异步电机的电流测量和磁链估计 .doc

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1、 异步电机的电流测量和磁链估计摘要在如今倡导节能的社会中，作为消耗电能的基本装备，异步电机的控制显得尤为重要。因此，随着电力电子器件和高性能处理器的应用，异步电机的数字控制得到快速发展。异步电机的模型比直流电机远为复杂，本文通过对异步电机数学模型的分析以及对动态电磁关系和坐标变换概念的介绍，指出了异步电机是一个多变量，强耦合的非线性时变参数系统。以及如何通过矢量分析达到解耦控制的目的。在异步电机的控制系统中，需要对电机的转子磁链进行估计，为控制器提供确切的信息。因此，将介绍如何通过对定子电流的测量，从而确定对转子磁链的估计。 本论文以DSP为控制核心，完成电流量的A/D转换，并编写程序实现转子

2、磁链的正确估计。关键词：异步电机；矢量控制；电流测量；磁链估计Asynchronous Motor Current Measurement and Flux EstimatesAbstract In todays society where energy saving is largely advocated, the control of asynchronous motor as a basic set of electricity-consuming equipment is of upmost importance. Therefore, with the application of

3、 electronic devices and high-performance processor, the digital control of asynchronous motor has seen rapid development.The model of asynchronous motor is much more complex than that of DC motor. Through the analysis on the mathematical model of asynchronous motor as well as the introduction to the

4、 dynamic electromagnetic relation and the coordinate transformation concept, this thesis points out that asynchronous motor is a nonlinear time-varying parameter system of multivariate and close-coupling, and also tells how to achieve decoupling control via vector analysis.In the asynchronous motor

5、controlling system, rotor flux estimation on the motor is needed to provide precise information for the controller. Therefore, stator current measurement will be first illuminated so as to confirm rotor flux estimation. Taking DSP control as its core, this paper is to complete the current A/D conver

6、sion and compile programs to realize precise rotor flux estimation.Keyword: Asynchronous motor; Vector Control; Current measurement; Flux estimates;目录第1章 绪论11.1交流电机控制系统11.1.1交流电机控制系统的发展和现状11.1.2交流电机控制的类型11.1.3交流电机调速控制系统的发展趋势21.2研究的目的与意义31.3 论文研究内容4第2章 异步电机的矢量控制52.1矢量控制的基本思想52.2坐标变换62.2.1 Clarke变换62.

7、2.2 Park变换82.2.3矢量控制数学模型9第3章 电流测量和磁链估计123.1 TMS320LF2407试验开发系统介绍123.2电流采样123.3工作原理133.4数据处理163.5转子磁链位置计算模块163.6 转子磁通定向矢量控制基本框图19第4章 矢量控制系统的Simulink仿真及结果204.1 MATLAB/Simulink仿真平台简介204.2 异步电机矢量控制的建模与仿真214.2.1 Clarke变换模块214.2.2 Park变换模块224.2.3 Park逆变换模块234.2.4 采样信号处理的仿真234.2.5 转子磁链观测模块254.2.6 异步电机模块26结

8、论30参考文献：3130第1章 绪论1.1交流电机控制系统1.1.1交流电机控制系统的发展和现状在20世纪60年代前，电力工业的发展大致形成这样的格局，即绝大部分的电能由同步电机发出，60%70%的电能通过各种电机加以利用。在电机用电中，交流电机占80%左右，其中绝大部分为异步电机直接拖动。在其余20%需要变速运行的高性能传动系统中，直流电机由于控制简单、调速平滑、性能良好，一直占据主导地位。20世纪70年代初，席卷全球工业发达国家的石油危机迫使他们投入大量人力，财力研究节能措施。在工业化国家，经济性交流电机调速装置已大量地使用在风机，泵类等负载中，成为重要的节能手段。同时，随着电力电子技术和

