转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算

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转差频率矢量控制系统PI调节器参数计算

矢量控制 PI调节器参数计算

1 引言

在转差频率型间接磁场定向控制装置中，转子磁链空间矢量ψr的大小与空间相位角是用所测得的定子电流和转速求得的。在转子磁链定向矢量控制中，仅考虑转子磁通的稳态方程，就可以从转子磁通直接得到定子电流d轴分量的给定值，再通过对定子电流的有效控制，就形成转差矢量控制。转差频率型间接磁场定向控制由于其控制简单已在实际中广泛应用，“和谐号”CRH2动力分散型高速动车组就是采用该控制算法 [1] 。

本文根据转差频率矢量控制原理，采用连续系统的工程设计方法，对转差频率矢量控制系统的PI调节器进行设计和参数计算，并仿真验证设计的有效性和可行性。

2 转差频率矢量控制系统传函

转差频率矢量控制基本框图如图1所示。

图1 转差频率矢量控制模型

根据转差频率矢量控制原理，可得下列表达式： Lmisd=ψrd （1）其中，

Lm——定转子互感； isd——定子电流d轴分量； ψrd——转子磁链d轴分量。该控制算法可以由下列方程表示[3]

Tem——电磁转矩； Pn——极对数； ωsl——转差频率。

(2)

由转差频率矢量控制方程式可得

注意到上式中存在和ωs有关的旋转电动势耦合项，因为Lmisd=ψrd，令

(3)

(4) (5)

从而有

(6)

根据式（2）中

持恒定，因而ψrd=const为常数，则写成传递函数形式为

，考虑到矢量控制过程中ψrd保

(7)

图2为一个转差频率矢量控制系统的传递函数框图。

图2 转差频率矢量控制系统的传递函数框图

3 PI调节器设计

3.1 定子电流调节器设计

在控制系统中选择定子电流作为控制变量的根本原因是：在进行磁场定向控制时，电磁转矩和磁通解耦后直接受控于定子电流的转矩分量与磁通分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁通。另外，电流调节器在一定意义上可以认为具有理想电流源的特性，可以不考虑电机的定子侧由于电阻、电感或反电动势造成的动态行为，使控制系统的阶数降低，同时也降低了控制环节的复杂性。

PI调节器通常用来提供高的直流增益，以消除稳态误差提供可控的高频响应衰减。在矢量控制中采用d-q同步旋转坐标系中的PI调节器，可以解决静止坐标系中PI调节器的电流稳态误差问题。

由于d轴电流的反馈信号存在延迟，为了平衡这一延迟作用，在给定信号通道中，加入相同时间常数的一阶惯性环节，称作给定滤波环节。反馈滤波环节的滤波时间常数Tf可根据需要来定，一般来说要满足Tf＜σTs [3]。

将给定滤波环节和反馈滤波环节等效地移到环内，从而得到d轴电流环的开环传递函数

调节器，使其校正成Ⅰ型系统，其结构如图4所示。

(8)

这是一个二阶系统，此控制对象是双惯性型的，式中Tf＜σTs ，选择传递函数形式为的PI

图3 d轴电流闭环调节的控制动态结构图

图4 校正后的d轴电流闭环

由于Tf＜σTs＜Ts，所以取二者中较大的一个，即，则校正后的开环传递函数为

（9）

根据工程设计方法，要达到二阶“最优”模型的动态性能，对于传递函数为

的典型Ⅰ型系统，需满足ξ=0.707，KT=0.5。