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摘要：以转子磁场定向的矢量控制系统已经广泛应用于高性能的工业场合，本文深入分析矩阵式变换器驱动异步电动机转子磁场定向理论，采用SIMULINK仿真分别建立矩阵变换仿真模型以及基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统仿真模型，对矩阵变换的控制原理、输入、输出性能以及矢量控制系统的模型抗干扰能力及四象限运行特性进行分析验证，并针对基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统的特点，着重对矢量控制单元进行SIMULINK仿真设计及试验验证。
关键词：矢量控制;异步电机;SIMULINK仿真
1 引言
随着半导体及微电子器件特别是微型计算机及大规模电子电力技术的发展，矢量控制理论向电气传动领域的渗透和应用，使得交流电机调速技术日趋成熟。近年来，随着电力半导体器件及微电子器件特别是微型计算机及大规模集成电路的发展，再加上现代控制理论，特别是矢量控制技术向电气传动领域的渗透和应用，使得交流电机调速技术日臻成熟。以矢量控制为代表的交流调速技术通过坐标变换重建电机模型，从而可以像直流电机那样对转矩和磁通进行控制，交流调速系统的调速性能已经可以和直流调速系统相媲美。因此，研究由矢量控制构成的交流调速系统已成为当今交流变频调速系统中研究的重要发展方向之一。
2 矢量控制理论
三相平衡的正弦电流iA，iB，iC通到交流电机三相对称的静止绕组A、B、C会产生旋转磁动势F，在空间呈正弦分布，并以同步转速ω1绕A-B-C-A相序旋转。它的物理模型如图1（ a）所示。然而任意相平衡电流通入相应相的对称绕组均可以产生旋转磁动势，其中以两相绕组最为简单，两相静止绕组α和β，它们在空间相差90°，通以时间上相差90°的两相平衡电流也产生旋转磁动势F，当图1（ a）和图1（ b）产生的磁动势相等时，认为图1（ a）中的三相绕组和图1（ b）的两相绕组等效。图1（c）中的两个匝数相同的绕组d和q互相垂直.它们分别被通以直流电流id和iq，产生合成磁动势F，令整个铁心以同步转速ω1旋转，则磁动势F成为旋转磁动势，如果将其大小和转速也控制成与图1（a）和图1（b）的旋转磁动势相同，则这套旋转的直流绕组就和前面两套交流绕组等效。当观察者也站在铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，绕组d和q是两个通以直流电而相互垂直的静止绕组，如果控制磁通Ф的位置在d轴上，这就和直流电机模型没有什么区别。
运动方程与坐标变换无关，选择转子磁链的空间矢量方向M轴方向进行定向，并控制的幅值不变，可实现磁场电流分量与转矩电流分量之间的解耦。这样控制转子转矩电流，就能达到控制T的目的。以磁场进行定向的M轴与定子绕组a轴间的夹角Ф可看做是从定子侧面观测到的转子磁通位置，它是一个空间变量，需要通过磁通监测器或磁通运算回路监测出来。
4 Simulink模块设计
4.1 仿真模块设计
按照上述数学模型建立的矢量控制结构框图如实例图2所示。为实现对电机的矢量控制，使电机满足一定的性能指标（稳定性、快速性和准确性），并尽可能使仿真模型简化，而采用电流和转速负反馈控制方式。为了使仿真时间尽可能短并达到一定的仿真精度，选用离散控制系统。其具体结构如实例图3所示。
4.2 Simulink 整体模块设计
电机整体模块如图4，使用电源进行32变换后输入电机，矢量控制仿真如图5所示，然后将输出信号进行23变换后利用示波器转变成波形。
4.3 Simulink仿真结果
电机在w*=280的条件下运行，从实验可以看出，当ω*=280时，在启动的瞬间，定子电流的峰值可达到35A，在恒转矩启动阶段，定子电流基本上保持在3A，恒转矩启动阶段的大约时间为3秒。在恒转矩段，转矩保持在极限值11N·m。
5 结论
本文从实际应用出发，研究异步电动机矢量控制系统的控制策略，对矢量控制系统的转速估计、磁链观测进行了详细的理论分析、仿真以及实验研究，主要工作概括如下：在磁场定向控制下，建立了异步电动机的数学模型和仿真模型;其次，通过矢量控制，设计并建立了用于仿真的一空间矢量脉宽调制模块，并通过实验验证了输出结果和理论推导的一致性。
参考文献
[1] 杨淑英， 丁大尉， 李曦，等. 基于反电动势滑模观测器的异步电机矢量控制[J]. 電机与控制学报， 2016， 20（10）：23-30.
[2] 黄劭刚， 宋凤林， 洪剑锋，等. 基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制研究[J]. 微特电机， 2016， 44（2）：62-66.
