交叉祸合，只需检测出定子电流的M轴分量，就可以观测转子磁通幅值。当转子磁通恒定时，电磁转矩与定子电流的T轴分量成正比，通过控制定子电流的T轴分量就可以控制电磁转矩。因此称定子电流的M轴分量为励磁分量，定子电流的T轴分量为转矩分量。可由电压方程M轴分量控制转子磁通，T轴分量控制转矩，从而实现磁通和转矩的解耦控制。 下面对它们进行简要的总结和比较： 气隙磁场定向系统中磁通关系和转差关系中存在耦合，需要增加解耦器这使得它比转子磁通的控制方式要复杂，但具有一些状态能直接测量的优点，比如气隙磁通。同时电机磁通的饱和程度与气隙磁通一致，故基于气隙磁通的控制方式更适合于处理饱和效应。 定子磁场定向的矢量控制方案，在一般的调速范围内可利用定子方程作磁通观测器，非常易于实现，且不包括对温度变化敏感的转子参数，可达到相当好的动静态性能，同时控制系统结构也相对简单，然而在低速时，由定子电阻压降占端电压的大部分，致使反电动势测量误差较大，导致定子磁通观测不准，影响系统性能。定子磁场定向的矢量控制系统适用于大范围弱磁运行的情况。转子磁场定向的控制方案，缺点是磁链闭环控制系统中转子磁通的检测精度受转子时问常数的影响较大，降低了系统性能。但它达到了完全的解耦控制，无需增加解耦器，并且不存在静态稳定性限制的条件，控制方式简单，具有较好动态性能和控制精度，故应用最为广泛。

矢量控制(FOC)基本原理

矢量控制(FOC)基本原理 一、基本概念 1.1模型等效原则 交流电机三相对称的静止绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω1（即电流的角频率）顺着 A-B-C 的相序旋转。这样的物理模型如图1-1a 所示。然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，单相除外，二相、三相、四相…… 等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。 图1 图1-1b 中绘出了两相静止绕组α 和 β ，它们在空间互差90°，通以时间上互差90°的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F 。再看图1-1c 中的两个互相垂直的绕组M 和 T ，通以直流电流 M i 和T i ，产生合成磁动势 F ，如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转 速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 1-1a 一样，那么这三套绕组就等效了。

三相--两相变换（3S/2S 变换） 在三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组α、β之间的变换，简称3S/2S 变换。其电流关系为 1112 21022A B C i i i i i αβ????- - ?????? ?= ??????? ??-????? （） 两相—两相旋转变换（2S/2R 变换） 同步旋转坐标系中（M 、T 坐标系中）轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为 cos sin 2sin cos M T i i i i αβ?????? ????=??????-???? ?? （） 1.2矢量控制简介 矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。 矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。

异步电机矢量控制

目录1引言..................................................... 1.1 交流电机调速系统发展的现状.............................. 1.2 矢量控制的现状.......................................... 1.3 课题的研究背景及意义.................................... 1.4 本课题的主要内容........................................ 2 矢量控制的基本原理....................................... 2.1 坐标变换的基本思路...................................... 2.2 矢量控制坐标变换........................................ 2.3 矢量控制系统结构........................................ 3 转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制 ..................... 4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 ......................... 4.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 ........................ 4.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 ............................ 5 控制系统的设计与仿真..................................... 5.1 矢量控制系统的设计...................................... 5.2 异步电动机的重要子模块模型............................. 5.3 系统仿真结果和分析...................................... 6 结论.....................................................参考文献.................................................致谢......................................................

感应电机矢量控制系统的仿真设计

《运动控制系统》课程设计学院： 班级： ： 学号： 日期： 成绩：

感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程：运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂，坐标变换的目的就是要简化数学模型。异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换）在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组a、b 之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐标系 M、T 变换称作两相—两相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静止，r 表示旋转。

变频器的原理及矢量控制的应用(正式)

