CN105763126A - 一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法，该控制系统包括速度控制器、L_m参数除法运算器、加法运算控制器、积分控制器、除法运算控制器、T_r参数除法运算器、高截止频率低通滤波器、三相静止/两相旋转坐标变换电路、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机。与传统技术相比，本发明不再需要L_m参数乘法运算器和转子时间常数T_r惯性环节电路，而是增加了一个高截止频率低通滤波器，解决了传统控制系统的转子磁链矢量幅值单调上升且动态响应慢，感应电动机加速起动阶段不能恒加速快起动的难题，并提高了感应电动机反馈型间接矢量控制系统的动态响应。

Description

一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及感应电动机交流调速领域，尤其涉及利用矢量控制技术的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法。

背景技术

调速驱动器通常应用在工业中。在调速驱动器的控制对象中，感应电动机使用最多。应该说，调速驱动器的标配就是感应电动机，最近也有永磁同步电动机被应用。变速驱动器被广泛应用在水泵、风机、电梯、电动汽车、暖风空调、机器人、风力发电系统和船舶推进等场合。

在很早以前，变速驱动器一般首选直流电动机。但是，直流电动机具有价格昂贵、转子惯性大和电刷换向器维护困难等缺点。另外，直流电动机不能运行在恶劣和易爆环境中。而感应电动机却没有这样的不足，因此，在过去的四十年里，直流电动机逐步被感应交流电动机取代。

感应电动机变速驱动器的变频控制方法一般有两种，一种是标量控制方法，另一种是矢量控制方法。标量控制方法实现起来比较简单的，工业中最流行的标量控制方法就是恒压频比控制，这种方法最简单却没有很高的动态性能。

矢量控制方法不但能像标量控制方法那样控制电压的频率和幅值，而且还能控制电压、电流和磁链矢量的瞬时位置，这种方法很好地改善了驱动器的动态性能。

矢量控制方法可以分为间接矢量控制和直接矢量控制，达姆施塔特工业大学的K.Hasse教授于1969年提出了间接矢量控制方法，西门子公司的F.Blaschke工程师于1972年提出了直接矢量控制方法。

无论是直接矢量控制方法还是间接矢量控制方法，二者都是通过坐标变换和磁场定向控制，把感应电动机的定子电流分解成磁场定向正交坐标系下的励磁电流分量和转矩电流分量，从而实现两者之间的解耦，得到类似于直流电机的数学模型，并可仿照直流电机进行快速的转矩控制和磁通控制，使系统具有良好的动态性能，从而使交流电机的调速技术取得了突破性的进展。因此，二者可以统一称为矢量控制。

但是两种控制方法在实现方法上却有很大的不同：

直接矢量控制采用磁链闭环控制方式，依靠测量或观测转子磁链获得转子磁链的位置信息，从而实现转矩与磁链的解耦控制。

间接矢量控制采用磁链开环控制方式，不需要计算实际转子磁链的幅值和相位，而是依靠矢量控制方程中的转差公式求得转差频率，该转差频率和电机转速相加后，通过积分来计算转子磁链的位置信息，从而实现转矩与磁链的解耦控制。

间接矢量控制方法结构比较简单，而且可以消除动态过程中转矩电流的波动，提高调速系统的动态性能。同时，间接矢量控制在全速范围内具有更高的控制精度，尤其是在低速时。因此早期的矢量控制通用变频器基本上都是采用间接矢量控制方式。

间接矢量控制方法有两种：前馈型间接矢量控制和反馈型间接矢量控制。前馈型间接矢量控制是常用的一种，而反馈型间接矢量控制由于其转子磁链动态响应慢、电磁转矩不能保持恒最大、不能恒加速起动、系统动态响应慢致使这种方法不常用。

异步电动机在mt同步旋转坐标系下的数学模型描述如下：

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

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}{i}_{st}{\mathrm{\ψ}}_r---\left(3\right)$