9、微电子技术的迅速发展，交流电机控制系统发的性能得到很大改善。为进一步提高交流电机控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开：(1)采用新型电力电子器件和脉宽调制(PWM)控制技术(2)应用矢量控制技术和现代控制理论(3)广泛应用计算机技术(4)开发新型电机和无机械传感器技术 现在，人们对于交流电机的结构原理、制造技术和运行性能的了解已经相当深刻了。交流电机的调速和控制技术在与计算机、微电子学及电力电子技术结合后，突飞猛进地发展，过去不易测量或控制的电磁过程，现在经过在线测量，计算分析和控制，可以实现多种要求、多种原理和技术方案的调节控制。1.1.2交流电机控制的类型(1)矢量控制系统

10、矢量控制也叫磁场定向控制，20世纪70年代初提出了两项突破性的研究成果：德国西门子公司的F.Blaschke等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”和美国P.C.Custman与A.A.Clark申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”，奠定了矢量控制的基础。这种原理的基本出发点是，考虑到异步电机是一个多变量、强耦合、非线性的时变参数系统，很难直接通过外加信号准确控制电磁转矩，但若以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电机模型就可等效为一台直流电机，

11、从而可像直流电机那样进行快速的转矩和磁通控制。(2)直接和间接转矩控制系统 直接转矩控制法是直接在定子坐标系上计算磁通的模和转矩的大小，并通过磁通和转矩的直接跟踪，来实现PWM控制和系统的高动态性能。它不需要将交流电机和直流电机作比较、等效和转化；既不需要模仿直流电机的控制，也不需要为解耦而简化交流电机的数学模型。它省掉了矢量旋转变换等复杂的变换和计算。直接转矩控制磁通估算所用的是定子磁链，只要知道定子电阻就可以把它观测出来。1.1.3交流电机调速控制系统的发展趋势(1) 无速度传感器交流电机矢量控制系统一般来说，在高性能的异步电机矢量控制系统中，转速的闭环控制环节是不可少的。一般都采用光电码

12、盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。但安装速度传感器，会使系统的成本增加，电机轴上的体积增大，在高温、高湿的恶劣环境下无法工作。因此，近年来，国内外学者提出了许多方法： 动态速度估计器基于动态关系的电机派克方程，从电机电磁关系式及转速的定义中得到关于转差或转速关系的表达式。 模型参考自适应方法将不含未知参数的方程作为参考模型，而将含有待估计参数的方程作为可调模型，两个模型具有相同物理意义的输出量，利用两个模型输出量的误差构成合适的自适应律来实时调节可调模型的参数，以达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的。 基于PI调节器法这种方法适用于转子磁场定向的矢量控制系统，其基本思想是利用某些量

13、的误差项，使其通过PI自适应控制器而得到转速信息。 自适应转速观测器一种闭环观测器，在一定程度上增强抗参数变化和噪声干扰的鲁棒性。 转子齿谐波法基于齿谐波信号中与转速相关的频率成分来提取转速的思想。 高频注入法通过在电机接线端上注入一个三相平衡的高频电压信号，利用人为造成的或内部寄生的不对称性，使电机产生一个可检测的磁凸极，通过对该磁凸极位置的检测来获取转速信息。 基于人工神经元网络的方法先规定网络结构，再通过学习系统的输入和输出，使满足性能指标要求，进而归纳出隐含在系统输入/输出中的关系。(2)交流调速控制系统将趋向于专用化，小型化主控元件，如单片机，DSP，变频器，逆变器，IGBT等都将在

14、节能，稳定性方面有所提高，各种控制系统都将产生专用化产品，如用于起重机负载，纺织，机车牵引，机械主轴传动等。同时，有些产品也将实现功能集成方向发展。1.2研究的目的与意义(1)性能要求不高的节能调速在过去，像风机，水泵这一类交流装置，其速度一般是没有通过调节的，而是通过挡板、阀门这类装置来调节风量和供水的水量，这样，大量的电能就浪费掉了。像这种场合，只需要经过简单的电机调速，就可以节省大量的电能。特别是在如今倡导节能的环保型社会中，研究其控制具有很现实的意义。(2)高性能的交流调速系统由于交流电机比直流电机结构简单，成本低廉，工作可靠，维护方便。因此，许多传统的直流传动系统改为交流传动系统，但

