三相異步電機(jī)矢量控制matlab仿真

拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)目錄設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 2異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型基本原理 2異步電機(jī)的三相動態(tài)數(shù)學(xué)模型 2異步電機(jī)的坐標(biāo)變換 7三相-兩相變換 7靜止兩-旋轉(zhuǎn)正交變換 8異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 9按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想 9以ω-is-ψr為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程 9dq坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 9αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 11以w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標(biāo)系上的異步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 13轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制原理框圖 13轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 14異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 15仿真模型的參數(shù)計(jì)算 15矢量控制系統(tǒng)的仿真模型 16仿真結(jié)果分析 19mt坐標(biāo)系中的電流曲線 19總結(jié)與體會 21參考文獻(xiàn) 211設(shè)計(jì)任務(wù)及要求仿真電動機(jī)參數(shù)：R=1.85Ω，R=2.658Ω，L=0.2941H，L=0.2898H，L=0.2838H，s r s r mJ=0.1284Nm·s2，n=2，U=380V，f=50Hz。p N N采用二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d-q）下異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB/SIMULINK完成異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。2異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型基本原理交流電動機(jī)是個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，作如下假設(shè)：120氣隙周圍按正弦規(guī)律分布；忽略鐵心飽和；（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。異步電機(jī)的三相動態(tài)數(shù)學(xué)模型2-1A,B,Ca,b,cω隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，以AaAθ磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程組成。拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)圖2-1三相異步電動機(jī)的物理模型磁鏈方程每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)為：式中iA，iB，iC，ia，ib，ic---ψA，ψB，ψC，ψa，ψb，ψc---各相繞組的全磁鏈。L---6×6電感矩陣，其中對角線元素LAA、LBB、LCC、Laa、Lbb、Lcc是各有關(guān)繞組的自感，其余各項(xiàng)這是繞組間的互感。實(shí)際上，與電機(jī)繞組交鏈的磁通只有兩類：一是穿要過氣隙的相間互感磁通；另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前是主要的。定子各相漏磁通所對應(yīng)的電感稱為定子漏感，由于繞組的對稱性，各相漏感均相等；同樣，轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁對應(yīng)于定子互感Lms，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感Lmr。由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等且各繞組間互感磁通都通過氣隙磁阻相同故可認(rèn)Lms = Lmr。對于每一相繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通和漏感磁通之和，因此，定子各相自感為轉(zhuǎn)子各相自感：

LAA=LBB=LCC=Lms+Lls （2-2）Laa=Lbb=Lcc=Lmr+Llr （2-3）兩相繞組之間只有互感?；ジ杏蟹譃閮深悾孩俣ㄗ尤嗬@組彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼之間位置都是固定的，故互感為常值; ②定子任一相之間的位置是變化的，互感是角位移θ的函數(shù)。現(xiàn)在先討論第一類，三相繞組軸線彼此在空間的相位差是+_120為正玄分布的條件下，互感值應(yīng)為于是，定子各繞組之間的互感和轉(zhuǎn)子各繞組之間的自感至于第二類與電機(jī)交鏈的磁通，即定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互間位置的變化，可分別表示為當(dāng)定、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時(shí)，兩者之間的互感值達(dá)到最大值，就是每相的最大互感Lms。磁鏈方程可以寫成分塊矩陣的形式如下：式中:LrsLsrθ這是系統(tǒng)非線性的一個(gè)根源。為了把變參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成常參數(shù)矩陣須利用坐標(biāo)變換。電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程組三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程式中uA，uB，uC，ua，ub，uc---定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值；Rs，Rr---定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。將電壓方程寫成矩陣形式或者寫為將磁鏈方程代入電壓方程，即得展開后的電壓方程Ldi/dtdL/dθ(wi)w轉(zhuǎn)矩方程用三相電流和轉(zhuǎn)角表示的轉(zhuǎn)矩方程上述公式是在線性磁路，磁動勢在空間按正玄分部的假定條件下得出來的，但對定轉(zhuǎn)子電流對時(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實(shí)際瞬時(shí)值。因此上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。