$T_e-T_L=\frac{J}{n_p}\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}---\left(4\right)$

式中，L_r为转子电感，L_m为定、转子之间互感，L_s为定子电感，R_r为转子电阻，R_s为定子电阻，T_r为转子时间常数，ω_s为转差角速度，ω_r为转子角速度，ω₁为同步角速度，T_e为电磁转矩，T_L为负载转矩，J为转动惯量，n_p为极对数。

ψ_r为转子磁链矢量的幅值，i_sm为定子电流励磁分量，i_st为定子电流转矩分量，u_sm为定子电压m轴分量，u_st为定子电压t轴分量。

通过转子磁场定向，定子电流被分解为定子电流励磁分量i_sm和定子电流转矩分量i_st。对式(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，转子磁链矢量的幅值ψ_r仅有定子电流励磁分量i_sm产生，与定子电流转矩分量i_st无关。

由式(3)可知，在转子磁链矢量的幅值ψ_r不变的情况下，电磁转矩T_e由定子电流转矩分量i_st唯一决定。从而像直流电动机一样，实现磁链和电磁转矩的解耦控制。

由式(2)可知，在转子磁链矢量的幅值ψ_r不变的情况下，通过控制转差角速度ω_s就可以控制定子电流转矩分量i_st，从而控制感应电动机的电磁转矩。间接矢量控制就是利用矢量控制方程中的转差公式(2)构成转差型的矢量控制系统，实现转子磁链矢量的间接矢量控制。

图1为感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统原理图。它的工作原理就是利用转速给定信号和反馈信号ω_r的偏差值通过速度控制器得到定子电流转矩分量的给定信号利用转子磁链矢量幅值的给定信号通过L_m参数除法运算器得到定子电流励磁分量的给定信号

根据转子磁链矢量的空间位置信号利用三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc通过三相静止/两相旋转坐标变换电路得到定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm。

利用定子电流励磁分量的反馈信号i_sm通过L_m参数乘法运算器和转子时间常数T_r惯性环节电路得到转子磁链矢量幅值的反馈信号ψ_r，利用定子电流转矩分量的反馈信号i_st通过L_m参数乘法运算器和T_r参数除法运算器，再除以转子磁链矢量幅值的反馈信号ψ_r，得到转差角速度的反馈信号ω_s。

利用转速的反馈信号ω_r和转差角速度的反馈信号ω_s通过加法运算控制器得到同步转速的反馈信号ω₁，并通过积分控制器得到转子磁链矢量的空间位置信号

利用转子磁链矢量的空间位置信号通过两相旋转/三相静止坐标变换电路，把定子电流转矩分量的给定信号和定子电流励磁分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号并与三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc相比较，通过电流滞环跟踪PWM信号发生器得到驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c，利用控制信号S_a、S_b、S_c去驱动逆变器工作，从而实现对转矩和磁链的解耦控制。

图2-5分别是感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的转子磁链幅值波形、定子电流转矩分量波形、电磁转矩波形和转速波形。从图2-5可以看出，在感应电动机加速起动阶段，由于转子磁链矢量幅值单调上升且动态响应慢，尽管定子电流转矩分量保持恒定最大值，但电磁转矩也单调上升且不能一直保持恒定最大值，从而导致感应电动机加速起动阶段不能像直流双闭环调速系统那样恒加速快速起动，降低了感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的动态响应。

有鉴于上述现有的感应电动机反馈型间接矢量控制系统存在的缺陷，本发明人基于多年的丰富经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法，能够改进一般现有控制系统存在的缺陷，使其更具有实用性，经过不断的研究、设计，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法，以解决感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的转子磁链矢量幅值单调上升且动态响应慢、电磁转矩不能一直保持恒定最大值和感应电动机加速起动阶段不能恒加速快起动等难题，使感应电动机加速起动阶段像直流双闭环调速系统那样恒加速快速起动，提高了感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的动态响应，使得系统的动态性能达到直流双闭环调速系统的水平。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