15、是交流电机的电磁转矩的调节难以像直流电机那样，通过励磁电流就可以灵活控制。经过不断研究，终于在上世纪70年代初提出了矢量控制技术，即通过坐标变换，实现磁通和转矩的解耦，从而在理论上可以实现像直流电机那样的精确控制。特别是在提出的各种控制控制理论，使得交流电机的精确控制成为了可能。1.3 论文研究内容本论文第二章将介绍异步电机矢量控制的基本原理，即通过坐标变换，数学模型的推导，来说明异步电机矢量控制是如何实现磁链和转矩的解耦。第三章介绍电流测量和磁链估计的原理。电流测量的采样部分利用了DSP的A/D模块，采样完数据后，实现数据的处理。矢量控制最重要的环节就是转子磁链位置的计算，第六节介绍了转子磁

16、链位置的计算过程。第四章在第三章的基础上用Simulink对异步电机数学模型进行仿真，来估计磁链。第2章 异步电机的矢量控制2.1矢量控制的基本思想异步电机调速的目的在于转矩的控制。但是异步电机本身的数学模型是一个高阶、多变量、强耦合、非线性的时变参数模型，从而决定了其控制的复杂性。1971年，德国西门子公司的Blaschke等人提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，美国P.C.Cusmtna和A.A.Clark的“感应电机定子电压的坐标变换”理论，从理论上解决了交流电机模拟直流电机，实现高性能转矩控制的问题。异步电机磁场定向控制是把定子电流作为具有垂直分量的空间矢量来处理的，因此又称为矢量控

17、制。矢量控制的基本思想就是以转子磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量和转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制。这样，通过坐标变换重建的电机模型就可等效为一台直流电机，从而可以像直流电机那样进行快速的转矩和磁通控制。矢量控制的基本框架图如下：图2.1 矢量控制原理图（图中、分别代表励磁电流分量和转矩电流分量）2.2坐标变换2.2.1 Clarke变换Clarke变换指的是静止的三相坐标系变换为静止的二相坐标系（3S/2S变换），图2.1 3S/2S变换图图2.1中的A,B,C坐标轴分别代表电机参量分解的三相坐标系。而则表示

18、电机参量分解的静止两相坐标系。每一个坐标轴上的磁动势分量，由此坐标轴上的电流与电机在此轴上的匝数N的乘积来表示。设定A轴和轴重合，三相坐标系上电机每相绕组有效匝数为，两相坐标系上电机绕组每相绕组有效匝数为，在三相定子绕组中，通入正弦电流，要保证变换前后的磁动势和总功率不变。因此，两相绕组的磁动势与三相绕组在坐标系的磁动势投影应相等，因此有： （2-1） （2-2）为了保持坐标系变换前后的总功率，即应该保持变换前后有效绕组在气隙中的磁通相等。即： （2-3）设三相绕组磁通公式： （2-4）两相绕组磁通公式： （2-5）上面两式K为一固定比例参数，通过增如一个零分量，我们可以写成矩阵形式为： （2

19、-6）将上两式写成矩阵形式并对其规格得到下面方程： （2-7）从上式解得： （2-8）因此，可以得到下面的矩阵形式： （2-9）当电机使用星型接法时，有等式： （2-10）则上面的变换矩阵可以写成下面的形式： （2-11）2.2.2 Park变换Park变换是指两相静止坐标系到两相旋转坐标系之间的变换（2S/2R变换），把两相静止坐标系和两相旋转坐标系两个坐标系画在一起如图2.2所示：图2.2 2S/2R变换图下面通过相电流的等效变换，来说明旋转变换原理。正如所知，交变电流产生旋转磁场，设旋转磁场的同步旋转角速度为，只须坐标系的旋转角速度也为，则旋转坐标系的两个直流电流相当于静止坐标系的两相交

20、变电流，它们都产生已同步转速旋转的合成磁动势。轴和轴的夹角是一个变量，随负载、转速而变，在不同的时刻有不同的值，Park变换的矩阵形式为： （2-12） 其中 （2-13） 则 （2-14）2.2.3矢量控制数学模型德国西门子公司的F.Blaschke等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”和美国P.C.Custman与A.A.Clark申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”，奠定了矢量控制的基础。为了分析方便，一般对三相异步电机做如下理想化的假定：（1） 电机定转子三相绕组完全对称；（2） 定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布；（3） 磁饱和、涡流及铁心损耗忽

