基于Simulink的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模與仿真

1、文章娘號：167213( 20xx) 05-0070-02基于simulink的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模與仿真張倩'，張榮文2（i.中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,山西 太原030051; 2. 91550部隊93分隊.遼寧 大連116023）摘要：根據(jù)異步電動機(jī)欠量控制原理.在simulink環(huán)境下建立異步電動機(jī)矢fit控制調(diào)速系統(tǒng).并以某電機(jī)為例對該控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，驗證了該模型的合理性和有效性。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)：矢盤控制；simulink中圖分類號：tp273 ：tm343文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a0引言交流異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、 強隅合的多變成系統(tǒng)。經(jīng)典的交流電機(jī)理論和傳統(tǒng)控

2、制系統(tǒng)分析方法不能完全適應(yīng)于現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)高動態(tài)性能. 20世紀(jì)70年代，許多專家學(xué)者 經(jīng)過潛心研究，并在實踐中不斷改良，終于形成了目 前所普遍應(yīng)用的異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。 按轉(zhuǎn)于破場定向的矢量控制通過一系列的坐標(biāo)變換， 實現(xiàn)了電機(jī)定了電流中勵磁分房和轉(zhuǎn)矩分量的解耦控 制。將控制對象的感應(yīng)電機(jī)當(dāng)作直流電機(jī)來進(jìn)行控制， 實現(xiàn)了對電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的動態(tài)控制.從而優(yōu)化了調(diào)速 系統(tǒng)的性能。本文在分析分步電動機(jī)矢量控制方法的根底上, 應(yīng)用simulink建立了異步電動機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng) 的仿真模型，同時對某電機(jī)進(jìn)行了調(diào)速控制仿真分析。 1異步電機(jī)矢堂控制系統(tǒng)1. 1矢量控制根本方程以

3、轉(zhuǎn)子磁場定向的異步電動機(jī)在w- t坐標(biāo)系 中.m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈w同向。根據(jù)電壓方程和磁鏈方 程，可得到矢量控制根本方程：式中：乩、i”分別為定于電流在"軸、7軸上的分量;l，、l 一分別為電機(jī)的轉(zhuǎn)子自感和互感：tr轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；（0 電機(jī)的轉(zhuǎn)差角頻率； n電磁轉(zhuǎn)矩；p微分算了；p.電機(jī)極對數(shù)。1.2矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制方案.其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖"整個系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩環(huán)和 磁通環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。磁通的閉環(huán)控制"實 現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁通的恒定。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁通恒定時，電磁轉(zhuǎn)矩與 定了電流的丁軸分量小成正比.通過控制3就可以控 制電磁轉(zhuǎn)矩。這樣由

4、小控制轉(zhuǎn)子磁通 i”控制轉(zhuǎn)矩.實 現(xiàn)r系統(tǒng)的完全解耦控制。矢量控制原理為：電機(jī)電流經(jīng)過clark變換.將實 時采樣到的電流h、m轉(zhuǎn)換為在靜止坐標(biāo)系下的電流 沁泌通過轉(zhuǎn)了磁鏈觀測模塊計算出轉(zhuǎn)了磁鏈角e再 通過park變換，得到與轉(zhuǎn)于同步坐標(biāo)系下的電流iu、 訐；通過磁通觀測器和轉(zhuǎn)矩觀測器得到觀測值和 八；由光電編碼器獲得的電機(jī)轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速/比 較，獲得的偏差經(jīng)過速度pi調(diào)節(jié)器，得到由電流7軸 分雖決定的轉(zhuǎn)矩參考值t：,與轉(zhuǎn)矩的觀測值7的偏 差經(jīng)過轉(zhuǎn)矩pi調(diào)節(jié)器輸出為轉(zhuǎn)子同步坐標(biāo)系（防- t）上的電壓分量由電流.w軸分量決定的破通參 考值0與磁通反應(yīng)量申的偏差經(jīng)過磁通pi調(diào)節(jié)器 輸出為轉(zhuǎn)子同步坐

5、標(biāo)系下的電壓分量瓜。再經(jīng)過 park逆變換轉(zhuǎn)換為靜止坐標(biāo)（如6）下的電壓分量 此云.通過svpwm逆變調(diào)制,將期望的電壓矢量 供應(yīng)逆變樣（w為逆變器直流電源電壓）。2仿真模型的建立控制系統(tǒng)仿真模型見圖2,其中包括3s/2r轉(zhuǎn)換、 21/2s轉(zhuǎn)換、svpwm（電氏空間矢量）計算、轉(zhuǎn)子磁鏈 觀測，逆變器、電機(jī)，pi調(diào)節(jié)器等模塊。根據(jù)工程設(shè)計方法將轉(zhuǎn)矩調(diào)廿器和磁通調(diào)節(jié)器校枚kshiw: 20xx-01-25:修回日期：20xx4m-25' ", 慢盅腰mjwv前 1 "們mg house. all rights reserved. hup:l w ki.nel正為典型i型