依据本发明提出的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中包括速度控制器、L_m参数除法运算器、加法运算控制器、积分控制器、除法运算控制器、T_r参数除法运算器、高截止频率低通滤波器、三相静止/两相旋转坐标变换电路、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；

所述高截止频率低通滤波器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一输出端连接，T_r参数除法运算器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第二输出端连接；所述除法运算控制器的第一输入端与T_r参数除法运算器连接，第二输入端与高截止频率低通滤波器连接；所述加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与速度测量电路连接；所述积分控制器的输入端与加法运算控制器连接；

所述两相旋转/三相静止坐标变换电路的第一输入端与速度控制器连接，第二输入端与L_m参数除法运算器连接，第三输入端与积分控制器连接；所述电流滞环跟踪PWM信号发生器的第一、二、三输入端与两相旋转/三相静止坐标变换电路连接，第四、五、六输入端与电流测量电路连接；所述电流滞环跟踪PWM信号发生器通过电压源型逆变器与感应电动机连接。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一、二、三输入端与电流测量电路连接，第四输入端与积分控制器连接。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述高截止频率低通滤波器是把定子电流励磁分量的反馈信号i_sm转换成反馈电流的m轴分量信号i_m的一种滤波器。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述T_r参数除法运算器是把定子电流转矩分量的反馈信号i_st除以转子时间常数T_r得到反馈电流的t轴分量信号i_t的一种运算器。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述三相静止/两相旋转坐标变换电路是把三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc转换成定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm的一种变换电路。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述两相旋转/三相静止坐标变换电路是把定子电流励磁分量的给定信号和定子电流转矩分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号的一种变换电路。

前述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其中，所述除法运算控制器是把反馈电流的t轴分量信号i_t除以反馈电流的m轴分量信号i_m得到转差角速度的反馈信号ω_s的一种控制器。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案进一步实现。

一种前述控制系统的控制方法，其具体包括以下步骤：

(1)、设定参数，具体包括：设定转子磁链矢量幅值的给定信号和速度的给定信号设定速度控制器的比例参数K_p和积分参数K_I，设定L_m参数除法运算器的参数L_m，设定T_r参数除法运算器的参数T_r，设定高截止频率低通滤波器的截止频率ω_c，设定电流滞环跟踪PWM信号发生器的滞环宽度h；

(2)、通过速度测量电路得到转速的反馈信号ω_r；

(3)、通过电流测量电路得到三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc；

(4)、利用速度控制器获得定子电流转矩分量的给定信号

(5)、利用L_m参数除法运算器计算出定子电流励磁分量的给定信号

(6)、利用三相静止/两相旋转坐标变换电路根据转子磁链矢量的空间位置信号获得定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm；

(7)、利用T_r参数除法运算器计算出反馈电流的t轴分量信号i_t；

(8)、利用高截止频率低通滤波器获得反馈电流的m轴分量信号i_m；

(9)、利用除法运算控制器计算出转差角速度的反馈信号ω_s；

(10)、利用加法运算控制器计算出同步转速的反馈信号ω₁；

(11)、利用积分控制器计算出转子磁链矢量的空间位置信号

(12)、利用两相旋转/三相静止坐标变换电路获得三相定子电流的给定信号

(13)、利用电流滞环跟踪PWM信号发生器生成驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；

(14)、利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c驱动电压源型逆变器工作，实现对感应电动机的控制。

