转差频率控制的交流异步电机矢量控制系统案例研究 摘要：传统教材对于转速闭环转差频率控制的异步电机矢量控制调速系统仅给出了原理介绍，本文在 分析其基本工作原理的基础上，利用MATLAB/Simulink建立了转差频率控制的异步电机矢量控制调速系 统的动态仿真模型，给出了仿真参数，利用仿真结果详细分析了调速系统的起动过程、加载过程，验证了 所建调速系统模型的实用性与可行性，该调速系统仿真模型对于研究和开发异步电机调速系统具有十分重 要的意义 关键词：异步电机：矢量控制：调速系统：仿真模型：Simulink Virtual Experimental Research on Slip Frequency Vector Controlled Asynchronous Motor Abstraet:The principle of slip frequency vector controlled asynchronous motor is introduced merely in traditional materials.Based on the analysis of its basic working principle,the MATLAB/Simulink dynamic simulation model of the asynchronous motor vector control system is established.The simulation parameters are given simultaneously.The starting process and the loading process of the asynchronous motor vector control system are analyzed in detail with the simulation results.The practicality and feasibility of the vector control system are verified by the simulationresult which has important significancefor research and development of asynchronous motor speed control system. Key words:asynchronous motor,vector control:speed control system:simulation model:Simulink 0案例研究思维导图 1案例说明 2转速闭环转差频率控制的交流异 先由动机地制湖速系 31仿真模型 3仿直模型与仿直参数设置 3.2仿真参数 (a)电机转速调节过程波形图 (6)异步电机定子三相电流的仿真电流 矢量控制系统案例研究 (c)异步电机定子A相电流的仿真电流 (d)电磁转矩仿真波形 (©)转差频率给定信号的仿真波形 4仿真结果与分析 ()逆变器的调制频率 (g)异步电机的转矩转速特性仿真波形 5结论 (h)异步电机定子磁链轨迹仿真波形图 参考文献 ()异步电机转子磁链轨迹仿真波形图 G)异步电机转子三相电流仿真波形图
转差频率控制的交流异步电机矢量控制系统案例研究 摘要：传统教材对于转速闭环转差频率控制的异步电机矢量控制调速系统仅给出了原理介绍，本文在 分析其基本工作原理的基础上，利用 MATLAB/Simulink 建立了转差频率控制的异步电机矢量控制调速系 统的动态仿真模型，给出了仿真参数，利用仿真结果详细分析了调速系统的起动过程、加载过程，验证了 所建调速系统模型的实用性与可行性，该调速系统仿真模型对于研究和开发异步电机调速系统具有十分重 要的意义。 关键词：异步电机；矢量控制；调速系统；仿真模型；Simulink Virtual Experimental Research on Slip Frequency Vector Controlled Asynchronous Motor Abstract: The principle of slip frequency vector controlled asynchronous motor is introduced merely in traditional materials. Based on the analysis of its basic working principle, the MATLAB/Simulink dynamic simulation model of the