本實(shí)用新型涉及感應(yīng)電動機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域，尤其涉及利用矢量控制技術(shù)的一種感應(yīng)電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

感應(yīng)電動機(jī)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用中，由于其可靠性、魯棒性、低成本和較低的維護(hù)等原因。電機(jī)驅(qū)動的電力消耗占在工業(yè)中總電力的50％以上，而電機(jī)驅(qū)動的電力消耗的65％以上是由感應(yīng)電動機(jī)消耗的。盡管感應(yīng)電動機(jī)的原理早在100年前就被人們掌握，但仍有相當(dāng)大的進(jìn)展正在實(shí)現(xiàn)。這是由于材料、電力電子技術(shù)和高速數(shù)字控制器的進(jìn)步。高性能的電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用需要快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。而電力電子設(shè)備和高速控制器的進(jìn)步，可以提供快速的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)控制。

矢量控制是一種高動態(tài)性能的感應(yīng)電動機(jī)變頻控制方法。矢量控制通過控制電壓、電流和磁鏈?zhǔn)噶康念l率、幅值和瞬時位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的解耦控制，從而獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)控制。矢量控制，也稱磁場定向控制，于1972年被提出。達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的K.Hasse教授提出了間接矢量控制，西門子公司的F.Blaschke工程師于提出了直接矢量控制。盡管都是矢量控制，但二者的實(shí)現(xiàn)方法有所不同。

直接矢量控制采用磁鏈閉環(huán)控制方式，依靠測量或磁鏈觀測器獲得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆蹬c空間位置信息，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的解耦控制；間接矢量控制采用磁鏈開環(huán)控制方式，依靠矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差頻率計算公式求得轉(zhuǎn)差頻率，在與電機(jī)轉(zhuǎn)速相加后，通過積分來計算轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁鏈的解耦控制。

間接矢量控制方法結(jié)構(gòu)比較簡單，而且可以消除動態(tài)過程中轉(zhuǎn)矩電流的波動，提高調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能。同時，間接矢量控制在全速范圍內(nèi)具有更高的控制精度，尤其是在低速時。因此早期的矢量控制通用變頻器基本上都是采用間接矢量控制方式。間接矢量控制方法有兩種，其中常用的一種是前饋型間接矢量控制，就是利用給定輸入信號實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶靠臻g位置的計算，從而實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)的控制。

異步電動機(jī)在mt同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型描述如下：

${\mathrm{\ω}}_s=\frac{L_m}{T_r{\mathrm{\ψ}}_r}{i}_{st}---\left(2\right)$

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}{i}_{st}{\mathrm{\ψ}}_r---\left(5\right)$

$T_e-T_L=\frac{J}{n_p}\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}---\left(6\right)$

式中，L_r為轉(zhuǎn)子電感，L_m為定、轉(zhuǎn)子之間互感，L_s為定子電感，R_r為轉(zhuǎn)子電阻，R_s為定子電阻，T_r為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)，ω_s為轉(zhuǎn)差角速度，ω_r為轉(zhuǎn)子角速度，ω₁為同步角速度，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動慣量，n_p為極對數(shù)。

ψ_r為轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆?，i_sm為定子電流勵磁分量，i_st為定子電流轉(zhuǎn)矩分量，u_sm為定子電壓m軸分量，u_st為定子電壓t軸分量。

通過轉(zhuǎn)子磁場定向，定子電流被分解為定子電流勵磁分量i_sm和定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st。對式(1)整理可得

${\mathrm{\ψ}}_r=\frac{L_m{i}_{sm}}{T_{r}s+1}---\left(7\right)$

由式(7)可知，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆郸?sub>r僅有定子電流勵磁分量i_sm產(chǎn)生，與定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st無關(guān)。

由式(5)可知，在轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆郸?sub>r不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩T_e由定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st唯一決定。從而像直流電動機(jī)一樣，實(shí)現(xiàn)磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制。