21、略不计。三相坐标系的交流电流通过Clarke变换，等效成为两相静止坐标系下的交流电流，再通过以转子磁场定向的旋转坐标变换，等效成为同步旋转坐标系下的直流电流。从而，交流电机的转子磁通转化为直流电机的磁通，d绕组相当于直流电机的励磁绕组，分别相当于励磁电流和电枢电流。派克方程(电压)可表示为： （2-15）式中为定子电压在上的分量，为定子电阻和转子电阻，为定子磁链在轴上的分量，为转子磁链在轴上的分量，为同步角速度和转差角速度，为微分算子。磁链方程： （2-16） 分别为互感，定子电感，转子电感。转矩方程： （2-17）将式（2-16）代入式（2-15），得： （2-18）由式（2-16）得： （

22、2-19） （2-20）将式（2-19）和式（2-20）代入式（2-18）得：整理得： （2-21） 其中磁漏系数同理： （2-22） （2-23） （2-24）式中为转子时间常数， （2-25）式（2-21）式（2-25）为转子磁通定向矢量控制方程式。由式（2-23）可以看出，只需检测电子电流的轴分量即可观测转子磁通幅值。由（2-25）可知，当恒定时，电磁转矩与电流的轴分量或转差成正比，没有最大值限制，通过控制电子电流的轴分量即可控制电磁转矩。因此，也称定子电流的轴分量为励磁分量，定子电流的轴分量为转矩分量。矢量控制技术最初就是基于这一原理实现磁通和转矩的解耦控制的。第3章 电流测量和磁链估

23、计3.1 TMS320LF2407试验开发系统介绍3.1.1结构介绍TMS320LF2407试验开发系统由具有JTAG接口的仿真器和试验目标板构成，仿真器所配置的软件CC可以开发CC2000系列的TI DSP 芯片，标准配置支持TMS320C2XX系列。试验目标配置如下：l TMS320LF2407芯片1片l CAN接口电路l 64K16位SRAMl 按键4个，发光二极管8个l LCD显示模块l CPU的手动复位电路l 2M采样转换频率的6路交流信号采样，10路直流信号采样l 6路PWM输出，3路CAP输入；l SPI接口的数模转换D/A输出模块；l 接口的EEPROM模块，日历时钟模块3.1

24、.2主要功能及结构特点该套试验开发系统具有教学试验和产品开发两种功能。开发功能强大，特别适合于电力系统中对电机的控制及对电力装置的检测，用户可根据实际要求开发相应的产品装置，软件可以采用C言源代码和汇编语言源代码调试，可以观察CPU等的工作状态。教学实验板提供丰富的DSP外围电路，硬件采用模块化设计，各模块之间可灵活组合，操作方便、直观。3.2电流采样3.2.1 模数转换模块（ADC）概述TMS320LF2407的模数转换模块（ADC）具有以下特性：l 带内置采样/保持（S/H）的10位模数转换模块（ADC）l 多达16个模拟输入通道（ADCIN0ADCIN15）l 自动排序的能力。一次可执行

25、最多16个通道的“自动转换”，而每次要转换的通道都可通过编程来选择l 两个独立的最多可选择8个模拟转换通道的排序器（SEQ1 和SEQ2）可以独立工作在双排序器模式，或者级连之后工作在一个最多可选择16个模拟转换通道的排序器模式。l 在给定的排序方式下，4个排序控制器（CHSELSEQn）决定了模拟通道转换的顺序l 可单独访问的16个结果寄存器（RESULT0 RESULT15）用来存储转换结果l 多个触发源可以启动AD转换： 软件：软件立即启动（用SOC SEQn位） EVA：事件管理器A（在EVA中有多个事件源可以启动AD转换） EVB：事件管理器B（在EVB中有多个事件源可以启动AD转换

