矢量控制系统的解耦与调节器设计.pdf

ELECTRICDRIVE2009Vo1．39No．1电气传动2009年第39卷第1期

矢量控制系统的解耦与调节器设计

马小亮
(天津电气传动设计研究所，天津300180)

摘要：介绍矢量控制的资料很多，但多着眼于工作原理，对系统中调节器设计方法的介绍很少，原因是构
成系统的3个部分都存在耦合，不能直接使用人们熟悉的工程设计方法。讨论了这3处耦合是什么，介绍了
它们各自的解耦方法及按常用的“最佳整定法”设计调节器PI参数的公式。
关键词：矢量控制；解耦；调节器设计．
中图分类号：TP214文献标识码：A

DeeouplingandRegulatorDesignofVectorControlSystems

MAXiao—liang

(TianjinDesign&ResearchInstituteofElectricDrive，Tianjin300180，China)
Abstract：Therearemanybooksandpapersintroducingvectorcontrolsystems，butmostofthemfoCUSOn

principlesandonlyafewoftheminvolveregulatordesignmethod．Thereasonisthattherearecouplingsin

threepartsofthesystemsandwellknownengineeringdesignmethodsofregulatorsforlinearcontrolsystems

cannotbeused．Whichkindsofcouplingsexistinthesystem，howtorealizedecouplingandhowtodesign

regulatorsinthesystemsbymeansofwellknownengineeringdesignmethodswereinvestigate．

Keywords：vectorcontrol；decoupling；regulatordesign

1引言

交流电动机矢量控制系统己得到广泛应用，介
绍它的书籍和文献资料很多，但大多着眼于工作原
理及电机模型，而对系统中调节器设计方法的介绍矿
很少，主要原因是系统中存在耦合，不能直接使用
人们熟悉的单变量线性系统工程设计方法。
图1异步电动机矢量控制系统框图

异步电动机矢量控制系统框图示于图1，它的Fig．1Blockdiagramofinductionmotorvectorcontrolsystem
调节部分主要由定子电流矢量控制块、转速控制块
和磁链控制块(用于实现弱磁恒功率调速)3部分2定子电流矢量控制块
组成。在这3部分的控制对象中都存在耦合，本文
将分别介绍这3部分的耦合是什么，如何实现解定子电流矢量控制块用于控制实际的定子电
耦，把每个闭环系统都改造成单变量线性系统，如流矢量，使其等于给定矢量，其控制框图示于图2。
何用常规工程设计方法设计调节器的PI参数。在定子电流矢量控制块中，有两个直流电流
调节器1DCR和2DCR(PI调节器)，它们的输人
本文中所有变量和计算都基于相对值，没有量
纲和单位。分别是定子电流矢量由轴分量的给定值(，
本文介绍的异步电动机解耦及调节器设计方品)和实际值反馈量(，i)，它们的输出产生定
法也适用于同步电动机系统，其中定子电流矢量控子电压给定矢量咖轴分量(，)，经直角坐
制块的设计方法还适用于PWM整流，新能源(风标／极坐标变换K／P得定子电压给定矢量的幅值
能、太阳能)发电及电力系统中的SrC0M等系“和它与d轴的夹角屹信号。“除以逆变器
统，只是具体参数有区别。直流母线电压后得PWM的调制幅值量，

作者简介：马小亮(1939一)，男，教授级高工，博士生导师，Email：[e-mail]

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电气传动2009年第39卷第1期马小亮：矢量控制系统的解耦与调节器设计

／(1+dr)。
在系统调试时电机互感L和定转子全漏感L
可以通过空载试验和短路试验测出，而转子漏感
L很难从全漏感L中分离出来，另外通常L《
L，所以有时将忽略，近似认为

≈L4-(5)
把式(4)代入式(1)

图2定子电流矢量控制块控制框图

Fig．2BlockdiagramofstatorcurrentvectorcontrolRsf+(6)

其中
还代表定子电压幅值实际值直接输出(和
“。仅差PWM带来的滞后时间)，供弱磁调速控ll。一(4-ju)elf一(+jisq)e】(7)
制用。既角加d轴位置角(轴与静止轴a的dis．孥4-j孥)eJ+(j一
夹角)后得定子电压给定矢量在空间的位置角咒
式中：为同步旋转角速度，。一d~,