变频器的原理及矢量控制的应用 设备部 李国栋 摘要：本文介绍了变频器基本原理。并从实际应用出发，介绍了变频器的各种应用模式。对变频器矢量控制模式的控制特点、电机参数的自学习，实际生产中的应用做了较祥细的论述。 变频器是电力电子技术，微电子技术，电机控制理论及自动控制技术高度发展的产物。如今，交流变频调速逐渐成为电气传动的主流，主要用于控制异步电动机的转速和转矩，不仅扩大了电动机的转速调节范围，使电动机转速能够从零速到高于额定转速的范围内变化，而且具有动态响应，工作效率高，输出特性好，使用方便等其它调速方案所无法比拟的特长。加上交流电动机对环境适应性强，维修简单，价格低，容易实现高速大容量的优势，使得以前直流电动机占主要地位的调速传动领域，正逐渐被交流电动机变频调速所取代。本文通过对变频器原理和变频器矢量控制原理的阐述，使大家从理论上对变频器的矢量控制有一个比较全面的认识。并结合自身的工作实践，描述分析了变频器矢量控制在实际生产中的应用，提高大家对变频器矢量控制特点的认识。 一、 交流电动机的转速表达式n= n 转速r/min ?1 定子供电频率Hz P 磁极对数 S 转差率 由上式可以归纳出交流电动机的3种调整方法：改变极对数P调整，改变转差率S调速和改变电源频率调速。改变磁极对数调速是有级的调速，转速不能连续调节。变转差率调速时，不调同步转速（即不改变电源频率）而是通过调节定子电压U1,转子电阻R2或采用电磁离合器来实现，存在着低速时，转差损耗较大，效率低的缺点。变频调速采用调节同步转速（即改变三相异步电动机的电源频率），可以由高速到低速保持有限的转差率，效率高，调速范围宽，精度高，是三相异步电动机比较理想的调速方案。

矢量控制技术

6. 空间电压矢量法 空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术(又称磁通正弦PWM 控制技术)是由德国学者H.W. Vander Broek 等提出的。它和电压正弦PWM 不同点在于：电压正弦PWM 法是从电源的角度出发，其着眼点是如何生成一个可以调频调压的三相对称正弦波电源；而SVPWM 法则是从电机的角度出发的，着眼于如何使电机获得幅值恒定的圆形旋转磁场，即正弦磁通。具体地说，它以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子的理想磁链圆为基准，由三相逆变器不同的开关模式所产生的实际磁链矢量去逼近基准磁链圆，并由它们比较的结果决定逆变器的开关状态，形成PWM 波形。由于该控制方法把逆变器和电机作为一个整体来考虑，所以模型构造简单，便于数字化实现。与传统电压正弦PWM 相比，该控制方法具有使得电机转矩脉动降低、电流波形畸变减小、直流电压利用率提高的优点[2][6][11]。 6.1空间电压矢量法的基本工作原理 电机的理想供电电压为三相对称正弦，设U 为线电压，相电压表达式如下： )sin(t U V a ω= (2-20) )32 sin(πω-=t U V b (2-21) )3 2 sin(πω+=t U V c (2-22) 根据合成电压矢量公式： )(3 2 2c b a c b a V V V V V V V αα++=++= (2-23) 上面两式合成后，得到： t j Ue V ω-= (2-24) 从上式可以看出，合成电压矢量是一个随时间变化的幅值一定的圆形矢量。而磁场是电压的积分，因此，产生的磁场也是一个圆形旋转磁场。 典型的逆变器的结构图如图2-5所示。如图所示，Q1~Q6是六个功率管，受a 、a ’，b 、b ’，c 、c ’的控制，当上面的功率管是开时(此时我们假设a 、b 、c 的值为1)，相应的下面的功率管则是关的(此时我们假设a ’、b ’、c ’的值为0)，则不同的导通与关断可以组合成八种不同的逻辑状态，在不同状态下，各桥臂

变频器矢量控制与VF控制区别

变频器矢量控制与VF控制区别 一、V/F控制方式 变频器采用V/F控制方式时，对电机参数依赖不大，一般强调“空载电流”的大小。由于我们采用矢量化的V/F控制方式，故做电机参数静止自整定还是有必要的。不同功率段的变频器，自学习后的空载电流占额定电流大小百分比也是不同的。 一般有如下百分比数据：5.5kW~15 kW,空载电流P9.05的值为30%~50%的电机额定电流；3.7 kW及以下的，空载电流P9.05的值为50%左右的电机额定电流；特殊情况时，0.4 kW、0.75 kW、1.5 kW，空载电流P9.05的值为70%~80%的电机额定电流；有的0.75 kW功率段，参数自整定后空载电流为电机额定电流的90%。空载电流很大，励磁也越大。 何为矢量化的V/F控制方式，就是在V/F控制时也将输入电流量进行解耦控制，使控制更加精确。 变频器输出电流包括两个值：空载电流和力矩电流，输出电流I的值为空栽电流Im和力矩电流It平方和后开2次方。故空载电流是影响变频器输出电流的主要因素之一。 V/F控制时输出电压与运行频率之比为一定值：即U/F=K（K为常数），P0.12=最大输出电压U，P0.15=基频F。