本发明的特点在于：利用高截止频率低通滤波器(不再利用L_m参数乘法运算器和转子时间常数T_r惯性环节电路)把定子电流励磁分量的反馈信号i_sm变为反馈电流的m轴分量信号i_m(而不是转子磁链矢量幅值的反馈信号ψ_r)，同时只需利用T_r参数除法运算器(而不再利用L_m参数乘法运算器)把定子电流转矩分量的反馈信号i_st变为反馈电流的t轴分量信号i_t；利用除法运算控制器把反馈电流的t轴分量信号i_t和反馈电流的m轴分量信号i_m相除得到转差角速度的反馈信号ω_s，利用加法运算控制器把转速的反馈信号ω_r和转差角速度的反馈信号ω_s相加得到同步转速的反馈信号ω₁，再利用积分控制器把同步转速的反馈信号ω₁变为转子磁链矢量的空间位置信号根据转子磁链矢量的空间位置信号利用两相旋转/三相静止坐标变换电路和电流滞环跟踪PWM信号发生器生成驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；最后利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c去驱动逆变器工作，从而实现对感应电动机转矩和磁链的解耦控制。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，借由上述技术方案，本发明一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统的控制装置可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本发明省略了L_m参数乘法运算器和转子时间常数T_r惯性环节电路，只需利用T_r参数除法运算器把定子电流转矩分量的反馈信号i_st变为反馈电流的t轴分量信号i_t；利用高截止频率低通滤波器代替转子时间常数T_r惯性环节电路把定子电流励磁分量的反馈信号i_sm变为反馈电流的m轴分量信号i_m，而不是转子磁链矢量幅值的反馈信号ψ_r；然后利用除法运算控制器、加法运算控制器和积分控制器计算出转子磁链矢量的空间位置信号再利用两相旋转/三相静止坐标变换电路和电流滞环跟踪PWM信号发生器生成驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；最后利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c去驱动逆变器工作，从而实现对感应电动机转矩和磁链的解耦控制。

(2)与感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统相比，本发明使得感应电动机转子磁链矢量幅值不再单调上升且动态响应快，保持了定子电流转矩分量i_st的动态响应，进而保证了在转速起动阶段电磁转矩一直保持恒定最大值，从而使得感应电动机加速起动阶段像直流双闭环调速系统那样恒加速快速起动，提高了感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的动态响应，使得系统的动态性能达到直流双闭环调速系统的水平。仿真实验证明达到了预期的目的。

综上所述，本发明一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1.感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的结构示意图。

图2.感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的转子磁链幅值波形。

图3.感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的定子电流转矩分量波形。

图4.感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的电磁转矩波形。

图5.感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的转速波形。

图6.感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的结构示意图。

图7.感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的转子磁链幅值波形。

图8.感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的定子电流转矩分量波形。

图9.感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的电磁转矩波形。

图10.感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的转速波形。

【主要元件符号说明】

M:感应电动机

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统及其控制方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，包括速度控制器、L_m参数除法运算器、加法运算控制器、积分控制器、除法运算控制器、T_r参数除法运算器、高截止频率低通滤波器、三相静止/两相旋转坐标变换电路、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；

其中，高截止频率低通滤波器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一输出端连接，T_r参数除法运算器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第二输出端连接；除法运算控制器的第一输入端与T_r参数除法运算器连接，第二输入端与高截止频率低通滤波器连接；加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与速度测量电路连接；积分控制器的输入端与加法运算控制器连接；

两相旋转/三相静止坐标变换电路的第一输入端与速度控制器连接，第二输入端与L_m参数除法运算器连接，第三输入端与积分控制器连接；电流滞环跟踪PWM信号发生器的第一、二、三输入端与两相旋转/三相静止坐标变换电路连接，第四、五、六输入端与电流测量电路连接；电流滞环跟踪PWM信号发生器通过电压源型逆变器与感应电动机连接。

所述三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一、二、三输入端与电流测量电路连接，第四输入端与积分控制器连接。

对L_m参数除法运算器、三相静止/两相旋转坐标变换电路、T_r参数除法运算器、高截止频率低通滤波器、除法运算控制器、加法运算控制器、积分控制器、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器和速度控制器分别说明如下：

