第七章磁场定向矢量控制系统
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第七章磁场定向矢量控制系统
判断题
1.不同电机模型彼此等效的的原则是在不同的坐标系下所产生的磁动势完全一致。
√
2.矢量控制系统可以分为电压型和电流型，现代牵引传动系统中，电流型矢量控制系
统应用最为普遍。
⨯
3.低速情况下，采用电压模型法观测转子磁链性能比采用电流模型法好。
⨯
4.转子磁链准确的检测与计算是进行矢量变换控制的前提。
√
5.直接矢量控制系统是转速和磁链闭环控制的矢量控制系统。
√
6.CRH2型动车组在低速时采用异步调制，高速时采用分段同步调制，弱磁控制采用
单脉冲控制。
√
7.间接矢量控制系统是转速闭环、磁链开环控制的矢量控制系统。
√
8.转子磁链观测模型中电流模型比较适用于微机数字控制。
⨯
9.在电传动系统中，电机是实现机电能量转换的主体。
√
10.转子系统与静止系统之间的变换是一种旋转变换，而不是静止的三相/两相变换。
√
11.矢量控制是以定子磁链的矢量来定向的。
⨯
12.电机转子时间常数会随着转子绕组温度而变化。
√
13.德国的BR152电力机车采用的是间接矢量控制方式。
⨯
14.一般情况下，我们希望电动机工作在额定满磁场的状态。
√
15.直接转矩控制方式比矢量控制方式具有更优良的动、静态性能。
√选择题
1.我国CRH2型动车组采用的控制策略是______
（B）
A. 恒压频比控制策略
B. 转子磁场定向间接矢量控制策略
C. 转子磁场定向直接矢量控制策略
D. 直接转矩控制策略
2.下面几种异步电机控制方式中，属于智能控制的是______
（C）
A. 恒压频比控制
B. 直接转矩控制
C. 人工神经网络控制
D. 矢量控制
3.下面几种转子磁链观测的方法中，哪一种是在两相旋转坐标系上实现的
（D）
A. 电压模型法
B. 电流模型法
C. 电压—电流模型法
D. 根据指令电流和转速检测值计算磁链法
4.在电压—电流转子磁链观测模型中，没有用到的信号是______
（B）
A. 定子电流信号
B. 转子电流信号
C. 定子电压信号
D. 转速信号
5.下列车型中，采用间接矢量控制的是______ （A）
A. CRH2型动车组
B. 德国BR152电力机车
C. 奥地利1012电力机车
D. CRH3型动车组
6.在电力牵引交流传动电力机车和高速动车组上，异步牵引电动机控制方法经历了几
个发展过程。
（B）
A.2个
B.3个
C.4个
D.5个
7.影响电机转子时间参数的因素为______
（D）
A.磁路饱和
B.温度变化
C.频率变化
D.以上三项都是
8.在矢量控制系统中，用于两个正交量求取模及幅角的运算的坐标变换是______
（D）
A.3/2变换
B.2/3变换
C.VR变换
D.K/P变换
9.下面哪项不是人工神经网络的优点______ （B）
A.具备快速并行计算能力
B.控制电路简单
C.容错能力强
D.对参数变化的影响较小
10.数字信号处理器(DSP)的优点有______ （D）
A.硬件简单、控制算法灵活
B.抗干扰性强
C.无漂移、兼容性好
D.上述三项都是
11.在数字化异步电机控制系统中，数字控制模块的作用是______ （C）
A.多项式拟合、模块查表和插值
B.PWM发生
C.实现PID控制算法、参数/状态估计
D.A/D控制和数字滤波
12.在数字化异步电机控制系统中，实现高速弱磁控制的模块是______ （B）
A.信号转换及信号调理模块
B.驱动给定/PWM发生模块
C.给定值产生模块
D.数字控制模块
13.在数字化异步电机控制系统中，给定值产生模块的作用是______
（A）
A.多项式拟合、模块查表和插值
B.PWM发生
C.实现PID控制算法、参数/状态估计
D.A/D控制和数字滤波
14.在数字化异步电机控制系统中，信号转换及信号调理模块的作用是______
（D）
A.多项式拟合、模块查表和插值
B.PWM发生
C.实现PID控制算法、参数/状态估计
D.A/D控制和数字滤波
15.数字化矢量控制系统中的参数的数字化包括______
（D）
A.定子电流、转速采样
B.转子磁通离散化
C.转速、转矩离散化
D.以上三项都是
问答题
1.简述矢量控制的基本思想。