6、系統(tǒng).將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校正為典型ii型系 統(tǒng)，從而可街到pi控制君參數(shù)。異步電動機(jī)模塊和 pwm 逆變器模塊采用 siniulink/sinipowersystem block提供的電器元件,其它模塊那么采用simulink子 系統(tǒng)且裝而得。圖1三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向矢伸控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖額定功率30kw;定子電阻3仿真算例電機(jī)參數(shù)為：0. 010 9q定子自感0.01436mh;轉(zhuǎn)子電阻0.008q 轉(zhuǎn)子自感0.014 72mii;轉(zhuǎn)子互感0. 013 8inii;轉(zhuǎn)動慣 量0. 379kg - m2;極對數(shù)2。電機(jī)給定轉(zhuǎn)速好loorad/，在«= 1.8s時突加負(fù)我光=200nm

7、76;仿真轉(zhuǎn)速波形見圖3,在給定轉(zhuǎn)速好l(x)rad/st, 系統(tǒng)響應(yīng)快速且平穩(wěn)。在1.8s時突加負(fù)載77 = 200n m.轉(zhuǎn)速發(fā)生突變，但能迅速恢復(fù)到平衡狀態(tài)，穩(wěn) 定時無靜差。轉(zhuǎn)矩波形見圖4,空載運行時電磴轉(zhuǎn)矩均值 為零，在"l.8s時，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度快，且到達(dá)均值 200n -m.仿真結(jié)果證明了模型的合理性，旦波形符合 理論分析.系統(tǒng)能平穩(wěn)運行.具有良好的動、靜態(tài)特性。 4 '結(jié)格用simulink建立的異步電機(jī)矢遙控制系統(tǒng)，模型 直觀，不用編程，容易理解和使用，且仿真模型采用 模塊化設(shè)計，易于擴(kuò)展，為交流傳動系統(tǒng)的進(jìn)步研 究和設(shè)計打下了良好的根底。s3轉(zhuǎn)速波形(下轉(zhuǎn)第酒

8、頁)進(jìn)行軸方向旋轉(zhuǎn)的動力轉(zhuǎn)矩需要克服被測物 體重力、第一局部夾持裝置的自身重力和第二局部進(jìn) 行z軸方向旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)裝置的自身重力.按照被測物 體為最大重量計算：£ 包片 £ % 3)4.4總轉(zhuǎn)矩計算將相關(guān)參數(shù)代入式(1)式(3),計算得總轉(zhuǎn)矩w 為：,w=5/：+ .1/3= 29.7in m。計算結(jié)果說明：這樣的機(jī)構(gòu)只需要控制在較小的 加速度范圍內(nèi)就不會造成大的沖擊力.有效地減少 了對液而的干擾，可以到達(dá)較高的測雖精度，滿足了 整個測量對央持機(jī)構(gòu)的功能耍求。5結(jié)論木文設(shè)計了一種實現(xiàn)基于浮力測量的三維實體測 量與重構(gòu)方法的專用央持機(jī)構(gòu)。通過功能分析和運動 學(xué)仿真，結(jié)果說明：該

9、夾持機(jī)構(gòu)滿足三維測量系統(tǒng)的 應(yīng)用要求.能夠?qū)崿F(xiàn)測量系統(tǒng)的自動化.提高了測量 精度。同時，也為其它機(jī)械方面的設(shè)計者提供了有益 的參考。參考文獻(xiàn)：1) 孫寧.一種測量三雄物體輪廊的設(shè)備和方法：中國專利. 03i08989| p). 2003-09-17.2) 加藤郎.機(jī)械手圖冊ml .上海交通大學(xué)機(jī)械手及機(jī)器 人研究室.譯上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1979.3) 郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)| m.西安：西安電子科技大學(xué) 出版社,2006.4j祝凌云，李斌.pro/engineer運動仿女和有限元分析 (m).北京:人民郵電出版社,2004.5李柱國.機(jī)械設(shè)計與理論m.北京:科學(xué)出版社2003.desi

10、gn and analysis on the clamping systemof the 3d entity measurement devicexu yan. sunning(guilin university of flrrtronic tn*hiiokigy, guilin 541()04. china)abstract： through analyzing thr lhrmlimrtinion<il rnlil y mciihirrmriil and rrconligurulion on thr buoy aik*y mraurriii rn(, thr pciprr ha 強

11、designed u new damping drv k'c. this k i iki of cl am pi ng (lev ice ciin guanmlcr the inrcimiirrmrnt accuracy of measurement system by separating the |x)wcr plant with the hokling device. at i he same time, it has carried out the mcciianical analysts on the clumping devier .the analysis result

12、indicates that the new clamping device oin in rd the rccpiircmcnt of the thrcc- <liinensional measurement system and impmve the meakurtwent a<vuraq,key words lhioy<incy inriinurrrnrnt u-liim prig dev m <i*hanical analy sis(上接第71頁)參考文獻(xiàn)：i i|程翔.高學(xué)軍.基于simulink的異步電動機(jī)矢量控制 系統(tǒng)的仿ru j|.沈陽理工大學(xué)學(xué)報.20

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14、f m or han iasl and electronic engineering, north univcrily of china. tniyuan 030051, china; 2. thr 93rd t cam of 91550 army, dalian116023. china)abstract: a cm ixling to the principle of vector n t iy» i in t he asvn<*hn»nn in motor, a vector a> n t ix» i k|ieed regulatio n sjtein of asynchronous m utor i><inc(i on simulink is established and simulatr<k thr result of si