[3] 樊生文， 周鹏， 赵新咏. 异步电机矢量控制系统稳定性优化研究[J]. 计算机仿真， 2016（3）：300-304.
关键词：矢量控制;异步电机;SIMULINK仿真
1 引言
随着半导体及微电子器件特别是微型计算机及大规模电子电力技术的发展，矢量控制理论向电气传动领域的渗透和应用，使得交流电机调速技术日趋成熟。近年来，随着电力半导体器件及微电子器件特别是微型计算机及大规模集成电路的发展，再加上现代控制理论，特别是矢量控制技术向电气传动领域的渗透和应用，使得交流电机调速技术日臻成熟。以矢量控制为代表的交流调速技术通过坐标变换重建电机模型，从而可以像直流电机那样对转矩和磁通进行控制，交流调速系统的调速性能已经可以和直流调速系统相媲美。因此，研究由矢量控制构成的交流调速系统已成为当今交流变频调速系统中研究的重要发展方向之一。
2 矢量控制理论
三相平衡的正弦电流iA，iB，iC通到交流电机三相对称的静止绕组A、B、C会产生旋转磁动势F，在空间呈正弦分布，并以同步转速ω1绕A-B-C-A相序旋转。它的物理模型如图1（ a）所示。然而任意相平衡电流通入相应相的对称绕组均可以产生旋转磁动势，其中以两相绕组最为简单，两相静止绕组α和β，它们在空间相差90°，通以时间上相差90°的两相平衡电流也产生旋转磁动势F，当图1（ a）和图1（ b）产生的磁动势相等时，认为图1（ a）中的三相绕组和图1（ b）的两相绕组等效。图1（c）中的两个匝数相同的绕组d和q互相垂直.它们分别被通以直流电流id和iq，产生合成磁动势F，令整个铁心以同步转速ω1旋转，则磁动势F成为旋转磁动势，如果将其大小和转速也控制成与图1（a）和图1（b）的旋转磁动势相同，则这套旋转的直流绕组就和前面两套交流绕组等效。当观察者也站在铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，绕组d和q是两个通以直流电而相互垂直的静止绕组，如果控制磁通Ф的位置在d轴上，这就和直流电机模型没有什么区别。
运动方程与坐标变换无关，选择转子磁链的空间矢量方向M轴方向进行定向，并控制的幅值不变，可实现磁场电流分量与转矩电流分量之间的解耦。这样控制转子转矩电流，就能达到控制T的目的。以磁场进行定向的M轴与定子绕组a轴间的夹角Ф可看做是从定子侧面观测到的转子磁通位置，它是一个空间变量，需要通过磁通监测器或磁通运算回路监测出来。
4 Simulink模块设计
4.1 仿真模块设计
按照上述数学模型建立的矢量控制结构框图如实例图2所示。为实现对电机的矢量控制，使电机满足一定的性能指标（稳定性、快速性和准确性），并尽可能使仿真模型简化，而采用电流和转速负反馈控制方式。为了使仿真时间尽可能短并达到一定的仿真精度，选用离散控制系统。其具体结构如实例图3所示。
4.2 Simulink 整体模块设计
电机整体模块如图4，使用电源进行32变换后输入电机，矢量控制仿真如图5所示，然后将输出信号进行23变换后利用示波器转变成波形。
4.3 Simulink仿真结果
电机在w*=280的条件下运行，从实验可以看出，当ω*=280时，在启动的瞬间，定子电流的峰值可达到35A，在恒转矩启动阶段，定子电流基本上保持在3A，恒转矩启动阶段的大约时间为3秒。在恒转矩段，转矩保持在极限值11N·m。
5 结论
本文从实际应用出发，研究异步电动机矢量控制系统的控制策略，对矢量控制系统的转速估计、磁链观测进行了详细的理论分析、仿真以及实验研究，主要工作概括如下：在磁场定向控制下，建立了异步电动机的数学模型和仿真模型;其次，通过矢量控制，设计并建立了用于仿真的一空间矢量脉宽调制模块，并通过实验验证了输出结果和理论推导的一致性。
参考文献
[1] 杨淑英， 丁大尉， 李曦，等. 基于反电动势滑模观测器的异步电机矢量控制[J]. 電机与控制学报， 2016， 20（10）：23-30.
[2] 黄劭刚， 宋凤林， 洪剑锋，等. 基于变参数MRAS法的异步电机矢量控制研究[J]. 微特电机， 2016， 44（2）：62-66.
[3] 樊生文， 周鹏， 赵新咏. 异步电机矢量控制系统稳定性优化研究[J]. 计算机仿真， 2016（3）：300-304.