由式(2)可知，在轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆郸?sub>r不變的情況下，通過控制轉(zhuǎn)差角速度ω_s就可以控制定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st，從而控制感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。間接矢量控制就是利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式(2)構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康拈g接矢量控制。

圖1為感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)原理圖。它的工作原理就是利用轉(zhuǎn)速給定信號和反饋信號ω_r的差值通過速度控制器得到定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號利用轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號通過L_m參數(shù)除法運(yùn)算器得到定子電流勵磁分量的給定信號

利用轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號通過L_m參數(shù)乘法運(yùn)算器、T_r參數(shù)除法運(yùn)算器和除法運(yùn)算控制器得到出轉(zhuǎn)差角速度的給定信號再利用轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號通過加法運(yùn)算控制器得到同步轉(zhuǎn)速的給定信號并通過積分控制器得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號

利用轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號通過兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路，把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號和定子電流勵磁分量的給定信號轉(zhuǎn)換成三相定子電流的給定信號并與三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc相比較，通過電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器得到驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c，利用控制信號S_a、S_b、S_c去驅(qū)動逆變器工作，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦控制。

圖2-5分別是感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形、定子電流轉(zhuǎn)矩分量波形、電磁轉(zhuǎn)矩波形和轉(zhuǎn)速波形。從圖2-5可以看出，在感應(yīng)電動機(jī)加速起動階段，由于轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠嫡袷巹×遥率罐D(zhuǎn)子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩不能很好地解耦，所以，雖然定子電流轉(zhuǎn)矩分量保持恒定最大值，但電磁轉(zhuǎn)矩卻不能一直保持恒定最大值，從而導(dǎo)致感應(yīng)電動機(jī)加速起動階段不能像直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)那樣恒加速起動，降低了感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的控制性能。

有鑒于上述現(xiàn)有的感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)存在的缺陷，本發(fā)明人基于多年的豐富經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型的感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的缺陷，使其更具有實(shí)用性，經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價值的本實(shí)用新型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，以解決感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠嫡袷巹×?、轉(zhuǎn)子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩不能很好地解耦和感應(yīng)電動機(jī)加速起動階段不能恒加速起動等難題，使得感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠嫡袷幋蟠鬁p小，真正實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使系統(tǒng)的控制性能達(dá)到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的水平。

本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，其中包括速度控制器、L_m參數(shù)除法運(yùn)算器、T_r參數(shù)除法運(yùn)算器、低截止頻率低通濾波器、除法運(yùn)算控制器、加法運(yùn)算控制器、積分控制器、兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路、電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器、電壓源型逆變器和感應(yīng)電動機(jī)；

所述低截止頻率低通濾波器的輸入端與L_m參數(shù)除法運(yùn)算器連接，T_r參數(shù)除法運(yùn)算器的輸入端與速度控制器連接；所述除法運(yùn)算控制器的第一輸入端與T_r參數(shù)除法運(yùn)算器連接，第二輸入端與低截止頻率低通濾波器連接；所述加法運(yùn)算控制器的第一輸入端與除法運(yùn)算控制器連接，第二輸入端與速度測量電路連接；所述積分控制器的輸入端與加法運(yùn)算控制器連接；

所述兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路的第一輸入端與速度控制器連接，第二輸入端與L_m參數(shù)除法運(yùn)算器連接，第三輸入端與積分控制器連接；所述電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器的第一、二、三輸入端與兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路連接，第四、五、六輸入端與電流測量電路連接；所述電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器通過電壓源型逆變器與感應(yīng)電動機(jī)連接。

前述的一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，其中，所述低截止頻率低通濾波器是把階躍突變的定子電流勵磁分量的給定信號變成緩慢變化的給定電流的m軸分量信號的一種濾波器。

前述的一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，其中，所述T_r參數(shù)除法運(yùn)算器就是把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號除以轉(zhuǎn)子時間常數(shù)T_r得到給定電流的t軸分量信號的一種運(yùn)算器。

