1 引言
交流變頻調(diào)速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方法,。隨著電力電子技術(shù),、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機調(diào)速,，并經(jīng)歷了采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程,。其中，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用,，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能,，同時它又比矢量控制方法簡便，具有結(jié)構(gòu)簡單,、容易實現(xiàn),、控制精度高等特點，廣泛應用于異步電機的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中,。鑒于以上優(yōu)點,，本文對轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進行了研究分析和仿真。使用MATLAB中的仿真工具箱SIMULINK為基于轉(zhuǎn)差矢量控制的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)建立了仿真模型,并給出了仿真結(jié)果,。
2 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念
矢量控制的思想是以轉(zhuǎn)子磁場為定向,，通過轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)坐標變換實現(xiàn)勵磁和轉(zhuǎn)矩的解耦,，從而可以達到和直流電機一樣的控制效果。轉(zhuǎn)子磁場定向有兩種方法：①通過設置觀測器估計轉(zhuǎn)子磁場空間角,；②通過對轉(zhuǎn)差角頻率和轉(zhuǎn)子角頻率積分得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間位置,。第二種方法即轉(zhuǎn)差矢量控制的依據(jù)。轉(zhuǎn)差矢量控制不必檢測磁通,，簡單易行,，受到人們的普遍重視并得到廣泛應用。
轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不需要進行復雜的磁通檢測和繁瑣的坐標變換,，只要在轉(zhuǎn)子磁鏈大小不變的前提下,，通過檢測定子電流和轉(zhuǎn)子角速度，經(jīng)過數(shù)學模型的運算就可以間接的磁場定向控制,。要提高調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能,，主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率，顯然,，通過控制轉(zhuǎn)差角頻率就能達到控制的目的,。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制就是通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)速的變化率，從而間接控制電機的轉(zhuǎn)速,。
3 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)
轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。該系統(tǒng)為磁鏈開環(huán)、轉(zhuǎn)差型矢量變換控制的交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng),。
在轉(zhuǎn)差頻率控制交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)的基礎上,，把從穩(wěn)態(tài)特性出發(fā)的和函數(shù)關(guān)系換成從動態(tài)數(shù)學模型出發(fā)的矢量變換控制器，就得到轉(zhuǎn)差型矢量變換控制系統(tǒng),。這樣,，轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的大部分不足之處都被克服了，從而大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能,。
這個系統(tǒng)的主要特點如下：
1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號是定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號,，與雙閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流給定信號相當。
2）定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號之間的關(guān)系是靠矢量變換控制方程式的磁通控制方程式建立的,，其中的比例微分環(huán)節(jié) 使 在動態(tài)中獲得強迫勵磁效應,，從而克服實際磁通的滯后。
3）定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號經(jīng)直角坐標/極坐標變換器后產(chǎn)生定子電流幅值給定信號,。
4）定子頻率信號,，這樣就把轉(zhuǎn)差頻率控制的主要優(yōu)點保留下來了。由積分產(chǎn)生決定M軸（轉(zhuǎn)子磁鏈方向）相位角φ的信號 ,。
4 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真和分析
4.1 仿真模型的建立
圖2是轉(zhuǎn)差頻率矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真模型.異步電動機由一個電流控制型PWM變流器供電,驅(qū)動一個機械負載(用慣量J,、摩擦系數(shù)B和負載轉(zhuǎn)矩TL表示).它由異步電動機模塊、異步電動機測量模塊,、變頻器模塊,、速度調(diào)節(jié)器,、電流調(diào)節(jié)器、函數(shù)發(fā)生器,、三相可控振蕩器以及測量模塊等構(gòu)成,。
4.2仿真結(jié)果
電動機的參數(shù)：設置異步電動機的參數(shù):2.238 ,220 ,2極,定子電阻 =0.435 ,定子漏電感 ,互感 ,轉(zhuǎn)子電阻 ,轉(zhuǎn)子漏感 ,轉(zhuǎn)動慣量 ，摩擦系數(shù) ,。
開始仿真,在示波器模塊上分別觀察轉(zhuǎn)矩,、轉(zhuǎn)速、電流調(diào)整器中電流和定子電流,，仿真波形如圖3所示,。可以觀察到,，大約經(jīng)過1.5s,系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài).更改圖2中給重新啟動仿真,能觀察到不同的驅(qū)動響應.
從以上仿真結(jié)果,，可以看出在啟動和加載過程中，電動機的轉(zhuǎn)速,、電流調(diào)整器中的電流,、定子電流和轉(zhuǎn)矩的變化過程。從（b）可以看出隨著頻率的增加轉(zhuǎn)速逐步提高,，在t=1.5s的加載過程,，轉(zhuǎn)速有一定的波動，稍后調(diào)整后穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速,。從（a）中可以看出電動機在零狀態(tài)啟動時，電動機磁場有一個建立的過程,，在建立過程中磁場變化是不規(guī)則的,，這也引起轉(zhuǎn)矩的變化，但最終趨向穩(wěn)定,。又因為異步電機矢量控制沒有直流電機的換向過程,，所以其控制性能完全可以與直流調(diào)速性能相媲美。另外,，通過仿真結(jié)果可以看出轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能,。
5結(jié)論
矢量變換控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，思路清晰,，所能獲得的動態(tài)性能基本上可以達到直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的水平,，得到了普遍的應用。
轉(zhuǎn)差型矢量變換控制系統(tǒng)M,、T坐標的定向是由給定信號確定并靠矢量變換控制方程式保證的,，并沒有在系統(tǒng)運行過程中實際檢測轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，這種情況屬于間接磁場定向,。在動態(tài)過程中,，實際的定子電流幅值及相位與給定之間總會存在偏差,，而且電動機參數(shù)的變化也使實際參數(shù)與矢量變換控制方程中所用的參數(shù)不一致，這些都會磁場定向上的誤差,，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)性能,。這是間接磁場定向的缺點。為了解決這個問題,，在參數(shù)辨識和自適應控制方面做了許多研究工作,，獲得不少研究成果。
從另一方面,，要使矢量變換控制系統(tǒng)具有和直流電動機調(diào)速系統(tǒng)一樣的動態(tài)性能,，轉(zhuǎn)子磁通在動態(tài)過程中是否真正恒定是一個很重要的條件。圖1所示的系統(tǒng)中對磁通的控制實際上市開環(huán)的,，在動態(tài)過程中肯定會存在偏差,。要解決這個問題應該增加磁通反饋和磁通調(diào)節(jié)器，或采用實際轉(zhuǎn)子磁鏈的定向,，即直接磁場定向,。