基于转子磁链定向的异步电机矢量控制仿真(一)

在网上找了很久没有找到合适的基于转子磁链定向的矢量控制仿真。最后自己终于根据理论完成了仿真，在此做一个关于仿真的内容描述，仿真的实际文件会上传到博客中。仿真下载地址

（一）仿真主体

仿真的主体框图如上所示，主要由三个部分组成：主电路逆变模块，转子磁连定向控制模块和SVPWM模块，下面分别介绍一下这三个模块。

（二）主电路逆变模块

主电路逆变模块主要由逆变电路和simulink中自带的异步电机组成，其中为了测试方便，异步电机采用的是simulink中已经设计好的电机模型，如果大家有需要的话可以自己进行定义电机参数以适配自己的情况。

逆变电路则是很普通的三相逆变电路，直流电压选择的是650V。

（三）SVPWM模块

SVPWM技术是在异步电机控制中应用比较广的一种技术，以较高的电压利用率和直接通过αβ电压进行三相电压生成等优点受到大家的青睐。
在该模块中，我主要是采用目前最普遍的一种方法，即，通过αβ坐标先判断要合成的矢量的所在扇区，从而可以通过扇区确定作用的两个有效矢量，再根据αβ坐标大小和所在扇区确定有效矢量和零矢量的作用时间，最后通过矢量作用时间平均分配原理确定开关的合理开关时间。
SVPWM实现的描述在网上有大量的博客讲述实现方法，大家可以根据其他博客了解具体原理。
最后是关于SVPWM的两个要点，即扇区判断表和有效矢量持续时间表，扇区判断表大家自行推导，我在此贴出我自己算出的有效矢量持续时间表。

（四）转子磁链定向控制模块

这里其实就是根据陈伯时运动控制系统书籍中的经典控制模型框图来制成的，框图主要如下所示：

其中磁链控制器和转速控制器Kp和Ki都为5和10，限幅为-100至100，一定要注意的是两个PI控制器要进行抗饱和，我用的是积分遇限消弱法（climping），能够获得较好的控制性能。
转矩电流和励磁电流控制器Kp和Ki也都为5和10，无限幅。
KpKi的大小是我根据试错试出来的，最好是根据典型的PI控制器设计方法来进行设计，不过我的自控学的不是很好，就只能试错了hh。
在该模块中，关键点是转子磁链的计算，在这里采用αβ坐标系的电流定向和dq坐标系的电流定向都是可以的，我采用的是dq坐标系电流定向。两种方法的框图如下所示：

记得dq坐标磁链计算时，由于转子磁链角度计算需要用到转子磁链自身的大小，而一开始的大小为0无法进行除法，因此要对转子磁链在0s给一个较小初值，我给的是1e-6

(5)仿真结果

最终仿真结果如下所示:
1、在空载调节下，给定转速155rad/s，能够实现无静差达到155rad/s，图示如下：

2、进行了负载条件下的矢量控制仿真，在1s时加入20N/m的转矩负载，转速在波动后能够在1s内回到给定值155rad/s，具有较好的抗干扰能力。

最后可以看到转矩仍有波动，估计可能是未进行电流解耦所致，我会在日后进行尝试。