前述的一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，其中，所述除法運(yùn)算控制器就是把給定電流的t軸分量信號除以給定電流的m軸分量信號得到轉(zhuǎn)差角速度的給定信號的一種控制器。

本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)方案進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

一種前述控制系統(tǒng)的控制方法，其具體包括以下步驟：

(1)、設(shè)定參數(shù)，具體包括：設(shè)定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號和速度的給定信號設(shè)定速度控制器的比例參數(shù)K_p和積分參數(shù)K_I，設(shè)定L_m參數(shù)除法運(yùn)算器的參數(shù)L_m，設(shè)定T_r參數(shù)除法運(yùn)算器的參數(shù)T_r，設(shè)定低截止頻率低通濾波器的截止頻率ω_c，設(shè)定電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器的滯環(huán)寬度h；

(2)、通過速度測量電路得到轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r；

(3)、通過電流測量電路得到三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc；

(4)、利用速度控制器獲得定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號

(5)、利用L_m參數(shù)除法運(yùn)算器計算出定子電流勵磁分量的給定信號

整理式(7)得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號和定子電流勵磁分量的給定信號的關(guān)系式：

$i_{sm}^{*}=(T_{r}s+1){\mathrm{\ψ}}_r^{*}/L_m---\left(8\right)$

由于轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號是常數(shù)，因此，式(8)還可以變?yōu)?/p>

$i_{sm}^{*}={\mathrm{\ψ}}_r^{*}/L_m---\left(9\right)$

(6)、利用T_r參數(shù)除法運(yùn)算器計算出給定電流的t軸分量信號

定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號和給定電流的t軸分量信號的關(guān)系式為

$i_t^{*}=i_{st}^{*}/T_r---\left(10\right)$

(7)、利用低截止頻率低通濾波器獲得給定電流的m軸分量信號

定子電流勵磁分量的給定信號與給定電流的m軸分量信號的關(guān)系式為

$i_m^{*}=\frac{i_{sm}^{*}}{\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_c}s+1}---\left(11\right)$

(8)、利用除法運(yùn)算控制器計算出轉(zhuǎn)差角速度的給定信號

轉(zhuǎn)差角速度的給定信號與給定電流的t軸分量信號和給定電流的m軸分量信號的關(guān)系式為

${\mathrm{\ω}}_s^{*}=\frac{i_t^{*}}{i_m^{*}}---\left(12\right)$

(9)、利用加法運(yùn)算控制器計算出同步轉(zhuǎn)速的給定信號

同步轉(zhuǎn)速的給定信號與轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號的關(guān)系式為

${\mathrm{\ω}}_1^{*}={\mathrm{\ω}}_r^{*}+{\mathrm{\ω}}_s^{*}---\left(13\right)$

(10)、利用積分控制器計算出轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號

轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號與同步轉(zhuǎn)速的給定信號關(guān)系式為

(11)、利用兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路獲得三相定子電流的給定信號

把定子電流勵磁分量的給定信號和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號轉(zhuǎn)換成三相定子電流的給定信號的兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路的表達(dá)式為

(12)、利用電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器生成驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c；