26、） 外部：ADCSOC引脚l 灵活的中断控制允许在每一个或每隔一个序列的结束时产生中断请求l 排序器可工作在启动/停止模式，允许多个按时间排序的触发源同步转换l EVA和EVB可各自独立地出发SEQ1和SEQ2（仅用于双排序模式）l 采样/保持获取时间窗口有单独的预定性控制。l 内置校验模式l 内置自测试模式3.3工作原理模数转换模块ADC的排序器包括两个独立的最多可选择8个模拟转换通道的排序器（SEQ1和SEQ2），这两个排序器可被级连成一个最多可选择16个转换模拟通道的排序器（SEQ）。图3-1为ADC模块工作在最多可选择16个自动转换模拟通道的排序器（SEQ）模式下的结构框图。图3-1

27、级连工作方式下自动排序ADC的结构框图在级连模式下，每次转换结果被保存在16个结果寄存器（RESULT0RESULT15）,在排序中的转换个数受MAX CONVn（MAXCONV寄存器中的一个3位或4为段域）控制，该值在自动排序的转换开始时被装载到自动排序状态寄存器（AUTO_SEQ_SR）的排序计数器段域（SEQCNTR30）。由于DSP的采样为10位精度，采样的范围为03.3V，TMS320LF2407的A/D采样时间大约在500ns1.5us，从启动数据到数据接收和数据格式变化，大约需要2us的时间。A/D转矩流程如图3-2所示。图3-2 A/D转换流程图初始化时一些重要控制寄存器介绍：

28、SCSR1：系统控制和状态寄存器1，主要设置一些模块的时钟，选择PLL的倍频系数，选择功耗模式等。WDCR：看门狗寄存器，设置看门狗的使能等。IMR：CPU中断屏蔽寄存器，识别出已屏蔽或使能的中断级。IFR：中断标志寄存器，设置中断标志。计数器T4：设置计数模式、分频，选择时钟源ADCTRL1：ADC控制寄存器1，设置AD的模式，预定标位等。ADCTRL2：ADC控制寄存器2，与ADCTRL1相仿。MAXCONV：最大转换通道寄存器，设置一次自动转换最多转换的通道个数。CHSELSEQn：ADC输入通道选择排序寄存器，设定转换通道的顺序。3.4数据处理A/D采样完成后，需要对采样到的电流数据进

29、行处理，数据处理的大体过程如图3-3所示。图3-3 数据处理框架图3.5转子磁链位置计算模块交流异步电机的转子机械转速并不等于转子磁链转速，即不能通过位置传感器或者速度传感器直接检测到交流异步电机的转子磁链位置。但是，转子磁链位置在交流异步电机的矢量控制系统中是一个非常重要的参数，因为在有关电机模型的推导中，是基于转子磁链定向的同步旋转坐标系下的异步电机数学模型中，得出了电流电磁转矩分量和电流励磁分量的完全解耦，这样的控制系统达到了他励直流电机的控制效果，这也是矢量变换控制的核心。在矢量控制中不能确定转子磁链位置就无法进行Park变换及其逆变换。因此必须找到一种有效的转子磁链计算方法。在坐标系

30、中，在前面的推导式（2-23）可知：转子磁链轴分量为： （3-1）因为轴与转子磁场方向重合，此时转子磁通轴分量为零（即）。在磁场按转子磁链定向的情况下，线圈和线圈是解耦的，即线圈对线圈没有影响，所以，只有当通过线圈的磁链变化时，才会有（转子励磁电流）存在，如果磁链恒定，则为零。此时，仅由转子励磁电流产生，因此有： （3-2）于是有定子电流轴分量与转子励磁电流之间的关系为： （3-3）又在上章的推到中知，转差角速度： （3-4）则同步角速度： （3-5）得： （3-6）按照额定电角频率归一化，设 （3-7）式（3-7）中，额定电角频率； 为转子实际转速与额定转速之比。上面几式都是连续时间表达式，

31、而数字控制系统是离散化的，所以需要对其进行离散化处理。为定子电流励磁分量，一般维持恒定。假设，对上面式子进行离散化处理： （3-8） （3-9） （3-10）在式（3-8）中，在式（3-9）中，为采样周期，由式（3-8）、（3-9）、（3-10）中，可以根据定子电流励磁分量、转子励磁电流、转子时间常数和转子角速度就可以算出转子磁链位置，在式（3-10）中，为转子磁链转角的累加量，为采样周期内转子磁链角的增量。当采样周期确定为之后，是一个常量， 在额定转速下（），在每个采样周期内，转子磁链都转过，转过一周需要200个采样周期，转子磁链位置的变化范围是，对应的16位数的变化范围是0-65535（）