(1)L_m参数除法运算器

L_m参数除法运算器把转子磁链矢量幅值的给定信号除以感应电动机的定转子互感L_m得到定子电流励磁分量的给定信号

整理式(7)得到转子磁链矢量幅值的给定信号和定子电流励磁分量的给定信号的关系式：

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

式中，s为微分算子，由于转子磁链矢量幅值的给定信号是常数，

$\frac{{\mathrm{d\ψ}}_r^{*}}{dt}=0$

因此，式(8)还可以变为

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

(2)三相静止/两相旋转坐标变换电路

就是根据转子磁链矢量的空间位置信号把三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc转换成定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm；

三相静止/两相旋转坐标变换电路的表达式为

(3)T_r参数除法运算器

T_r参数除法运算器就是把定子电流转矩分量的反馈信号i_st除以转子时间常数T_r得到反馈电流的t轴分量信号i_t。

定子电流转矩分量的反馈信号i_st和反馈电流的t轴分量信号i_t的关系式为

i_t＝i_st/T_r(11)

(4)高截止频率低通滤波器

由于定子电流励磁分量的反馈信号i_sm经过转子时间常数T_r惯性环节电路会使得输出的反馈电流m轴分量信号i_m变成单调上升缓慢变化，从而影响转子磁链矢量幅值的动态响应，因此为了提高转子磁链矢量幅值的动态响应，利用高截止频率低通滤波器代替转子时间常数T_r惯性环节电路以加快转子磁链矢量幅值的动态响应。

定子电流励磁分量的反馈信号i_sm与反馈电流的m轴分量信号i_m的关系式为

$i_m=\frac{i_{sm}}{\frac{1}{{\mathrm{\ω}}_c}s+1}---\left(12\right)$

(5)除法运算控制器

除法运算控制器就是把反馈电流的t轴分量信号i_t除以反馈电流的m轴分量信号i_m得到转差角速度的反馈信号ω_s。

转差角速度的反馈信号ω_s与反馈电流的t轴分量信号i_t和反馈电流的m轴分量信号i_m的关系式为

${\mathrm{\ω}}_s=\frac{i_t}{i_m}---\left(13\right)$

(6)加法运算控制器

加法运算控制器就是把转速的反馈信号ω_r和转差角速度的反馈信号ω_s相加得到同步转速的反馈信号ω₁。

同步转速的反馈信号ω₁与转速的反馈信号ω_r和转差角速度的反馈信号ω_s的关系式为

ω₁＝ω_r+ω_s(14)

(7)积分控制器

积分控制器就是把同步转速的反馈信号ω₁积分得到转子磁链矢量的空间位置信号

转子磁链矢量的空间位置信号与同步转速的反馈信号ω₁关系式为

(8)两相旋转/三相静止坐标变换电路

就是根据转子磁链矢量的空间位置信号把定子电流励磁分量的给定信号和定子电流转矩分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号

两相旋转/三相静止坐标变换电路的表达式为

(9)速度控制器

速度控制器通过对转速的给定信号和转速的反馈信号ω_r的差值进行调节输出定子电流转矩分量的给定信号速度控制器采用比例积分控制器，利用下式实现：

$i_{st}^{*}=K_p({\mathrm{\ω}}_r^{*}-{\mathrm{\ω}}_r)+K_I{\∫}_0^t({\mathrm{\ω}}_r^{*}-{\mathrm{\ω}}_r)dt---\left(17\right)$

经过转子磁场定向后的的感应电动机电磁转矩可以表示为：

$T_e=n_p\frac{L_m}{L_r}{i}_{st}{\mathrm{\ψ}}_r---\left(18\right)$

由式(18)可知，在转子磁链幅值ψ_r恒定的条件下，电磁转矩与定子电流转矩分量i_st成正比，因此只要能够随心所欲控制好定子电流转矩分量i_st，就能控制好感应电动机的电磁转矩，从而获得高性能的交流调速系统。

(10)电流滞环跟踪PWM信号发生器

电流滞环跟踪PWM信号发生器就是把三相定子电流的给定信号与三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc相比较得到驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c。

