matlab期末作業(yè)轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的matlab仿真

PAGE13PAGE13轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的matlab仿真一、概要：矢量變換控制技術(shù)的誕生和發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能化的態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分MatlabSimulink交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)性能。由于交流異步電動(dòng)機(jī)屬于一個(gè)高階、非線性、多變量、強(qiáng)耦合系統(tǒng)。數(shù)數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分MatlabSimulink環(huán)境是一種優(yōu)秀的PI調(diào)節(jié)/PWM果。關(guān)鍵字matlab異步電動(dòng)機(jī)矢量控制轉(zhuǎn)差頻率二、異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，常作如下的假設(shè)：120磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布。忽略勵(lì)磁飽和，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的。忽略鐵心損耗。不考慮頻率變化和溫度變化對(duì)繞組的影響。A、B、CAa、b、caA軸間的電角度圖1三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型１圖1三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型三相定子繞組的電壓平衡方程組du iRA A stuBiBRs dtBdu iR C C s dt

（2-1）2）三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程du ia a

R as dtdubibRs dtbdu iR c c s dt

（2-2）式中uA，uB，uC，ua，ub，uc ——定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值；i i i ，i，ii ——定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；A B C a b c ， ，， ——各相繞組的全磁鏈；A B C a b cRR ——定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。s r上述各量都已折算到定子側(cè)，為了簡(jiǎn)單起見，表示折算的上角標(biāo)“`”均省略，以下同此。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(duì)它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)為：u R

0 0 0

0i

uA s R

iA

A B 0

0 0 0B

Bu 0 0

0 0 0i

uC

=0

sR 0 0

iC

+pC

（2-3） a 0 ru 0 0 0 0

a0i

a ub 0 0 0

r Rib b c

0 r c c對(duì)應(yīng)于定子互感Lms

，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對(duì)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(guò)氣隙，磁阻相同，故可認(rèn)為L(zhǎng) =L 。ms mr對(duì)于每一相繞組來(lái)說(shuō)，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：轉(zhuǎn)子各相自感：

L =L =LAA BB

=L +Lms ls

（2-4）L =L =L =L +L =L +L （2-5）aa bb cc mr lr ms ls2的，互感是角位移的函數(shù)?，F(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度。在假定氣隙磁通為正玄分布的條件下，互感值應(yīng)為：L cos120=ms

cos（-120=-1Lms 2 m

（2-6）于是定子各繞組之間的互感：L =LAB BC

=L =LCA

=L =LCB

=-1L2 ms

（2-7）轉(zhuǎn)子各繞組之間的自感：L =L =Lab bc

=L =Lba

=L =-1ac 2

L =-1Lmr 2 ms

（2-8）的變化，可分別表示為：L =L =LAa aA

=L =L =LbB Cc

=L cosmsL =L =L =L =L =L =L cos（Ab bA Bc cB Ca aC msL =L =L =L =L =L =L cos（-120） （2-9）Ac cA Ba aB Cb bC ms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L 。ms陣是比較復(fù)雜的，為了方便起見，可以將它寫成分塊矩陣的形式如下： L

Lis=ss

sr

s （2-10） r rr rs rr式中 s A

B C

r

Tb ciis

i iB C

iir

i ib c

（2-11）L L

1

1L ms 1s

2

2 ms11L

L

1

（2-12）ss 2 1

ms 1

2 ms L

L L L2 ms

2 ms ms 1sL L

1

1L ms 1r

2

2 ms11L

L

1L rr 2 1

ms 1

2 ms L

L L L2 ms

2 ms ms 1r cos 120) ) L rs

L ms

cos 120) （2-14）cos12) cos+12) cos Lrs

和L 兩個(gè)矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置角有關(guān)，它們sr的元素都是變參數(shù)，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。后面將詳細(xì)討論這一問(wèn)題。將磁鏈方程代入電壓方程，即得展開后的電壓方程：uRip(Li)RiLdi

dLiRiLdi

dL

dt

（2-15）dt d其中，Ldi/dt項(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中的脈變電動(dòng)勢(shì)，(dL/d)i項(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)中與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)矩方程根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變化時(shí)磁共能的變化率mW，mm