32、，归一化后的变化范围为01。定义一个常数作为转换系数，因此式（3-10）可变为： （3-11）当定子电流在坐标系中分量，和电机的转速已知时，可以根据式（3-8）、（3-9）和（3-11），求出转子磁链的位置。3.6 转子磁通定向矢量控制基本框图图3-4 转子磁通定向矢量控制基本框图第4章 矢量控制系统的Simulink仿真及结果鉴于异步电机的应用广泛、控制复杂，对其的建模和仿真一直是研究的热点。对它的研究不能像其他控制系统那样，用简化的传递函数来表示，这样会使很多重要环节被忽略，体现不了交流控制系统的整体结构和各个环节点上的信号状态。对异步电机的仿真具有重要的意义，首先，可以验证其数学模型是否

33、正确；同时，可以更改其参数，观察各参数对系统的影响，以便确定最佳参数设置。4.1 MATLAB/Simulink仿真平台简介Matlab由Mathworks公司于1984年开始推出的，经过20多年的发展，已经成为了科学计算领域的一种标准。MATLAB软件是一种集科学计算，自动控制，信号处理，神经网络和图像处理等于一体的交互式软件系统，1993年出现了Simulink，这是基于框图的仿真平台，Simulink挂接在Matlab环境上，以Matlab为核心的数字、图像、编程功能基础之上的仿真和原型设计工具，用于真实世界动态系统的建模、仿真和分析。两者结合，构成了一种“基于模型设计（Model-Ba

34、sed Design）”的系统开发平台。它的意义在于，用虚拟模型描述系统中相对应的每一部分的物理原型，并在一个软件环境中对于整个系统进行仿真，以便及时做出设计改进。Matlab能工作在多种平台上，它的Simulink工具箱是一种优秀的仿真软件，具有模块化、可重载、可封装、面向结构图编程、以及高度可视化等特点。Simulink最为显著的特点是，具有控制系统模型图形组态输入与仿真功能，即只需用户根据建立的数学模型和一些具体的模拟要求，从模块库中选择合适的模块组合在一起，只需要知道所选模块的输入输出关系，而不必知道模块内部是如何实现功能的，通过对这些基本模块的调用组成控制系统仿真模型，进行仿真与分析

35、。这一特点使得一个非常复杂系统的仿真建模变得相当容易，为一般普通仿真软件所不具有的。Simulink提供了各种仿真工具，尤其是不断扩展、内容丰富的模块库为系统仿真提供了极大的便利。各学科领域根据本学科的仿真需要，以Matlab为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式放入Simulink中，形成模块库。Simulink模块库实际上就是用Matlab基本语句编写的子程序集。从Simulink4.1版开始，就包含有电力系统模块库。在Simulink环境下利用电力系统模块库（主要为Simulink模块库和SimPowerSystem模块库）模块，可以方便的进行电力电子电路、电机控制系

36、统和电力系统的仿真。Matlab/Simulink具有开放的编程环境，它允许用户开发自己所需的模型，通过已有的模块组成针对具体仿真实验需要的新模块，以扩充现有的模型库。要建立自己的模型，主要有如下方法：1、用现有模型组合成新的自定义功能模型。2、使用Matlab Function模型调用Matlab函数，构造形如y=f(x)的函数，其功能十分有限。3、通过S-Function模板构造新功能模块，即通过Matlab、Fortran、C或C语言程序，依照需要设计的模型的数学模型及模型的状态函数设计出可实现所需功能的新功能模块。4.2 异步电机矢量控制的建模与仿真4.2.1 Clarke变换模块由第