把三相定子电流的给定信号分别与三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc相比较：

A相：当时，S_a＝1；当时，S_a＝0。

B相：当时，S_b＝1；当时，S_b＝0。

C相：当时，S_c＝1；当时，S_c＝0。

本发明感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的结构示意图如图6所示。

首先利用速度控制器把转速的偏差信号变为定子电流转矩分量的给定信号利用L_m参数除法运算器把转子磁链矢量幅值的给定信号变为定子电流励磁分量的给定信号

其次根据转子磁链矢量的空间位置信号利用三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc通过三相静止/两相旋转坐标变换电路得到定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm；

再次利用定子电流转矩分量的反馈信号i_st通过T_r参数除法运算器得到反馈电流的t轴分量信号i_t，利用定子电流励磁分量的反馈信号i_sm通过高截止频率低通滤波器得到反馈电流的m轴分量信号i_m；

再利用除法运算控制器把反馈电流的t轴分量信号i_t和反馈电流的m轴分量信号i_m相除得到转差角速度的反馈信号ω_s，利用加法运算控制器把转速的反馈信号ω_r和转差角速度的反馈信号ω_s相加得到同步转速的反馈信号ω₁，再利用积分控制器把同步转速的反馈信号ω₁变为转子磁链矢量的空间位置信号

然后利用两相旋转/三相静止坐标变换电路根据转子磁链矢量的空间位置信号把定子电流转矩分量的给定信号和定子电流励磁分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号利用电流滞环跟踪PWM信号发生器把三相定子电流的给定信号和三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc相比较得到驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；

最后利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c去驱动逆变器工作，从而实现对转矩和磁链的解耦控制。

具体而言，它依次含有以下步骤：

1：设定转子磁链矢量幅值的给定信号和速度的给定信号

2：设定速度控制器的比例参数K_p和积分参数K_I；

3：设定L_m参数除法运算器的参数L_m；

4：设定T_r参数除法运算器的参数T_r；

5：设定高截止频率低通滤波器的截止频率ω_c；

6：设定电流滞环跟踪PWM信号发生器的滞环宽度h；

7：通过速度测量电路得到转速的反馈信号ω_r；

8：通过电流测量电路得到三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc；

9：利用速度控制器获得定子电流转矩分量的给定信号

10：利用L_m参数除法运算器计算出定子电流励磁分量的给定信号

11：利用三相静止/两相旋转坐标变换电路根据转子磁链矢量的空间位置信号获得定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm；

12：利用T_r参数除法运算器计算出反馈电流的t轴分量信号i_t；

13：利用高截止频率低通滤波器获得反馈电流的m轴分量信号i_m；

14：利用除法运算控制器计算出转差角速度的反馈信号ω_s；

15：利用加法运算控制器计算出同步转速的反馈信号ω₁；

16：利用积分控制器计算出转子磁链矢量的空间位置信号

17：利用两相旋转/三相静止坐标变换电路获得出三相定子电流的给定信号

18：利用电流滞环跟踪PWM信号发生器生成驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；

19：利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c驱动逆变器工作，实现对感应电动机的控制。

为验证本发明方法，采用MATLAB2009a进行仿真验证。速度控制器参数整定后，K_p＝9.5，K_I＝20.3。

图7为感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的转子磁链幅值波形，图8为感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的定子电流转矩分量波形；图9为感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的电磁转矩波形；图10为感应电动机新型反馈型间接矢量控制系统的转速波形。

比较图2-5与图7-10可知，本发明使得感应电动机转子磁链矢量幅值不再单调上升且动态响应快，保持了定子电流转矩分量i_st的动态响应，进而保证了在转速起动阶段电磁转矩一直保持恒定最大值，从而使得感应电动机加速起动阶段像直流双闭环调速系统那样恒加速快速起动，提高了感应电动机传统反馈型间接矢量控制系统的动态响应，最终真正实现感应电动机磁链与转矩的解耦控制，使得系统的动态性能达到直流双闭环调速系统的水平。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于其包括速度控制器、L_m参数除法运算器、加法运算控制器、积分控制器、除法运算控制器、T_r参数除法运算器、高截止频率低通滤波器、三相静止/两相旋转坐标变换电路、两相旋转/三相静止坐标变换电路、电流滞环跟踪PWM信号发生器、电压源型逆变器和感应电动机；