asynchronous motor vector control system is established. The simulation parameters are given simultaneously. The starting process and the loading process of the asynchronous motor vector control system are analyzed in detail with the simulation results. The practicality and feasibility of the vector control system are verified by the simulation results, which has important significance for research and development of asynchronous motor speed control system. Key words: asynchronous motor; vector control; speed control system; simulation model ; Simulink 0 案例研究思维导图 转差频率控制 的交流异步电机 矢量控制系统案例研究 1 案例说明 2 转速闭环转差频率控制的交流异 步电动机矢量控制调速系统 4 仿真结果与分析 3 仿真模型与仿真参数设置 5 结论 参考文献 3.1 仿真模型 3.2 仿真参数 （a）电机转速调节过程波形图 （b）异步电机定子三相电流的仿真电流 （c）异步电机定子A相电流的仿真电流 （d）电磁转矩仿真波形 （e）转差频率给定信号 的仿真波形 （f）逆变器的调制频率 （g）异步电机的转矩-转速特性仿真波形 （h）异步电机定子磁链轨迹仿真波形图 （i）异步电机转子磁链轨迹仿真波形图 （j）异步电机转子三相电流仿真波形图
1案例说明 降阿，使得转速得以平滑调节。 随若现代由力由子技术的讲步与发展，交流调 速系统及其控制策略也随之得到日益 泛的关注 同模式 与研究，依照转速、电流双闭环直流调速系参 ASR 的控制规律构思形成的转速闭环转差频率控制的 交流异步电动机调速系统同样也能获取良好的动、 静态性能。对于交流异步由机来说，矢量控制是 并不是十分复杂 矢量控制通常泛指含有矢量变换 的交流异步电机控制系统阿。 图1矢量控制调速系统原理框图 作者在多年《现代电力传动控制系统》课程的 异步电动机的矢量控制方程？可以描述为： 授课、实验与科研过程中发现：许多学生和研究 T=月2 (1) 品对干直流双闭环控制系都能觞比较好的理解 与掌提，而且也能进行有效的实验验司 但是对于 2) 异步电机的转差频率控制系统却感到比较迷茫， 其是加入矢量控制之后。目前教材上对于该部分内 容的讲解也是仅限于理论知识的介绍，而且对于电 =,p+ (3) 机的申磁转伍来说。影响转矩的因素出拉多，他币 式中， m,为极对数，。为定子电流的转矩分量 常和气隙磁通、功率因数、转子电流等都有关系 为定子电流的励磁分量，”，为电动机的转子磁链 这些电气参数都不是独 变量 ，他们都和转差率有 T为转子电磁时间常数，T=L/R,L.为两相坐 函数关系，同时也很难进行直接的测量与控制，难 标系上同轴定、转子绕组间的互感，R为转子一相 以通过实验的手段进行学习与验证 袋组的申阳信。 本案例拟对现行教材内容进行拓展，分析转速 从交流异步电动机的矢量控制方程式(1)、(2》 闭环转差频率控制的交流异步电动机矢量控制系 和(3)中不难看出，如果保持以，不变，T,会直接 统的组成与原理，借助Simulink至 系统仿真模型 受到1的控制向，而且，转差角频率。，也可由直 通过仿真实验详细分析该矢量控制系统的起动 接求出，w可通时；来求取6，。在转谏闭环转 程与加载过程，旨在让学者诱彻理解转速闭环转差 差频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统 频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统的 中，转速调节器(ASR)采用PI(比例积分)控制 动态调节过程。 模式，PI的输出信号是定子电流转矩分量的给定 值阿，由此可以得出转苏频率的给定值‘。在控制 2转速闭环转差频率控制的交流异步电动机 调节过程中， 矢量控制调速系统 保持磁通为恒定值不变，则心，=0 由式(3)可得 要解决交流异步电动机的转矩控制问题，可以 w.