MATLAB异步电机矢量控制系统的仿真研究(2)
1.2 异步电机控制方案及其发展
传统的异步电机控制是按照电机稳态时的运行规律进行控制，精度低，能耗高，效率差，针对传统电机控制方式存在的问题，当前异步电动机常用的控制方法有: V/F控制;矢量控制;直接转矩控制;无传感器技术;自适应控制;智能控制技术;
（1） V/F控制
当前异步电机调速总体控制方案中，V/F控制方式是最早实现的调速方式。该控制方案结构简单，通过调节逆变器输出电压实现电机的速度调节，根据电机参数，设定V/F曲线，其可靠性高。但是，由于其属于速度开环控制方式，调速精度和动态响应特性并不是十分理想。尤其是在低速区域由于定子电阻的压降不容忽视而使电压调整比较困难，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。异步电动机存在转差率，转速随负荷力矩变化而变动，即使目前有些变频器具有转差补偿功能及转矩提升功能，也难以实现0.5%的精度，所以采用这种V/F控制的通用变频器异步电机开环变频调速适用于一般要求不高的场合，如风机、水泵等机械。若开发高性能专用变频控制系统，此种控制方式不能满足系统要求。
近年来，随着数字化控制的变频调速系统获得巨大发展，先进的电机控制理论（如磁场定向矢量控制、直接转矩控制）被广泛应用，变频装置中的电力电子器件性能大大提高，同时核心控制计算机从16位机发展到32位机，并且普遍使用高速数字信号处理器(DSP)进行复杂的控制算法运算，实现了快速运算和高精度控制。现代的数字化控制变频调速系统噪声大大降低，元器件大幅度减少，并且可以得到良好的电流波形，从而使系统更加可靠。同时系统在调速范围、调速精度、动态响应、输出性能、功率因数、运行效率和使用的方便性等方面都是其它交流调速方式不可比拟的。
（2）矢量控制
矢量控制是非常好用的一种控制方法，由西门子工程师F.Blaschke首先提出。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量 (励磁电流) 和产生转矩的电流分量 (转矩电流) 分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控制方式。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式、无速度传感器矢量控制方式和有速度传感器的矢量控制方式等。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在siemens，AB，GE，Fuji等国际化大公司变频器上。
目前全数字化控制变频调速系统的电流响应可达到0.1～0.7ms，速度响应可达到2～4ms，足以满足传动领域的要求。 当前，数字化变频调速控制系统中普遍使用的控制方式是PWM矢量控制方式（包括电压矢量、磁通矢量和磁场定向等）。矢量控制能够对电压、电流以及它们产生的磁势、磁链的瞬间值进行控制，并且能够实现磁通和转矩的解耦，从而大大提高电机的动、静态性能。使交流调速系统发生了质的飞跃，逐步取代直流调速系统，成为主要的传动装置。例如现代高速列车、地铁、电动汽车都采用了交流调速系统。
矢量控制理论解决了交流电机的转矩控制问题，应用坐标变换将三相系统等效为两相系统，在经过按转子磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦，从而达到对交流电动机的磁链和电流分别控制的目的。