運(yùn)動方程若忽略電力拖動系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，則系統(tǒng)的運(yùn)動方程式為：式中J---機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量；TL---包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)角方程為異步電機(jī)的坐標(biāo)變換三相兩相變換ABCα、β3/22-2A、B、Cα、β兩個(gè)坐標(biāo)系，為方便起見，取Aααβ圖2-2三相、兩相靜止坐標(biāo)系與磁通勢空間矢量C3/2的原則和變換前后功率不變的原則，可以得到：如果從兩相坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系，簡稱2/3變換:iA+iB+iC=0，于是三相坐標(biāo)系與兩相坐標(biāo)系之間的電流變換可進(jìn)一步簡化為：靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換圖2-3兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動勢空間關(guān)系2-3iαiβidiq，同步轉(zhuǎn)速ω1Fs2-3，iαiβ，idiq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為：兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣是:3異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量，以實(shí)施控制。以ω-is-ψr為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq選取狀態(tài)變量：輸入變量：輸出變量：電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：運(yùn)動方程：轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)：電動機(jī)勵(lì)磁系數(shù)：狀態(tài)方程：輸出方程：αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程dqdαβ系。將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式圖3-1靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系由于m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希簽榱吮ＷCm軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶渴冀K重合，還必須使將式（3-12）和式（3-13）代入式（3-9）,得到αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程：由式（3-9）第三行得:導(dǎo)出αβ坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度:αβ坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式:學(xué)模型與直流電動機(jī)動態(tài)模型相當(dāng)。拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)以w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標(biāo)系上的異步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程,可以畫出αβ坐標(biāo)系中的異步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:圖3-2 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制原理框圖2r/2s2/3拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)圖3-3 矢量控制系統(tǒng)原理框圖轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖而轉(zhuǎn)速通道存在積分環(huán)節(jié)，必須加轉(zhuǎn)速外環(huán)使之穩(wěn)定常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：2/3定值，采用電流滯環(huán)控制型PWM3/2αβPIαβ坐標(biāo)系中SVPWM制逆變器輸出三相電壓。本次設(shè)計(jì)利用的是第二種方法。3-4其中，ASR，AΦR，ACMR4異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真仿真模型的參數(shù)計(jì)算已知異步電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)：根據(jù)已知條件計(jì)算如下：根據(jù)式可得：轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速根據(jù)式可得：轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速可得轉(zhuǎn)差角頻率又根據(jù)轉(zhuǎn)差角頻率的公式則可得：mt（3-2MATLAB圖4-1矢量控制系統(tǒng)仿真模型ASR，APsirR，ACMRK/P4-4其中mt坐標(biāo)系下的ACMotor的仿真模型如下：圖4-2 mt坐標(biāo)系下異步電動機(jī)的仿真模型轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子磁鏈和兩個(gè)電流調(diào)節(jié)器均采用帶有積分和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)圖4-3 PI調(diào)節(jié)器的模型拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)本次仿真設(shè)計(jì)中的調(diào)節(jié)器都是采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為；Ki— 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；Ti— 同時(shí)其傳遞函數(shù)也可寫為：系統(tǒng)中的K/P模塊用來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和角度圖4-4轉(zhuǎn)子磁鏈和角度計(jì)算結(jié)構(gòu)圖在此次設(shè)計(jì)中，由于電動機(jī)模型是根據(jù)兩相靜止αβ在仿真設(shè)計(jì)中加入了靜止兩相——旋轉(zhuǎn)正交變換）和旋轉(zhuǎn)——靜止兩相正交變換2r/2sMATLAB4-54-6拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)拖動系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)圖4-52s/2r變換結(jié)構(gòu)圖圖4-62r/2s變換結(jié)構(gòu)圖仿真結(jié)果分析mt坐標(biāo)系中的電流曲線（Isa&Isb4-7t=3st=3s載