（電流約束為常值），且機(jī)械角位移

= ，于是npW，meT=mem

ict

W，=n mp ict

（2-16）用三相電流和轉(zhuǎn)角表示的轉(zhuǎn)矩方程TnL (ii iii

)sine p ms Aa Bb Cc(iiA(iiAc

iiBciiBa

iiCaiiCb

)sin(+120) （2-17）)sin(120)應(yīng)該指出，上述公式是在線性磁路，磁動(dòng)勢(shì)在空間按正玄分部的假定條件下得出來(lái)的，但對(duì)定轉(zhuǎn)子電流對(duì)時(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流i相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式為：TT

J d

（2-18）e L n dtpL式中 TL

負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J 機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的關(guān)系: ddt

（2-19）以上各式便構(gòu)成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下三相異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型三、轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理矢量控制是一種高性能異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它基于電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)，或稱矢量控制系統(tǒng)。2SPWMPI/PWM組成。其中給定環(huán)節(jié)有定子電流勵(lì)磁分量im*和轉(zhuǎn)子速度n*。放大器G1、G2ASRUm*Ut*s模塊實(shí)現(xiàn)。函數(shù)運(yùn)算模塊ws*根據(jù)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算轉(zhuǎn)差，s并與轉(zhuǎn)子頻率想加得到定子頻率

，再經(jīng)積分器得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角。1sincosdq0/abcdq0/abc是輸出是PMW1G4PMW1G4的衰減系數(shù)。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：主電路SPWM電壓型逆變器，開關(guān)器件采用用的方案；轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，即**，在轉(zhuǎn)速變換過(guò)程中，異s 1步電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終跟隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速而同步升降，從而使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)吏加平滑。圖2轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理框圖圖中：*、分別為轉(zhuǎn)子角頻率給定和轉(zhuǎn)子角頻率負(fù)反饋；i 圖2轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)原理框圖1m 1t

分別為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量；為轉(zhuǎn)差角；s

、分別為1定子角頻率和轉(zhuǎn)子角頻率正反饋；u 、u 分別為定子電壓的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分1m 1s量。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型是通過(guò)檢測(cè)定子三相電流和轉(zhuǎn)速r

計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，三相定子電流經(jīng)3s/2r變換得到定子電流的勵(lì)磁分量ism

和轉(zhuǎn)矩分量ist

。并由異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制方程式：T e

LP Lr

ist r L m

st (6)s T r r r

Lm iTp1r通過(guò)矢量控制方程（6，可以計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差S

和定子頻率1（1

。r從矢量控制方程式中可以看到，在保持轉(zhuǎn)子磁鏈r

不變的控制下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)i1t

控制，并且轉(zhuǎn)差S

可以通過(guò)定子電流的轉(zhuǎn)矩分量i 計(jì)算，轉(zhuǎn)子磁鏈1t

也可以通過(guò)定子電流的勵(lì)磁分量i1m

來(lái)計(jì)算。在系統(tǒng)中以ASR的輸出為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量i1t

，并通過(guò)計(jì)算得到轉(zhuǎn)差。如S

0，由式可得Li

， i

/Ti 。r r m

s

r1m由于矢量控制方程得到的是定子電流的勵(lì)磁分量，而本系統(tǒng)采用了電壓型逆變器，需要相應(yīng)的將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，其變換關(guān)系為u Ri L