=Li 通过对转苏频率的控制来实现，这也就是转苏频率 依据式(2)可得 控制的基本思想。图1给出了本文研究所采用的 (5) 转速闭环转差频率控制的交流异步电动机矢量 0,=Ti 制调速系统的原理框图。该调速系统的主电路为由 仿真模型中，定子电流的励磁分量由励磁给 直流电源供电的SPWM电压型逆变器，即通用变 定环节给出，在基速（额定转速）以下1为一额 频器一般所采用的电路拓扑结构。异步电机的转速 定值。 控制选择转差频率控制方式问：o=0+。 依照异步电机矢量控制方程式(】)、(2)和(3) 示转差角频率，是转子的角频率， 示异北由 可以得到和；，而本文所设计的转速闭环转差 机的定子角频率，依据该公式，在电机转速的调 频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统采 过程中，交流异步电动机的定子电流频率似和转子 用了直流电源供电的电压型SPWM逆变器，因此 的实际转速自始至终都能进行同步的上升或者下 需将控制策略中的电流控制相应的变换为电压控
1 案例说明 随着现代电力电子技术的进步与发展，交流调 速系统及其控制策略也随之得到日益广泛的关注 与研究 [1-5]，依照转速、电流双闭环直流调速系统 的控制规律构思形成的转速闭环转差频率控制的 交流异步电动机调速系统同样也能获取良好的动、 静态性能。对于交流异步电机来说，矢量控制是一 种比较先进、比较优越的控制策略，其控制结构也 并不是十分复杂，矢量控制通常泛指含有矢量变换 的交流异步电机控制系统 [6]。 作者在多年《现代电力传动控制系统》课程的 授课、实验与科研过程中发现：许多学生和研究人 员对于直流双闭环控制系统都能够比较好的理解 与掌握，而且也能进行有效的实验验证，但是对于 异步电机的转差频率控制系统却感到比较迷茫，尤 其是加入矢量控制之后。目前教材上对于该部分内 容的讲解也是仅限于理论知识的介绍，而且对于电 机的电磁转矩来说，影响转矩的因素比较多，他通 常和气隙磁通、功率因数、转子电流等都有关系[7,8]， 这些电气参数都不是独立变量，他们都和转差率有 函数关系，同时也很难进行直接的测量与控制，难 以通过实验的手段进行学习与验证。 本案例拟对现行教材内容进行拓展，分析转速 闭环转差频率控制的交流异步电动机矢量控制系 统的组成与原理，借助Simulink建立系统仿真模型， 通过仿真实验详细分析该矢量控制系统的起动过 程与加载过程，旨在让学者透彻理解转速闭环转差 频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统的 动态调节过程。 2 转速闭环转差频率控制的交流异步电动机 矢量控制调速系统 要解决交流异步电动机的转矩控制问题，可以 通过对转差频率的控制来实现，这也就是转差频率 控制的基本思想 [4] 。图 1 给出了本文研究所采用的 转速闭环转差频率控制的交流异步电动机矢量控 制调速系统的原理框图。该调速系统的主电路为由 直流电源供电的 SPWM 电压型逆变器，即通用变 频器一般所采用的电路拓扑结构。异步电机的转速 控制选择转差频率控制方式 [6]：ω ωω 1 = + s ，ωs 表 示转差角频率，ω 是转子的角频率，ω1表示异步电 机的定子角频率，依据该公式，在电机转速的调节 过程中，交流异步电动机的定子电流频率ω1和转子 的实际转速自始至终都能进行同步的上升或者下 降 [6]，使得转速得以平滑调节。 逆变器 M PS ASR + - SPWM Vdc 3~ * ω ω 1 1 t r m i T i 励磁模式 * m1 i * t1 i 电压电流 模式转换 2r/3s 1 s * ωs * ω1 ω * m1 u * t1 u + + * θ 图 1 矢量控制调速系统原理框图 异步电动机的矢量控制方程 [9,10]可以描述为： m e p st r r L Tn i L = ψ (1) m st s p r r L i n T ω ψ = (2) 1 m r p sm r L n i T p ψ = + (3) 式中， p n 为极对数，st i 为定子电流的转矩分量，smi 为定子电流的励磁分量， ψ r 为电动机的转子磁链， Tr 为转子电磁时间常数，T LR r mr = ，Lm 为两相坐 标系上同轴定、转子绕组间的互感，Rr 为转子一相 绕组的电阻值。 从交流异步电动机的矢量控制方程式（1）、（2） 和（3）中不难看出，如果保持ψ r 不变，Te 会直接 受到 st i 的控制 [6]，而且，转差角频率ωs 也可由 st i 直 接求出，ψ r 可通过 smi 来求取 [6,11,12]。