现如今 PWM（Pulse Width Modulation）技术被广泛用于变频调速系统中，其作 用原理为借助于对全控型电力电子器件的导通与关断两个状态的控制将直流电压调 制为具有特定形状的电压脉冲，达到变频变压以及消除谐波的目的。而目前广泛用 于交流逆变器中且性能更为优异的电压正弦波脉宽调制（SPWM）技术则是在 PWM 技术中采用新的脉冲调制方法，使其脉宽时间占空比能够按正弦规律变化，从而输 出波形经过滤波电路后可以得到正弦波输出。空间电压矢量 PWM 是将 PWM 技术 优化衍生出来的，它的工作原理是把三相电动机工作时定子的理想磁链圆用来作为 参考标准，然后切换选择三相逆变器的各种开关状态，来产生并输出 PWM 波，同 时根据实际产生的磁链矢量来跟随其精确的磁链圆。SVPWM 方法跟以往的 PWM方法有所不同，它在控制过程中是将逆变电路和异步电动机作为一个整体来看，而 不是简单利用电源来产生一个可调压频的正弦波电源，其能根据电动机的定子磁链 矢量和定子电压二者之间的相应关系，来达到直接控制电动机定子磁链矢量幅值的 近似恒定，使其顶点能够沿圆轨迹运动，从而实现其调速要求。SVPWM 技术的系 统模型简单，并且能显著抑制逆变器输出电流的谐波分量和损耗，有效降低脉动转 矩，十分易于微处理器实现实时控制。

交流电动机具有一个繁杂的高阶非线性动态数学模型。德国西门子的工程师早 在 70 年代初期就已经提出相应的三相电动机的磁场定向控制方法，主要思路就是测 定电动机的定子电流，并将其进行解耦为励磁电流和转矩电流两个矢量，分别控制 两个矢量的幅值和相位来控制异步电动机的转矩，换而言之，通过控制定子电流矢 量来实现异步电动机的转矩控制，这种控制方式被我们称为矢量控制方式。

一般来说矢量控制过程实现了对磁链和转矩的解耦，因此我们需要分别设计两 部分的调节器，从而控制异步电动机来获得高性能调速。矢量控制方式有转差频率 控制、无位置传感器控制以及有位置传感器控制三种。其核心思想是通过一系列数 学变换，将三相异步电动机模型用直流电动机模型等效替换，从而获得与直流调速 系统类似的调速性能。Siemens，ABB，Allen-Bradley，GE，Fuji，SAJ 等公司早已 将矢量控制算法应用在其公司生产的变频器上。

1。5 课题研究内容

本文分为共四个章节，第二章将介绍异步电动机的几种控制方法以及物理模型， 并搭建数学模型，最后提出基于转子磁场定向的矢量控制设计方案。第三章对整个 控制系统硬件设计作详细介绍并对各部分电路作用进行说明。最后为总结和展望。

第二章 矢量控制的基本原理和模型

2。1 异步电动机的控制方式

2。1。1 异步电动机调速方法

下式描述的是交流异步电动机的转速规律：

上述的等式中：转子转速表示为 n；电源频率表示为 f；电动机的极对数表示为 p；

异步电动机的转差率表示为 s。

从上式我们可得知，在电源频率 f、极对数 p 或者转差率 s 发生变化时，交流异 步电动机的转速都会发生变化。现在工业生产中主要利用以下几种调速方法：

（1）变极对数调速法：本方法通常用于不需无级调速的生产现场。

（2）变频调速法：本方法控制精度高，并且调速性能较好。

（3）串级调速法：本方法一般用于轧钢机以及挤压机等大型机床。

（4）绕线式子电动机转子串电阻法：此调速方法是有级调速。