上图中有个公式，描述转矩、转速、功率之间的关系。变频器在基频以下运行时，随着速度增快，可以输出恒定的转矩，速度增大不会影响转矩的输出；变频器在基频以上运行时，只能保证输出额定的功率，随着转速增大，变频器不能很好的输出足够大的力；有时候变频器速度更快，高速运行时，处于弱磁区，我们必须设置相应的参数，以便让变频器适应弱磁环境。 速度与出力，高速或者低速时，两者不可兼得，这里有个数据概念：调速范围，指满足额定转矩出力的最低频率与最高频率的比值。以前一般的VF 控制方式调试范围为1：20~1：40，我司产品V/F控制调速范围可以达到1：100，能够满足更多范围的行业应用。在开环矢量时可以达到1：200，闭环矢量时达到1：1000，接近伺服的性能。 变频器V/F控制系统运行时，有两种方式进行转矩的提升： 1、自动转矩提升： 必须在P0.16=0且P4.00=0时，自动转矩提升才有效。其作用为：变频器V/F控制低频运行时，提高输出电压，抵消定子压降以产生足够的转矩，保证电机正常运行。自动转矩提升与变频器设置“空载电流”和静止学习的“定子电阻”有关系，变频器必须作电机参数静止自整定，才能更好的控制电机运行。变频器作自动转矩提升控制电机时，见上图所示输出电压和频率的线性关系，运行中因为负载变化对电压输出作适当的增减，由于响应时间的快慢，所以会出现出力不稳定因素。 2、手动转矩提升 设置P0.16为某一数值时，或者设置P4.00为非零时，手动转矩提升才

矢量控制系统

矢量控制系统 自动化1004班学号20105781 王岩1基本思路： 以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB 、iC ，通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流iα、iβ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流im 和it 。 如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通Φr 就是等效直流电机的磁通，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，im 相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it 相当于与转矩成正比的电枢电流。 如下图所示：从整体上看，输入端为A,B,C三相电压，输出为W，是一台异步电机。从内部看，经过3/2变换和同步旋转变化，变成2相输入，由W输出的直流电动机。 由以上可知，仿真直流电动机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标变换后，就能控制异步电机了。由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统，简称VC系统。

VC系统的原理结构如下图： 当给定的信号通过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号I*M和电枢电流的给定信号I*t，经过反旋转变换VR，在经过一系列的变换，即可输出异步电动机调速所需要的三相变频电流。 可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。 2方程及其解耦作用 上述只是矢量控制的基本思路，其中的矢量变换包括三相/两相变换和同步旋转变换。在进行两相同步旋转坐标变换时，只规定了d，q两轴的相互垂直关系和与定子频率同步的旋转速度，并未规定两轴与电机旋转磁场的相对位置，对此是有选择余地的。 现在d轴是沿着转子总磁链矢量的方向，并称之为M

矢量控制

转子磁链定向矢量控制策略 转子磁场定向的矢量控制方式目前应用较普遍。将转子磁链的方向定义为m 轴的方向，垂直于m 轴的方向定义为t 轴方向。这时，将以转子磁场进行定向时的m 轴也称为d 轴，t 轴称为q 轴。在异步电机运行过程中假如保持励磁电流恒定，则输出的转矩仅与转矩电流成正比。它的优点是解耦了磁链与转矩，使得控制上较为接近于直流电机的控制，实现了人们最初的设想。 矢量控制的磁链取得方法有间接或直接，也称间接磁场定向和直接磁场定向，它们的区别在于： ①间接磁场定向 间接磁场定向的矢量控制是根据异步电机的数学模型，及各个坐标系下的电机方程，通过计算得到其固有关系式，引入电机参数进行计算，估计磁链的幅值与相角，其缺点是受电机参数的准确性影响较大，且在电机运行过程中，电机参数发生变化需要进行相应的调整，其优点是不需要受到特殊硬件检测设备的制约，节约成本，提高应用性。 ②直接磁场定向 直接磁场定向的矢量控制是运用直接方式，获取磁链的位置、幅值，需安装磁链传感器，而在一些场合，安装磁链传感器很难做到。随着DSP 不断更新升级，使在较短时间内完成运算估算磁链已越来越可行，因此直接磁链观测器越来越多地受到人们重视。其缺点是对仪器的精度要求很高，优点是基本不受转子时间常数影响。如果观测的精度足够高，那么进行矢量控制的准确度就会极为简便。 1.三相异步电动机动态数学模型 在以转子磁场定向的同步旋转坐标系dq 轴下，异步电动机的动态数学模型为 （1） 电压方程为 sd sd s s e s m e m sq sq e s s s e m m rd rd m s m r r s rq rq s m m s r r r u i R L p L L p L u i L R L p L L p u i L p L R L p L u i L L p L R ωωωωωωωω+--????????????+??????=??????-+-???????????????? (1-1) 式中，u sd 、u sq 、u rd 、u rq 、i sd 、i sq 、i rd 、i rq 分别为定子电压、转子电压、定子电流、转子 电流、在dq 轴上的分量；ωs 为转差角速度，即ωs =ωe -ωr ；ωe 为同步角速度；ωr 为转子角速度。由于这里只考虑鼠笼型三相异步电动机，因此在式(1-1)所示的电压方程中第三、第四行内的转子电压分量u rd 、u rq 均为0。 （2） 磁链方程为 sd sd s m sq sq s m rd rd m r rq rq m r 0000000 i L L i L L i L L i L L ψψψψ???? ???????????? ??=?????????????????????? (1-2) 式中，L s 、L r 为定子和转子的自感；L m 为定转子互感。