在转速闭环转 差频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统 中，转速调节器（ASR）采用 PI（比例积分）控制 模式，PI 的输出信号是定子电流转矩分量的给定 值 [6]，由此可以得出转差频率的给定值 * ωs 。在控制 调节过程中，保持磁通为恒定值不变，则 0 r pψ = ， 由式（3）可得 ψ r m sm = L i (4) 依据式（2）可得 st s r sm i T i ω = (5) 仿真模型中，定子电流的励磁分量 smi 由励磁给 定环节 * smi 给出，在基速（额定转速）以下 smi 为一额 定值。 依照异步电机矢量控制方程式（1）、（2）和（3）， 可以得到 st i 和 smi [6]，而本文所设计的转速闭环转差 频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统采 用了直流电源供电的电压型 SPWM 逆变器，因此 需将控制策略中的电流控制相应的变换为电压控
制模式，二者之间的变换关系可用式(6)来描述 由放大哭G1、放大器G2和带明限幅的积分器细成 (u R,i-0GLi 电流到电压控制模型的转换由两个函数模块U。和 +(R,+GLp)i, (6 U,'依据公式(6)来实现。函数功能运算模块W”按 照式(5)来计算出。，然后和o求和，得到a,经 0=1- (7) 积分可得转角9，并计算其sin、cos值。仿真系统 LL 、dq0/abc可以完成两相旋转坐标系到 式中，M,、4为定子电压的转矩分量和励磁分量， 中sim、co 相静止坐标系的坐标变换(2r3s),dq0/abc模块输 。表示漏磁系数。 。、“通过两相旋转坐标系到三相静止坐标 出端输出的就是WM发生器的三相脉宽旧制信号 中干三相脉密调制信号幅情小干1，所以在比输出 系的坐标变换(23s),就可以得到逆变器的三相 是接入了一 个衰减模块 G4. 在仿真期间， 可以先 电压调制信号即SPWM调制信号，进而就可以控 制逆变器输出异步电机所需的工作电压。 将此处断开，让矢量控制调速系统工作在开环状态 把PWM发生器调整为内部模式，然后进行仿克， 3仿真棋型与仿真参数设置 依据da0/abc的输出和三相脉宽调制信号幅值小于 1的要求，求解出G4的衰减系数。为了更直接 3.1仿真模型 利用MATLAB/Simulink所构建的调速系统仿 的观察系统的动态调节过程，在矢量控制调速系织 真模型如图2所示。该矢量控制调速系统由SPWM 的仿真模型中用阶跃信号环节”设定转速的给定 脉冲信号发生器模块问、2/3s坐标变换模块、函数 值，这样可以观测调速系统在不同给定速度值时的 动态运行情况。 功能运算模块、PI调节器(ASR)模块、定子电济 励磁分量给定乙模块、和转速给定m模块等几个部 分组成，其中ASR为带限幅作用的转速PI调节器， 道 @但☐9日 h回 图2转差频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统仿真模型 3.2仿真参数 L.=0.069mH,J=0.19kgm2,转子绕组的自感值 对于如图2所示的转速闭环转差频率控制的交 1,=L.+,=(0.069+0.002)=0.071mH,定子绕组 流异步电动机矢量控制调速系统的仿真模型，采用 的自感L=L.+L=(0.069+0.002)=0.071mH,逆 的电动机参数为：380V,50Hz,2对极，R=0.435Q, 变器直流电源510V.放大器G1的放大倍数为35， .=0.002mH,R=0.816Q,=0.002mH, 放大器G2的放大倍数为0.15，放大器G3的放大
制模式，二者之间的变换关系可用式（6）来描述 ( ) 1 1 sm s sm s st st s sm s s st u Ri Li u Li R L p i ω s ω s = − = ++ (6) 1 m s r L L L s = − (7) 式中， st u 、 sm u 为定子电压的转矩分量和励磁分量， σ 表示漏磁系数。 st u 、 sm u 通过两相旋转坐标系到三相静止坐标 系的坐标变换（2r/3s），就可以得到逆变器的三相 电压调制信号即 SPWM 调制信号，进而就可以控 制逆变器输出异步电机所需的工作电压。 3 仿真模型与仿真参数设置 3.1 仿真模型 利用 MATLAB/Simulink 所构建的调速系统仿 真模型如图 2 所示。