37、2章的式（2-9），得到Clarke变换的仿真模块图，如图4-1：图4-1 Clarke变换模块4.2.2 Park变换模块由第2章的式（2-13），得到Park变换的仿真模块图，如图4-2：图4-2 Park变换模块4.2.3 Park逆变换模块由第2章的式（2-14），得到Park逆变换的仿真模块图，如图4-3：图4-3 Park逆变换模块4.2.4 采样信号处理的仿真将上述的模块进行封装之后得到如图4-4所示的仿真模块：图4-4 信号处理部分的仿真模块三个正弦信号分别代表三相电流，它们的表达式值为：转子磁链角设为，仿真时间设为0.1s。其波形图如下：图4-5 ，的波形图图4-6 Clar

38、ke变换后，的波形图图4-7 Park变换后，的图像4.2.5 转子磁链观测模块由式（2-23），式（3-4），式（3-6），得转子磁链观测模块，如图4-8：图4-8 转子磁链观测计算模块图4-8中，转子转速由光电编码器在实际电路中测得。4.2.6 异步电机模块在本控制系统中，异步电机选用SimPowerSystem模块库中Machines子模块库中的异步电机模块（标准单位）。此模块的电机模型是建立在两相坐标系基础上，根据软件提供的模块属性功能设置电机参数，参数设置包括电机转子型式、参考坐标系。对于本论文中的异步电机参数设置成转子鼠笼式，选用两相静止坐标系。在相应的参数设置栏进行定转子电阻、电

39、感及之间的互感、转动惯量、摩擦系数、极对数的设置。转子的参数都是折算到定子侧的参数。在Simulink中有专门的电机测量模块（Machines Measurement Demux）用以观测异步电机的工作情况。在异步电机的模型模块上都有一个测量端子m，通过m端子和测量模块相连，可以输出异步电机的诸多参数，如电压、电流、转速和磁链等，这些数据以多维矢量的形式表示。在测量模块的设置中可以设置需要的电机输出量。图4-9所示为异步电机模块与测量模块的连接示意图。图4-9 异步电机模型图与测量模块本论文中仿真实验用异步电机参数如下：电压220V；电流2.6/1.51A；50Hz；550W；转速：1430r

40、/min；4极；定子电阻=14.4；定子电感0.8389H；转子电阻13；转子电感0.8443H；定转子互感0.7957H；转动惯量0.002。矢量控制仿真结果如下：（空载情况）图4-10 定子磁链图图4-11 空载启动转速图在增加负载中的仿真效果：（在0.3秒后加负载）图4-12 定子电流图图4-13 转子转速图结论本论文从异步电机的数学模型入手，通过坐标变换，数学模型的推导，指出在轴下，定子电流的轴分量为励磁分量，轴分量为转矩分量。矢量控制技术就是基于这一原理实现磁通和转矩的解耦控制的。也利用DSP芯片TMS320LF2407进行电流采样，对采样到的电流进行数据处理。利用MATLAB/si

41、mulink对模型各部分进行仿真。矢量控制一个最重要的部分就是对转子磁链位置的观测，因为在数据处理中要利用Park旋转坐标变换，转子磁链位置观测的精度直接影响到控制的性能。但由于速度传感器存在安装、维护、非线性和低速性能等方面的问题，影响系统的精度。今后对系统的改进中，可以引进无速度传感器的方法，提高控制精度及系统的性能。参考文献：李永东交流电机数字控制系统M北京：机械工业出版社, 2002：177182高景德，王祥珩，李发海交流电机及其系统的分析M北京：清华大学出版社，1993张一兵，任宝华异步电机矢量控制系统中转子磁链位置的计算J机电产品开发与创新2007，20(2)：136137钱君毅基于TMS320F2812的异步电机矢量控制系统的研究D上海：上海交通大学2007刘和平，王维俊，江渝，等TMS320LF240x DSP C语言开发应用M北京：北京航空航天大学出版社，2003黄永安，马路，刘慧敏MATLAB7.0/Simulink6.0建模仿真开发与高级工程应用M北京：清华大学出版社，2005张武荣异步电机矢量控制研究D沈阳：沈阳工业大学2007丁义行基于DSP的异步电机矢量控制系统D大连：大连海事大学2006卢洁一种定子磁场定向的异步电机无速度传感器矢量控制系统研究D湖南：湖南大学2005