答：三相异步电动机只要在系统中实现同步旋转MT两相坐标系，并使M轴在转
子磁链 r方向定向，即可实现磁场电流iM和转矩电流iT的独立控制，使非线性
耦合解耦。
这就是矢量控制的基本思想。
2.简述矢量控制的优缺点。
答：优点：矢量控制是基于直流调速系统的控制思想对异步电动机进行矢量解耦，
实现磁链和转矩独立调节，具有良好的动态响应性能，调速范围广。
缺点：容易受电机参数变化的影响进而降低系统的调速性能，并且由于存在较多的坐标变换，计算较复杂。
3.矢量控制中用了哪些坐标系和坐标变换？
答：用到的坐标系有：abc三相静止坐标系， 两相静止坐标系，转子磁场定向的
MT旋转坐标系
用到的坐标变换有：静止三相—两相变换及其反变换，静止两相—两相旋转变换及其反变换，直角坐标K—极坐标P的变换
4.试比较说明电压模型和电流模型两种磁链模型的特点。
答：电压模型算法简单，且算法中不含转子电阻，受电机参数的影响较小，但由于
存在电压积分问题，在低速运行时，模型运算困难。
电流模型不存在对电压积分环节，可以在全速范围内运用，但由于存在一阶滞后环节，在动态过程中，难以保证控制精度，并且算法中要用到转子时间常数，它
会随转子绕组温度而变化，从而影响磁链观测的准确性，甚至影响整个矢量控制系
统的性能。
5.简述矢量控制中磁链和转矩两个子系统完全解耦的条件。
答：(1)转子磁链的计算值等于其实际值。
(2)转子磁场定向角的计算值等于其实际值。
(3)忽略电流控制变频器的滞后作用。
6.举例说明矢量控制技术在推广应用中存在的问题和解决办法。
答：转子磁链计算的准确与否对矢量控制特性具有决定性的影响。
但由于电动机磁
路饱和、温度变化和频率变化对电感、电阻及时间常数的影响，使转子磁链的准确
估算变得十分困难。
要解决这个问题，需要寻求一种较为简便实用的对参数修正和
补偿的办法，从而保证交流传动系统中矢量控制的精度。
计算题
1.结合下推导出三相/两相变换公式。
解：设三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2，各相次磁动势为有效匝数与电流的乘积，且磁动势波形是正弦分布的，当三相总磁动势与两相总磁动势相等时，两套绕组瞬时磁动势在α、β轴上的投影都应相等，则有：
2333311cos 60cos 60()22
A B C A B C N i N i N i N i N i i i α=-
︒-︒=-- 233sin 60sin 60)B C B C N i N i N i i i β=︒-︒
=- 整理并写成矩阵形式，得
33/22111220A A B B C C i i i N i C i i N i i αβ⎡⎤⎡⎤⎡⎤--⎢⎥⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎣ 考虑变换前后总功率不变，则有
3/23/2T
C C E =
33/2201121
2T N C N ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=-⎢⎥⎢⎢-⎢⎣
233/23/2201111122()02212222T N C C N ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎢⎥--⎢⎥⎢⎥⎢=-⎢⎥⎢⎢-⎢⎣⎦⎢--⎢⎣⎦ 232103()012N E N ⎡⎤==⎢⎥⎣⎦
得
32N N =
代入可得
11122022A B C i i i i i αβ⎤⎡⎤--⎥⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⎣⎦
⎣⎦ 2. 写出转子磁链观测模型中电压模型和电流模型的数学方程。
解：电压模型的数学方程为：
[()]r r s s s s m L u R L p i L p
αααψσ=-+ [()]r r s s s s m L u R L p i L p βββψσ=
-+ 其中2
1m s r
L L L σ=-，p 为微分算子。
电流模型的数学方程为：
1()1r m s r r r r L i T T p ααβψωψ=
-+ 1()1r m s r r r r L i T T p ββαψωψ=++。