该矢量控制调速系统由 SPWM 脉冲信号发生器模块 [6]、2r/3s 坐标变换模块、函数 功能运算模块、PI 调节器（ASR）模块、定子电流 励磁分量给定 * mi 模块、和转速给定 * n 模块等几个部 分组成。其中ASR为带限幅作用的转速PI调节器， 由放大器 G1、放大器 G2 和带限幅的积分器组成。 电流到电压控制模型的转换由两个函数模块 * Um 和 * Ut 依据公式（6）来实现。函数功能运算模块 * Ws 按 照式（5）来计算出ωs 然后和ω 求和，得到ω1，经 积分可得转角θ ，并计算其 sin、cos 值。仿真系统 中 sin、cos、dq0/abc 可以完成两相旋转坐标系到三 相静止坐标系的坐标变换（2r/3s），dq0/abc 模块输 出端输出的就是 PWM 发生器的三相脉宽调制信号， 由于三相脉宽调制信号幅值小于 1，所以在其输出 端接入了一个衰减模块 G4。在仿真期间，可以先 将此处断开，让矢量控制调速系统工作在开环状态， 把 PWM 发生器调整为内部模式，然后进行仿真， 依据 dq0/abc 的输出和三相脉宽调制信号幅值小于 1 的要求，求解出 G4 的衰减系数 [8,9]。为了更直接 的观察系统的动态调节过程，在矢量控制调速系统 的仿真模型中用阶跃信号环节 * n 设定转速的给定 值，这样可以观测调速系统在不同给定速度值时的 动态运行情况。 图 2 转差频率控制的交流异步电动机矢量控制调速系统仿真模型 3.2 仿真参数 对于如图 2 所示的转速闭环转差频率控制的交 流异步电动机矢量控制调速系统的仿真模型，采用 的电动机参数为：380V，50Hz，2 对极， 0.435 Rs = Ω ， 1 L m s = 0.002 H ， 0.816 Rr = Ω ， 1 L m r = 0.002 H ， L m m = 0.069 H， 2 J = ⋅ 0.19kg m ，转子绕组的自感值 LLL rmr =+= + = 1 (0.069 0.002 0.071 H ) m ，定子绕组 的自感 LLL sm s =+= + = 1 (0.069 0.002 0.071 H ) m ，逆 变器直流电源 510V。放大器 G1 的放大倍数为 35， 放大器 G2 的放大倍数为 0.15，放大器 G3 的放大
倍数为00076，放大器G4的放大倍数为2（即极 对数)，放大器G5的放大倍数为30pi(表单位 算)、放大器G6的放大倍数为pi/30。 4仿真结果与分析 仿点时，异步申机矢量控制调速系统空费起动 给定转速设为1400rmin,运行到0，.4s时利用阶 信号突加负载T,=60N·m,0.6s时给定转速n突降 为1000rmin。由于该系统比较庞大与复杂，经多次 (©)异步电机定子A相电流的仿真电 仿点试哈，洗择值法0d45、步长取为10-时效果 最好。异步电机矢量控制调速系统的仿真波形如图 3所示。 转速调节波形如图3(a)所示，从图中可以看 出电动机的起动、稳速与加找讨程，转速从零开始 逐渐上升到1400rmin并保持稳定，加载后下降到 1000rmin并稳速运行.为了更加清晰的看清楚调 过程，在图(a)中同时给出了转速在0.32s时的封 (d)电磁转矩仿真波形 速调节过程和0.4s时加载过程的局部放大图，图3 (b)、(c)和(d)分别为三相定子电流仿真波形 0.4s加载后电磁转矩和电枢电流都增加 ,电机 A相定子电流仿真波形和电机电磁转矩的仿真波形。 在减速群间稍有波动，转矩和电流也随之都有相应 由这三个图可以看出，在起动阶段电流和转矩都比 的波动，在经过略微调整后转速稳定在1400rmin 较大，电机以给定的最大电流起动，转速上升，032s 不变。图3（©入、(D是函数功能模块输出信号的 时转速稍有超调后稳定在1400min,转矩和电流 仿真波形。图3（©）是仿真得到的转差频率给定信 都基本下降为0，起动过程结束 号。：，由于转速调节器的输出限幅作用，在起动阶 段转差频率给定信号。保持不变，起动过程结束、 机转速稳定在1400min时， 基本上变为0. 在系统加载后维持在一定数值上，这个转差提高 调制波频率@，如图3()所示，补偿了由于电材 加载而引起的转速降落，从而可以使电机转速稳定 在1400rmin。图3(g)是异步电机的机械特性（转 矩转速)仿真波形图，转速给定为 400r/min时的 机械特性为ABC2,给定转速为1000rmin时机械 (a)电机转速调节过程波形图 特性为AB1C1,为描述方便，特性分为2大段，简 称为AB段、BC段，机械特性AB段是近乎垂直段， 说明异步电机在起动阶段能够保持良好的恒转矩 起动特性，利用转差频率矢量控制策略，可以让旯 步电机以最大转矩起动并保持恒定。而且，如果调 整转速调节器(ASR)的饱和输出限幅值，可以 改变最大转矩值的大小：机械特性BC段是水平段 说明异步电机工作在这一区段时转速可以不受 载大小的影响，能够保证无静差调节。图3(h)和 ()分别为异步电机定子磁场和转子磁场的运行轨 (b)异步电机定子三相电流的仿真电流 迹仿真波形图，异步电机在零初始状态起动时，电
