大功率感应电机复矢量电流控制器设计

定子电流环控制在感应电机矢量控制中非常重要，直接影响系统的稳定性。为减少逆变器的损耗，大功率牵引系统往往运行在低开关频率下，其控制器带宽非常有限，且会产生较大的数字延时，使感应电机d轴、q轴的交叉耦合严重，导致系统动态过程中电流抖动较大，且动态响应速度严重降低，影响了电流环的控制性能。为此，文章在复矢量概念基础上建立感应电机数学模型，全面分析了交叉耦合效应的来源；同时分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响，得到了克服延时的控制思路；最后，基于零极点对消原理，设计了一种考虑延时影响的复矢量控制器。在离散域内，该控制器消除了控制器传递函数中的耦合项，实现了d轴和q轴电流的有效解耦；同时，由于整个控制系统的传递函数是一个典型二阶系统，容易将其带宽调整至较高水平，故控制系统还具有较高的动态响应速度。仿真和实验结果表明，文章所提出的复矢量电流控制器相比于传统控制器方案，其交叉耦合误差在全速度范围内下降超过80个百分点，动态响应速度提升超过45%，且具有良好的控制性能。