矢量控制

SMD-1型主轴驱动单元和ACS300系列全数字交流伺服系统介绍 一、产品技术描述 ★ SMD-1型主轴驱动单元 1．异步电动机矢量控制的特点 现代驱动系统主要由两大分支构成：一类是直流驱动，另一类是交流 驱动系统。电机调速的关键是转矩的控制，对直流电机而言，转矩 M em=C m?L a，其中C m为电机常数，由于电磁转矩中的两个可控量磁通?和电枢电流L a是相互独立的，所以转矩可以快速响应L a的变化，容易得 到良好的动态性能；但三相异步电机的情况要复杂得多，其电磁转矩为 M em=C m?m i2COS?2。其中：C m是电机常数，?m为气隙磁通，i2为转 子电流，COS?2为转子功率因数，由于三相电机的气隙磁场是由定子电 流i1和转子电流i2共同产生的，它随负载变化而变化。即使气隙磁通?m 保持恒定，电机的转矩不仅与转子电流i2有关，而且还取决于转子电流的 功率因数角?2，这几个量相互耦合，互不独立，难以直接控制，致使交流调速性能比直流调速要差。矢量控制技术的应用使得交流变频调速获得了突破性进展，它较好地解决了在动态过程中准确地控制异步电动机的电磁转矩问题。事实上我们从异步电机的电压矢量和磁链矢量的关系（如图三所示）可看出：转子总磁链Ψ2=?m COS?2，此时电机的电磁转矩可表示为M em=C mΨ2i2，与直流电动机的转矩特性相似，若能保持转子磁链Ψ2恒定，则电机的转矩与转子电流i2成正比，控制转子电流就能控制电机的转矩。矢量变换控制就是基于这种想法而提出的。利用坐标变换技术，将三相电流、电压、磁链，变换到以转子磁链定向的M，T坐标系上，M轴与转子磁链方向重合，T轴与M轴相差90度，当定子电流矢量变换到M，T坐标系后，其M轴分量i m就是产生转子磁链的励磁电流分量，而它的T轴分量i t与i2成正比，代表了产生转矩的转矩电流分量，从而实现磁通和转矩的解耦控制，这样可以使交流电机获得和直流电动机一样的高性能调速指标。在磁场定向下，电机电磁转矩为：M em=P(L m/T)i m i t，也即与直流机具有相似的转矩方程。在实现解耦控制情况下，可通过单独控制i m，i t来实现类似直流电机的调速控制，获得与直流调速相媲美的高性能调速特性。 2、SMD-1型主轴驱动单元 主轴是数控机床的重要组成部分，为了确保加工精度，不仅要求有宽广的调速范围，而且要求调速精度高，普通变频变压控制难以达到高精度控制要求，采用矢量控制技术后，主轴调速精度大大提高。 SMD-1型主轴驱动单元就是基于上述异步电机矢量控制原理，并采用速度和电流的双闭环控制满足主轴驱动性能的要求，其控制原理图如图四所示。图中速度给定信号W r*与实际电机速度W r相比较，其误差信号经PI调节器后作为转矩电流给定值i*T；激磁电流给定值i*M按照基频以下恒磁通，基频以上弱磁的调节规律给出，i*M、i*T通过矢量坐标旋转变换及2/3变换后，得到定子电流值给定值i*a、i*b、i*c，将其与实际电流值i a、i b、i c相比较后，获得三相电压的驱动信号。 图四：SMD-1型主轴驱动单元原理图