倍数为 0.0076，放大器 G4 的放大倍数为 2（即极 对数），放大器 G5 的放大倍数为 30/pi（表单位换 算）、放大器 G6 的放大倍数为 pi/30。 4 仿真结果与分析 仿真时，异步电机矢量控制调速系统空载起动， 给定转速设为 1400r/min，运行到 0.4s 时利用阶跃 信号突加负载TL = ⋅ 60N m ，0.6s 时给定转速 * n 突降 为 1000r/min。由于该系统比较庞大与复杂，经多次 仿真试验，选择算法 ode45、步长取为 5 10− 时效果 最好。异步电机矢量控制调速系统的仿真波形如图 3 所示。 转速调节波形如图 3（a）所示，从图中可以看 出电动机的起动、稳速与加载过程，转速从零开始 逐渐上升到 1400 r/min 并保持稳定，加载后下降到 1000r/min 并稳速运行。为了更加清晰的看清楚调节 过程，在图（a）中同时给出了转速在 0.32s 时的转 速调节过程和 0.4s 时加载过程的局部放大图，图 3 （b）、（c）和（d）分别为三相定子电流仿真波形、 A 相定子电流仿真波形和电机电磁转矩的仿真波形。 由这三个图可以看出，在起动阶段电流和转矩都比 较大，电机以给定的最大电流起动，转速上升，0.32s 时转速稍有超调后稳定在 1400 r/min，转矩和电流 都基本下降为 0，起动过程结束。 （a）电机转速调节过程波形图 （b）异步电机定子三相电流的仿真电流 （c）异步电机定子 A 相电流的仿真电流 （d）电磁转矩仿真波形 0.4s 加载后电磁转矩和电枢电流都增加，电机 在减速瞬间稍有波动，转矩和电流也随之都有相应 的波动，在经过略微调整后转速稳定在 1400 r/min 不变。图 3（e）、（f）是函数功能模块输出信号的 仿真波形。图 3（e）是仿真得到的转差频率给定信 号 * ωs ，由于转速调节器的输出限幅作用，在起动阶 段转差频率给定信号 * ωs 保持不变，起动过程结束、 电机转速稳定在 1400 r/min 时， * ωs 基本上变为 0， 在系统加载后维持在一定数值上，这个转差提高了 调制波频率ω1，如图 3（f）所示，补偿了由于电机 加载而引起的转速降落，从而可以使电机转速稳定 在 1400 r/min。图 3（g）是异步电机的机械特性（转 矩-转速）仿真波形图，转速给定为 1400r/min 时的 机械特性为 AB2C2，给定转速为 1000 r/min 时机械 特性为 AB1C1，为描述方便，特性分为 2 大段，简 称为AB段、BC段。机械特性AB段是近乎垂直段， 说明异步电机在起动阶段能够保持良好的恒转矩 起动特性，利用转差频率矢量控制策略，可以让异 步电机以最大转矩起动并保持恒定。而且，如果调 整转速调节器（ASR）的饱和输出限幅值 * t i ，可以 改变最大转矩值的大小；机械特性 BC 段是水平段， 说明异步电机工作在这一区段时转速可以不受负 载大小的影响，能够保证无静差调节。图 3（h）和 （i）分别为异步电机定子磁场和转子磁场的运行轨 迹仿真波形图，异步电机在零初始状态起动时，电
机右一个场的建立时程，在这个程中磁场的4 化是不规则的，由此也导致了电磁转矩较大幅度 变化，由于系统比较复杂，仿真时间稍长，仿真过 程中可以实时观测电机磁场轨迹，0.2s以前磁场轨 迹不太规则，02s以后，申机磁场的轨协慢慢的变 得比较规则，趋于呈现圆形轨迹状态。如果调整。 的大小，电机磁场所呈现的圆形轨迹半径也会因之 而发生变化。图3()给出了异步电机三相转子电 流的仿真波形图。 ()异步电机转子磁链轨迹仿真波形图 ()转差率给定信号的仿真波形 ()异步电机转子三相电流仿真波形图 图3异步电机转差類米矢量控制调速系统仿真波形图 5结论 本文通过对转速闭环转差频率控制的异步电 (f)逆变器的调制频率a(rads 机矢量控制调速系统的建模与仿真 验证了交流 步电机在矢量变换基础上建立的双闭环控制模型 的正确性，由上述仿真波形可以看出，在不同的给 定输入下，矢量控制调速系统会有不同的向应。