把三相定子電流的給定信號分別與三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc相比較：

A相：當(dāng)時，S_a＝1；當(dāng)時，S_a＝0。

B相：當(dāng)時，S_b＝1；當(dāng)時，S_b＝0。

C相：當(dāng)時，S_c＝1；當(dāng)時，S_c＝0。

(13)、利用驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c驅(qū)動電壓源型逆變器工作，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)的控制。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于：利用低截止頻率低通濾波器把定子電流勵磁分量的給定信號(而不是轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號)變?yōu)榻o定電流的m軸分量信號同時只需利用T_r參數(shù)除法運(yùn)算器(而不再利用L_m參數(shù)乘法運(yùn)算器)把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號變?yōu)榻o定電流的t軸分量信號利用除法運(yùn)算控制器把給定電流的t軸分量信號和給定電流的m軸分量信號相除得到轉(zhuǎn)差角速度的給定信號利用加法運(yùn)算控制器把轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號相加得到同步轉(zhuǎn)速的給定信號再利用積分控制器把同步轉(zhuǎn)速的給定信號變?yōu)檗D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號利用兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路和電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器生成驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c；最后利用驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c去驅(qū)動逆變器工作，從而實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦控制。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，借由上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)可達(dá)到相當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)步性及實(shí)用性，并具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)用新型省略了L_m參數(shù)乘法運(yùn)算器，只需利用T_r參數(shù)除法運(yùn)算器把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號變?yōu)榻o定電流的t軸分量信號不再采用轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號作為輸入信號，而是采用定子電流勵磁分量的給定信號作為輸入信號，增加一個低截止頻率低通濾波器把定子電流勵磁分量的給定信號變?yōu)榻o定電流的m軸分量信號然后利用除法運(yùn)算控制器、加法運(yùn)算控制器和積分控制器計算出轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)的控制。

(2)與感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型使得感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠嫡袷幋蟠鬁p小，加快了定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st的動態(tài)響應(yīng)，保證了在轉(zhuǎn)速起動階段電磁轉(zhuǎn)矩一直保持恒定最大值，從而保證了感應(yīng)電動機(jī)的恒加速起動，最終真正實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使得系統(tǒng)的控制性能達(dá)到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的水平。仿真實(shí)驗(yàn)證明達(dá)到了預(yù)期的目的。

綜上所述，本實(shí)用新型一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計。

上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1.感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2.感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形。

圖3.感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的定子電流轉(zhuǎn)矩分量波形。

圖4.感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩波形。

圖5.感應(yīng)電動機(jī)傳統(tǒng)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速波形。

圖6.感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7.感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形。

圖8.感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的定子電流轉(zhuǎn)矩分量波形。

圖9.感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩波形。

圖10.感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速波形。

【主要元件符號說明】

M:感應(yīng)電動機(jī)

具體實(shí)施方式

為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。

本實(shí)用新型一種感應(yīng)電動機(jī)前饋型間接矢量控制系統(tǒng)，包括速度控制器、L_m參數(shù)除法運(yùn)算器、T_r參數(shù)除法運(yùn)算器、低截止頻率低通濾波器、除法運(yùn)算控制器、加法運(yùn)算控制器、積分控制器、兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路、電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器、電壓源型逆變器和感應(yīng)電動機(jī)；

其中，低截止頻率低通濾波器的輸入端與L_m參數(shù)除法運(yùn)算器連接，T_r參數(shù)除法運(yùn)算器的輸入端與速度控制器連接；除法運(yùn)算控制器的第一輸入端與T_r參數(shù)除法運(yùn)算器連接，第二輸入端與低截止頻率低通濾波器連接；加法運(yùn)算控制器的第一輸入端與除法運(yùn)算控制器連接，第二輸入端與速度測量電路連接；積分控制器的輸入端與加法運(yùn)算控制器連接；

兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路的第一輸入端與速度控制器連接，第二輸入端與L_m參數(shù)除法運(yùn)算器連接，第三輸入端與積分控制器連接；所述電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器的第一、二、三輸入端與兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路連接，第四、五、六輸入端與電流測量電路連接；電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器通過電壓源型逆變器與感應(yīng)電動機(jī)連接。

對速度控制器、L_m參數(shù)除法運(yùn)算器、T_r參數(shù)除法運(yùn)算器、低截止頻率低通濾波器、除法運(yùn)算控制器、加法運(yùn)算控制器、積分控制器、兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路和電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器分別說明如下：

(1)速度控制器

速度控制器通過對轉(zhuǎn)速的給定信號和轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號速度控制器采用比例積分控制器，利用下式實(shí)現(xiàn)：

$i_{st}^{*}=K_p({\mathrm{\ω}}_r^{*}-{\mathrm{\ω}}_r)+K_I{\∫}_0^t({\mathrm{\ω}}_r^{*}-{\mathrm{\ω}}_r)dt---\left(16\right)$