所述高截止频率低通滤波器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一输出端连接，T_r参数除法运算器的输入端与三相静止/两相旋转坐标变换电路的第二输出端连接；

所述除法运算控制器的第一输入端与T_r参数除法运算器连接，第二输入端与高截止频率低通滤波器连接；

所述加法运算控制器的第一输入端与除法运算控制器连接，第二输入端与速度测量电路连接；

所述积分控制器的输入端与加法运算控制器连接；

所述两相旋转/三相静止坐标变换电路的第一输入端与速度控制器连接，第二输入端与L_m参数除法运算器连接，第三输入端与积分控制器连接；

所述电流滞环跟踪PWM信号发生器的第一、二、三输入端与两相旋转/三相静止坐标变换电路连接，第四、五、六输入端与电流测量电路连接；

所述电流滞环跟踪PWM信号发生器通过电压源型逆变器与感应电动机连接。

2.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述三相静止/两相旋转坐标变换电路的第一、二、三输入端与电流测量电路连接，第四输入端与积分控制器连接。

3.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述高截止频率低通滤波器是把定子电流励磁分量的反馈信号i_sm转换成反馈电流的m轴分量信号i_m的一种滤波器。

4.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述T_r参数除法运算器是把定子电流转矩分量的反馈信号i_st除以转子时间常数T_r得到反馈电流的t轴分量信号i_t的一种运算器。

5.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述三相静止/两相旋转坐标变换电路是把三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc转换成定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm的一种变换电路。

6.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述两相旋转/三相静止坐标变换电路是把定子电流励磁分量的给定信号和定子电流转矩分量的给定信号转换成三相定子电流的给定信号的一种变换电路。

7.如权利要求1所述的一种感应电动机反馈型间接矢量控制系统，其特征在于所述除法运算控制器是把反馈电流的t轴分量信号i_t除以反馈电流的m轴分量信号i_m得到转差角速度的反馈信号ω_s的一种控制器。

8.一种如权利要求1所述的控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)、设定参数，具体包括：设定转子磁链矢量幅值的给定信号和速度的给定信号设定速度控制器的比例参数K_p和积分参数K_I，设定L_m参数除法运算器的参数L_m，设定T_r参数除法运算器的参数T_r，设定高截止频率低通滤波器的截止频率ω_c，设定电流滞环跟踪PWM信号发生器的滞环宽度h；

(2)、通过速度测量电路得到转速的反馈信号ω_r；

(3)、通过电流测量电路得到三相定子电流的反馈信号i_sa、i_sb、i_sc；

(4)、利用速度控制器获得定子电流转矩分量的给定信号

(5)、利用L_m参数除法运算器计算出定子电流励磁分量的给定信号

(6)、利用三相静止/两相旋转坐标变换电路得到定子电流转矩分量的反馈信号i_st和定子电流励磁分量的反馈信号i_sm；

(7)、利用T_r参数除法运算器计算出反馈电流的t轴分量信号i_t；

(8)、利用高截止频率低通滤波器获得反馈电流的m轴分量信号i_m；

(9)、利用除法运算控制器计算出转差角速度的反馈信号ω_s；

(10)、利用加法运算控制器计算出同步转速的反馈信号ω₁；

(11)、利用积分控制器计算出转子磁链矢量的空间位置信号

(12)、利用两相旋转/三相静止坐标变换电路获得三相定子电流的给定信号

(13)、利用电流滞环跟踪PWM信号发生器生成驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c；

(14)、利用驱动逆变器的控制信号S_a、S_b、S_c驱动电压源型逆变器工作，实现对感应电动机的控制。