A simulation model of asynchronous motor variable frequency speed regulating system based on slip vector frequency closed-loop control is built, and its main character is introduced. Simulation result is given by simulation block SIMLTLINK in MATLAB. The experiment results show that proposed method can obtain perfect drive.
1 引言
　　交流變頻調(diào)速的方法是異步電機(jī)最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機(jī)變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機(jī)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(guò)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(dòng)態(tài)性能，同時(shí)它又比矢量控制方法簡(jiǎn)便，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制精度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于異步電機(jī)的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本文對(duì)轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)機(jī)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(chǎng)為定向，通過(guò)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩的解耦，從而可以達(dá)到和直流電機(jī)一樣的控制效果。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向有兩種方法：①通過(guò)設(shè)置觀測(cè)器估計(jì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)空間角；②通過(guò)對(duì)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(cè)磁通，簡(jiǎn)單易行，受到人們的普遍重視并得到廣泛應(yīng)用^【1】。
      轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不需要進(jìn)行復(fù)雜的磁通檢測(cè)和繁瑣的坐標(biāo)變換，只要在轉(zhuǎn)子磁鏈大小不變的前提下，通過(guò)檢測(cè)定子電流和轉(zhuǎn)子角速度，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算就可以間接的磁場(chǎng)定向控制。要提高調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率，顯然，通過(guò)控制轉(zhuǎn)差角頻率就能達(dá)到控制的目的。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制就是通過(guò)控制轉(zhuǎn)差角頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)速的變化率，從而間接控制電機(jī)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(dòng)機(jī)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(kāi)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(chǔ)上，把從穩(wěn)態(tài)特性出發(fā)的 和 = 函數(shù)關(guān)系換成從動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)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(dòng)態(tài)性能。
這個(gè)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：
1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)是定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號(hào)，與雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流給定信號(hào)相當(dāng)。
2）定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào) ^＊和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào) ^＊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(dòng)態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵(lì)磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。
3） ^＊和 ^＊經(jīng)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換器后產(chǎn)生定子電流幅值給定信號(hào) ^＊。
4）定子頻率信號(hào) ，這樣就把轉(zhuǎn)差頻率控制的主要優(yōu)點(diǎn)保留下來(lái)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(hào) 。
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(dòng)機(jī)由一個(gè)電流控制型PWM變流器供電,驅(qū)動(dòng)一個(gè)機(jī)械負(fù)載(用慣量J、摩擦系數(shù)B和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL表示).它由異步電動(dòng)機(jī)模塊、異步電動(dòng)機(jī)測(cè)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(cè)量模塊等構(gòu)成。

4.2仿真結(jié)果

      電動(dòng)機(jī)的參數(shù)：設(shè)置異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)慣量 ，摩擦系數(shù) 。
      開(kāi)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?？梢杂^察到，大約經(jīng)過(guò)1.5s,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).更改圖2中給重新啟動(dòng)仿真,能觀察到不同的驅(qū)動(dòng)響應(yīng).
      從以上仿真結(jié)果，可以看出在啟動(dòng)和加載過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)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(guò)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(guò)程，轉(zhuǎn)速有一定的波動(dòng)，稍后調(diào)整后穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速。從（a）中可以看出電動(dòng)機(jī)在零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立的過(guò)程，在建立過(guò)程中磁場(chǎng)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?yàn)楫惒诫姍C(jī)矢量控制沒(méi)有直流電機(jī)的換向過(guò)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(guò)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(jiǎn)單，思路清晰，所能獲得的動(dòng)態(tài)性能基本上可以達(dá)到直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的水平，得到了普遍的應(yīng)用。
      轉(zhuǎn)差型矢量變換控制系統(tǒng)M、T坐標(biāo)的定向是由給定信號(hào)確定并靠矢量變換控制方程式保證的，并沒(méi)有在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，這種情況屬于間接磁場(chǎng)定向。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，實(shí)際的定子電流幅值及相位與給定之間總會(huì)存在偏差，而且電動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化也使實(shí)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(huì)磁場(chǎng)定向上的誤差，從而影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。這是間接磁場(chǎng)定向的缺點(diǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在參數(shù)辨識(shí)和自適應(yīng)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一樣的動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)子磁通在動(dòng)態(tài)過(guò)程中是否真正恒定是一個(gè)很重要的條件。圖1所示的系統(tǒng)中對(duì)磁通的控制實(shí)際上市開(kāi)環(huán)的，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中肯定會(huì)存在偏差。要解決這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該增加磁通反饋和磁通調(diào)節(jié)器，或采用實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，即直接磁場(chǎng)定向。