經(jīng)過轉(zhuǎn)子磁場定向后的的感應(yīng)電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為：

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}{i}_{st}^{*}{\mathrm{\ψ}}_r^{*}---\left(17\right)$

由式(17)可知，在轉(zhuǎn)子磁鏈幅值恒定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電流轉(zhuǎn)矩分量成正比，因此只要能夠隨心所欲控制好定子電流轉(zhuǎn)矩分量就能控制好感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而獲得高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。

(2)L_m參數(shù)除法運(yùn)算器

L_m參數(shù)除法運(yùn)算器把轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號除以感應(yīng)電動機(jī)的定轉(zhuǎn)子互感L_m得到定子電流勵磁分量的給定信號

整理式(7)得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號和定子電流勵磁分量的給定信號的關(guān)系式：

$i_{sm}^{*}=(T_{r}s+1){\mathrm{\ψ}}_r^{*}/L_m---\left(8\right)$

式中，s為微分算子，由于轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號是常數(shù)，

$\frac{{\mathrm{d\ψ}}_r^{*}}{dt}=0$

因此，式(8)還可以變?yōu)?/p>

$i_{sm}^{*}=(T_{r}s+1){\mathrm{\ψ}}_r^{*}/L_m=(T_r\frac{{\mathrm{d\ψ}}_r^{*}}{dt}+{\mathrm{\ψ}}_r^{*})/L_m={\mathrm{\ψ}}_r^{*}/L_m---\left(9\right)$

(3)T_r參數(shù)除法運(yùn)算器

T_r參數(shù)除法運(yùn)算器就是把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號除以轉(zhuǎn)子時間常數(shù)T_r得到給定電流的t軸分量信號

定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號和給定電流的t軸分量信號的關(guān)系式為

$i_t^{*}=i_{st}^{*}/T_r---\left(10\right)$

(4)低截止頻率低通濾波器

低截止頻率低通濾波器就是把階躍突變的定子電流勵磁分量的給定信號變成緩慢變化的給定電流的m軸分量信號

定子電流勵磁分量的給定信號與給定電流的m軸分量信號的關(guān)系式為

$i_m^{*}=\frac{i_{sm}^{*}}{\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_c}s+1}---\left(11\right)$

(5)除法運(yùn)算控制器

除法運(yùn)算控制器就是把給定電流的t軸分量信號除以給定電流的m軸分量信號得到轉(zhuǎn)差角速度的給定信號

轉(zhuǎn)差角速度的給定信號與給定電流的t軸分量信號和給定電流的m軸分量信號的關(guān)系式為

${\mathrm{\ω}}_s^{*}=\frac{i_t^{*}}{i_m^{*}}---\left(12\right)$

(6)加法運(yùn)算控制器

加法運(yùn)算控制器就是把轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號相加得到同步轉(zhuǎn)速的給定信號

同步轉(zhuǎn)速的給定信號與轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號的關(guān)系式為

${\mathrm{\ω}}_1^{*}={\mathrm{\ω}}_r^{*}+{\mathrm{\ω}}_s^{*}---\left(13\right)$

(7)積分控制器

積分控制器就是把同步轉(zhuǎn)速的給定信號積分得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號

轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號與同步轉(zhuǎn)速的給定信號關(guān)系式為

(8)兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路

兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路就是根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號把定子電流勵磁分量的給定信號和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號轉(zhuǎn)換成三相定子電流的給定信號

兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路的表達(dá)式為

(9)電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器

電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器就是把三相定子電流的給定信號與三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc相比較得到驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c。

把三相定子電流的給定信號分別與三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc相比較：

A相：當(dāng)時，S_a＝1；當(dāng)時，S_a＝0。

B相：當(dāng)時，S_b＝1；當(dāng)時，S_b＝0。

C相：當(dāng)時，S_c＝1；當(dāng)時，S_c＝0。

最后，利用驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c驅(qū)動電壓源型逆變器工作，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)的控制。

