线形参数扼制在船体带动电机摹拟体系的践行研讨

　　空间矢量分量的定义在定子 α-β 坐标系下的异步电动机电压方程式中，下标 α，β 分
别代表 α 分量和 β 分量；下标 s，r 分别代表定子分量和转子分量；下标 m 代表定、转子之
间相互关联的量；ωr 为转子电角速度；p 为微分交流电网 380V 水箱 1 变频器 1 变频器 2
蓄电池模拟装置集中控制台水箱 2M1M2 螺旋桨负载模拟装算子；θ 为 ψs 与 ψr 之间的夹
角，亦称磁通角；R 是电阻；ψ 是磁链；i 是电流；L 是电感；Km 是常数。
　　一般，高速时采用 u-i 模型，因为 u-i 模型简单，精度高，受参数影响小（只受 Rs 影
响）；低速时采用 i-n 模型，因为低速时由于 Rs 的影响，u-i 模型已不能正确地工作，因
此应采用 i-n 模型。这样就出现了快速平滑切换的问题。综合 u-i 和 i-n 模型的特点，可以采
用如所示的两种模型结合的方法，即在全速范围内都实用的磁链 u-n 模型，由定子电压
和转速来获得定子磁链。通过解决 u-i 模型和 i-n 两模型之间的平滑过渡问题，使得在高速
时，定子磁链的观测实际工作在 u-i 模型下；在低速时，实际工作在 i-n 模型下。
　　该模型的关键是加入了 PI 电流调节器，它的作用是强迫模型电流和实际的电机电流
相等，否则调节器输出补偿信号以修正定子磁链和电流值，直至两电流值相等。因此，高
速时，由于电机的定子反电势高，该模型基本工作在图中虚框中的 u-i 模型下；低速时，
因电机定子反电势低，由 u-i 模型产生的积分误差经 PI 电流调节器得到修正，此时基本
工作在 i-n 模型下。
　　定子磁链的 u-n 模型中，如果电动机模型得到的电流 siα′与实际测量到的电动机电流
isa 不相等，就会产生一个差值 siiiα′送入到电流调节器 PI 的输入端。电流调节器就会输出
补偿信号加到 I 单元的输入端，以修正 Ψuα 和电流值，直至 siα′完全等于 isa，即 i 为零，
PI 才停止调节。u-n 模型综合了 u-i 和 i-n 两模型的优点，又很自然地解决了平滑切换的问
题。高速时，u-n 模型实际工作在 u-i 模型下，磁链实际上只是由定子电压与定子电流计算
得到。由定子电阻误差、转速测量误差以及电动机参数误差引起的磁链误差在这个工作范
围内降至最小。
　 　 电 压 空 间 矢 量 与 磁 链 空 间 矢 量 的 关 系 定 子 磁 链 与 定 子 电 压 之 间 的 关 系 为 ：
stutitRdtψ=∫若忽略定子电阻压降的影响，则 stutdtψ≈∫（上式表示定子磁链空间矢量与定子
电压空间矢量之间为积分关系<4，5>，如所示。当磁链空间矢量 Ψs 在图中所示位置时，
如果逆变器加到定子上的电压空间矢量 us 为 us（011），则定子空间矢量的顶点，将沿
着 S1 边的轨迹，朝着电压空间矢量 us（011）所作用的方向运动。当 Ψs 沿着 S1 运动到 S1
与 S2 的交点 J 时，如果给出电压空间矢量 us（001），则磁链空间矢量 Ψs 的顶点会按照
与 us（001）相平行的方向，沿着边 S2 的轨迹运动。
　　同样的方法依次给出 us（101）us（100）us（110）us（010），则 Ψs 的顶点依次沿
着边 S3S4S5S6 的轨迹运动，从而达到通过磁链来控制电动机转矩的目的。
　　Matlab/Simulink 环境下的系统建模与仿真分析 DTC 系统的 Simulink 模型潜水异步电
动机 DTC 系统的 Simulink 模型如所示。潜水异步电动机的各项参数为：Pe＝15kW，Ue＝
110V，Ie＝110A，ne＝750r/min.控制系统功能可以分为两个部分：第一部分是电动机状
态观测，通过观测电动机的电流、电压和转速反馈值，可以间接观测电动机的转矩反馈值
Tf、磁链反馈值 Ψsαβ。观测单元包括三相到两相的变换、转矩观测、磁链观测等；第二部分
是比较选择，反馈值与给定值比较后经调节器通过 Band-Band 的控制形成转矩调节信号
TQ、磁链调节信号 ΨQ 和 θ，开关状态选择单元根据 TQ、ΨQ 和 θ 信号去选择控制逆变器
的开关状态，输出相应的电压空间矢量 us，实现异步电动机的转矩和转速调节。
　　仿真结果仿真结果如、、所示。其中为定子磁链轨迹，从图中可以看出磁链轨迹为不规
则正六边形，近似理想的圆形控制轨迹，达到了磁链调节的目的。为采用通用型 PWM 控