(7)sm s1m 1 sstu Li (R

Lp)i

(8)st 1 ssm

s 式中，usm

、u 為定子電壓的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量；為漏磁系數(shù)，1Lst

/LL。s ru 、usm

三相靜止坐標(biāo)系的變換2r/3，得到SPWM逆變器的三相電壓控制信號(hào)，并控制逆變器的輸出電壓。四、基于Simulink的轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)模型的建立節(jié)器、PI調(diào)節(jié)器、函數(shù)運(yùn)算、二相/三相坐標(biāo)變換、PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)。1.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊仿真模型如圖3所示：圖圖3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊im*n*G1G2分器組成了帶限幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。根據(jù)角頻率，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值。函數(shù)運(yùn)算模塊函數(shù)運(yùn)算模塊的仿真模型如圖4所示：圖4函數(shù)運(yùn)算模塊它是根據(jù)定子電流的勵(lì)磁分量

i*和

，通過(guò)函數(shù) ，*m t*然后經(jīng)過(guò)和轉(zhuǎn)子頻率m相加得到定子頻率

）計(jì)算得到轉(zhuǎn)差s1，根據(jù)定子頻率和矢量轉(zhuǎn)角的關(guān)系，1對(duì)1進(jìn)行積分，最終得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角 (theta)。對(duì)1坐標(biāo)變換模塊圖5二相/三相坐標(biāo)變換模塊-to-abc模塊的搭建主要是根據(jù)坐標(biāo)變換公式，利用SimulinkPWM得到拖動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)所需的三相交流電源，完成閉環(huán)的控制過(guò)程。轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)仿真模型模型參數(shù)

圖6轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)仿真模型在本例中，需要設(shè)置的參數(shù)是定子電阻Rs，轉(zhuǎn)子電阻Rr，主電感LLmNp，需要輸入的量是定子電壓、電流和轉(zhuǎn)子電角速度（機(jī)械角速度和極對(duì)數(shù)的乘積）。3*746＝２２３８KW,220V50HZ（n2，定子繞組電p阻R 0.435，Lm

0.004mH，轉(zhuǎn)子繞組電阻Rr

0.816，轉(zhuǎn)子繞組漏感L 0.004mHLm

0.069mH，J=0.19Kg.m2510V，LS

L Lm

0.071H, LR

0.056,Tr

0.087。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得到：U*0.435*um 1

0.056*0.071*u *u2 3U*0.071*u *ut 1

0.435*u2

0.056*0.071*u3W*s=0.815*u[2]/0.07131/u[1]1400r/min0.45sT1=65N*M。該系，步長(zhǎng)取e-5轉(zhuǎn)差頻率矢量控制仿真模型放大器參數(shù)放大器放大倍數(shù)放大器放大倍數(shù)G135G42G20.15G59.55G30.0076G69.55仿真結(jié)果：模型仿真的結(jié)果如下所示：a)a)轉(zhuǎn)速響應(yīng)b)轉(zhuǎn)子A、B、C相電流響應(yīng)c)c)定子A、B、C相電流響應(yīng)d)電磁轉(zhuǎn)矩特性????????????????????????e)轉(zhuǎn)子磁鏈軌跡???????????????????f)定子磁鏈軌跡圖7轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析1）定子電流和轉(zhuǎn)矩的變化過(guò)程。從圖7(a)可以看出隨著頻率的增加轉(zhuǎn)速逐步提高，在t=0.39s的加載過(guò)程中，由于此時(shí)電動(dòng)機(jī)開始加載，所以使得轉(zhuǎn)速有所波動(dòng)，1400r/min(實(shí)際值略有偏差)。同時(shí)由(b)、(c)可以看出，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，逆變器輸出電壓逐步提高，在加載后，定轉(zhuǎn)子電流保持固定值不變。圖(c)顯示，電機(jī)空載起動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流值基本保持不變20A。而電動(dòng)機(jī)加載后，電流迅速上升，隨后維持在Is=35A(d)Te=80N·m。從圖(e)和(f)中可以看出電動(dòng)機(jī)在零狀態(tài)起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立的過(guò)程，2r／3s轉(zhuǎn)矩的大幅度變化，但最終呈規(guī)則的圓形變化。根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念和系統(tǒng)的原理框圖，建立轉(zhuǎn)差頻率矢量PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)K1、積分系數(shù)K2與坐標(biāo)變換模塊輸出信號(hào)的放大系數(shù)需要配合調(diào)節(jié)，當(dāng)偏差較大時(shí)，調(diào)節(jié)K1，以快速減少偏差；當(dāng)偏差