变频调速矢量控制策略与MATLAB仿真.docx

交流调速矢量控制策略与MATLAB仿真

摘要：本文首先介绍了交流调速传动的国内外现状，再以励磁同步电动机为例分析其按磁通定向的矢量控制原理，最后按电压模型构建MATLAB仿真模型，仿真结果证明该矢量控制原理可有效控制励磁同步电动机，达到高效调节的目的。
关键词：交流调速；励磁同步电动机；矢量控制；MATLAB仿真
中图分类号：TB文献标识码：A

TheVectorControlStrategyofACAdjustableSpeed
GaoFeng（HuaiAnCollegeofInformaitongTechnologyJiangSuHuaiAn223003）
Abstract:ThispaperintroducesthedomesticandoverseasactualstateofACadjustablespeeddrivefirstly,thentakesSMasanexampleandanalyzesthevectorcontrolprinciple,establishestheMATLABsimulationmodelatlast.ThesimulationresulttestifiesthattheprinciplecancontroltheSMavailablyandachievesthepurposetoadjusttheSMhighlyeffectively.
Keywords:adjustablespeed;excitedsynchronousmotor;vectorcontrol;MATLABsimulation
1交流调速控制国内外现状
经过大约30年的时间，随着关键技术的发展，如功率半导体器件（包括半控型和全控型）制造技术、电力电子电路的电力变换技术、交流电动机控制技术以及微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术。目前交流传动已经上升为电气调速传动的主流，相信在不久的将来，交流电气传动将会完全取代直流电气传动。为了进一步提高交流传动系统的性能，国内外有关研究工作围绕以下几个方面展开：
采用新型功率半导体器件和脉宽调制（PWM）技术
功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。典型的电力电子变频装置有电压源型交-直-交变频器、电流源型交-直-交变频器和交-交变频器三种。电流型交-直-交变频器可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，也有应用在大容量风机、泵类节能调速中。对于负载电动机而言，电压型变频器相当于一个交流电压源，在不超过容量限度的情况下，可以驱动多台电动机并联运行。此外，矩阵式交-交变频器功率密度大，而且没有中间直流环节，省去了笨重而昂贵的储能元件，为实现输入功率因数为1、输入电流为正弦和四象限运行开辟了新的途径。
应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合、时变的被控对象。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程，不但要控制各变量的幅值，同时还要控制其相位，以实现交流电动机磁通和转矩的解耦，促使了高性能交流传动系统逐步走向实用化。目前高动态性能的矢量控制变频器已经成功地应用在轧机主传动、电力机车牵引系统和数控机床中。此外，为了解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制等。尤其随着微处理器控制技术的发展，现代控制理论中的各种控制方法也得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制、滑模（Slidingmode）变结构控制、状态观测器和卡尔曼滤波器、自适应控制。另外，智能控制技术如模糊控制、神经元网络控制等也开始应用于交流调速传动系统中，以提高控制的精度和鲁棒性。
1.3广泛应用微电子技术
随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）等。
1.4开发新型电动机和无机械传感器技术
交流传动系统的发展对电动机本体也提出了更高的要求。随着20世纪80年代永磁材料特别是钕铁硼永磁的发展，永磁同步电动机的研究逐渐热门和深入。此外，开关变磁阻理论使开关磁阻电动机（SRM）迅速发展，其优良的转矩特性特别适合于要求高静态转矩的应用场合。针对转速（位置）反馈控制，许多学者开展了无速度（位置）传感器控制技术的研究。该技术无需在电动机转子和机座上安装机械式的传感器，具有降