仿 真结果表明：所建立调速系统仿真模型的动态响应 与实际调速系统的运动过程基本上是相吻合的 为了能够比较清晰的看到由于PWM调制引起 的异步电机磁链的脉动仿真波形，参数设置时米 PWM调制频率取得比较低，如果将其开关频率提 (g)异步电机的转矩-转速特性仿真波 高，那么电机圆形旋转磁场的脉动也将会大大减小 另外，为了减少仿真时间，仿真过程中减小了异步 电机的转动惯量 但是过小的转动惯量易使调速豸 统发生振荡，研究者可以通过调节参数观察他对调 速系统的影响程度。综合对调速系统的仿真结果分 析可知：采用转速闭环转差频率控制的交流异步电 动机矢量控制调速系统有好的转钜转谏禁性 曲线 ,加载过程能够实现电机转速的平稳控制， 制性能良好。采用MATLAB/Simulink进行调速系 统的仿真，不需要进行编程，非常灵活、直观，对 (h)异步电机定子磁链轨迹仿真波形图 于研究和开发调速系统具有十分重要的意义
机有一个磁场的建立过程，在这个过程中磁场的变 化是不规则的，由此也导致了电磁转矩较大幅度的 变化，由于系统比较复杂，仿真时间稍长，仿真过 程中可以实时观测电机磁场轨迹，0.2s 以前磁场轨 迹不太规则，0.2s 以后，电机磁场的轨迹慢慢的变 得比较规则，趋于呈现圆形轨迹状态。如果调整 * mi 的大小，电机磁场所呈现的圆形轨迹半径也会因之 而发生变化。图 3（j）给出了异步电机三相转子电 流的仿真波形图。 （e）转差频率给定信号 * ωs 的仿真波形 （f）逆变器的调制频率ω1 （rad/s） （g）异步电机的转矩-转速特性仿真波形 （h）异步电机定子磁链轨迹仿真波形图 （i）异步电机转子磁链轨迹仿真波形图 （j）异步电机转子三相电流仿真波形图 图 3 异步电机转差频率矢量控制调速系统仿真波形图 5 结论 本文通过对转速闭环转差频率控制的异步电 机矢量控制调速系统的建模与仿真，验证了交流异 步电机在矢量变换基础上建立的双闭环控制模型 的正确性，由上述仿真波形可以看出，在不同的给 定输入下，矢量控制调速系统会有不同的响应。仿 真结果表明：所建立调速系统仿真模型的动态响应 与实际调速系统的运动过程基本上是相吻合的。 为了能够比较清晰的看到由于 PWM 调制引起 的异步电机磁链的脉动仿真波形，参数设置时将 PWM 调制频率取得比较低，如果将其开关频率提 高，那么电机圆形旋转磁场的脉动也将会大大减小。 另外，为了减少仿真时间，仿真过程中减小了异步 电机的转动惯量，但是过小的转动惯量易使调速系 统发生振荡，研究者可以通过调节参数观察他对调 速系统的影响程度。综合对调速系统的仿真结果分 析可知：采用转速闭环转差频率控制的交流异步电 动机矢量控制调速系统具有良好的转矩-转速特性 曲线，加载过程能够实现电机转速的平稳控制，控 制性能良好。采用 MATLAB/Simulink 进行调速系 统的仿真，不需要进行编程，非常灵活、直观，对 于研究和开发调速系统具有十分重要的意义
参考文献 研究.洛阳理工学院学报（自然科学版），2011,21(3) I山.魏伟.基于SIMULINK异步电机矢量控制伤真实验研 88-90. 究几.实验技术与管理.2009.261171-73.77. [⑧洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模与仿真M [以.孙铁成，鞠雪强王钰，等.基于复合控制的变频调速 北京，机械T业出版社2012 系统实验平台实验技术与管理，2014,314④ 9顺春雷，陈中，电力拖动直流调速系统与MAAB仿 【31.陈伯时.电力拖动自动控制系一一运动控制系统（第3 真M.北京：清华大学出版社，2011. 版M1北京：机域工业出版社2010 [IO1.沈艳度，赵芝璞，纪志成.Matlaby/Simulink在运动控 .贺清.游梁式抽油机节能控制器的设计与实现D.上 制系统教学中的应用贵州大学学报（自然科学版） 海：上海交通大学，2007 2005.11(4y435-438. 【),顾学雍.联结理论与实践的CDIO一清华大学创新性 Il小，林琳，陈刚.异步电动机矢量模型的Matlab软件仿真 工程教育的探索.高等工程教育研究，2009() 及其应用U.微特电机20081上31-34. 1-23. [l2引.邵杰.基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿 [O.李俊彪.基于DSP控制的PWM变频调速系统的研究 D1内蒙古：内蒙古科技大学，2009 真U.自动化技术与应用，2009,283173-76. 【卢秉娟.运动控制系统课程教学实出工程实际应用性
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