本實(shí)用新型感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

首先利用速度控制器把轉(zhuǎn)速的偏差信號變?yōu)槎ㄗ与娏鬓D(zhuǎn)矩分量的給定信號利用L_m參數(shù)除法運(yùn)算器把轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號變?yōu)槎ㄗ与娏鲃畲欧至康慕o定信號其次利用T_r參數(shù)除法運(yùn)算器把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號變?yōu)榻o定電流的t軸分量信號利用低截止頻率低通濾波器把定子電流勵磁分量的給定信號變?yōu)榻o定電流的m軸分量信號再次利用除法運(yùn)算控制器把給定電流的t軸分量信號和給定電流的m軸分量信號相除得到轉(zhuǎn)差角速度的給定信號利用加法運(yùn)算控制器把轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r和轉(zhuǎn)差角速度的給定信號相加得到同步轉(zhuǎn)速的給定信號再利用積分控制器把同步轉(zhuǎn)速的給定信號變?yōu)檗D(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號然后利用兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號把定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號和定子電流勵磁分量的給定信號轉(zhuǎn)換成三相定子電流的給定信號利用電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器把三相定子電流的給定信號和三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc相比較得到驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c；最后利用驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c去驅(qū)動逆變器工作，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦控制。

具體而言，它依次含有以下步驟：

1：設(shè)定轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠档慕o定信號和速度的給定信號

2：設(shè)定速度控制器的比例參數(shù)K_p和積分參數(shù)K_I；

3：設(shè)定L_m參數(shù)除法運(yùn)算器的參數(shù)L_m；

4：設(shè)定T_r參數(shù)除法運(yùn)算器的參數(shù)T_r；

5：設(shè)定低截止頻率低通濾波器的截止頻率ω_c；

6：設(shè)定電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器的滯環(huán)寬度h；

7：通過速度測量電路得到轉(zhuǎn)速的反饋信號ω_r；

8：通過電流測量電路得到三相定子電流的反饋信號i_sa、i_sb、i_sc；

9：利用速度控制器獲得定子電流轉(zhuǎn)矩分量的給定信號

10：利用L_m參數(shù)除法運(yùn)算器計算出定子電流勵磁分量的給定信號

11：利用T_r參數(shù)除法運(yùn)算器計算出給定電流的t軸分量信號

12：利用低截止頻率低通濾波器獲得給定電流的m軸分量信號

13：利用除法運(yùn)算控制器計算出轉(zhuǎn)差角速度的給定信號

14：利用加法運(yùn)算控制器計算出同步轉(zhuǎn)速的給定信號

15：利用積分控制器計算出轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置信號

16：利用兩相旋轉(zhuǎn)/三相靜止坐標(biāo)變換電路獲得出三相定子電流的給定信號

17：利用電流滯環(huán)跟蹤PWM信號發(fā)生器生成驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c；

18：利用驅(qū)動逆變器的控制信號S_a、S_b、S_c驅(qū)動逆變器工作，實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電動機(jī)的控制。

為驗(yàn)證本實(shí)用新型方法，采用MATLAB2010a進(jìn)行仿真驗(yàn)證。速度控制器參數(shù)整定后，K_p＝10.3，K_I＝21.4。

圖7為感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形，圖8為感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的定子電流轉(zhuǎn)矩分量波形；圖9為感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩波形；圖10為感應(yīng)電動機(jī)新型前饋型間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速波形。

比較圖2-5與圖7-10可知，本實(shí)用新型使得感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠嫡袷幋蟠鬁p小，加快了定子電流轉(zhuǎn)矩分量i_st的動態(tài)響應(yīng)，保證了在轉(zhuǎn)速起動階段電磁轉(zhuǎn)矩一直保持恒定最大值，從而保證了感應(yīng)電動機(jī)的恒加速起動，最終真正實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電動機(jī)磁鏈與轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使得系統(tǒng)的控制性能達(dá)到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的水平。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。