14-基于Matlab_Simulink的异步电动机间接矢量控制系统仿真

收稿日期:2008-09-04

基金项目:辽宁省省教育厅科研项目(2008150).

作者简介:丁丽娜(1977 ),女,吉林长春人,硕士,讲师,主要从事电器控制、电力系统自动化方面的研究.基于Matlab/Simulink 的异步电动机

间接矢量控制系统仿真

丁丽娜,高艳萍,谷 军

(大连水产学院信息工程学院,辽宁大连 116023)

摘要:对间接矢量控制理论进行分析,设计了异步电动机间接矢量控制系统.并用Matlab 对所设

计的间接矢量控制系统进行建模与仿真,仿真结果表明:该控制系统实现了磁通与转矩解耦,系

统的静、动态性能良好.

关 键 词:异步电动机;间接矢量控制;M atlab 仿真

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1671-0924(2008)11-0146-04

System Simu lation of Indirect Vector Control of Asynchronous

Motors Based on Matlab/S imulink

DING Li na,GAO Yan ping,GU Jun

(School of Information Engineering ,Dalian Fisheries University,Dalian 116023,Chi na)

Abstract:This paper introduces the indirect vector control theory in detail,and designs the indirec t vector control system,which is modeled and simulated in Matlab.The simulation results show that the control system realizes decoupling between magnetic flux and torque,and has good static and dynamic perfor mance.

Key words:asynchronous motor;indirect vec tor control;Matlab simulate

在交流调速传动的大背景下,矢量控制方法

的提出使交流传动系统的动态性能得到了显著改

善,这无疑是交流传动控制理论上一个质的飞跃.

矢量控制分为直接矢量控制和间接矢量控制.在

直接矢量控制系统中,系统复杂,而且控制效果也

不是很好.间接矢量控制具有控制方法简单的优

点,不需要进行磁通检测,像通常的转差控制方法

一样,只要测出电动机转子的角频率 ,加上根据

需要的转矩推算出应有的转差角频率 s ,以此控制定子电流的瞬时角频率 1= + s ,就能使电动机的电流和转矩迅速由原先的工作状态变到新的所需的工作状态.1 间接矢量控制理论 矢量控制能够达到对异步电动机的转矩和磁 第22卷 第11期

Vol.22 No.11重庆工学院学报(自然科学)Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural Science)2008年11月Nov.2008

场的快速响应和完全解耦控制.为了得到这样的解耦控制,在进行磁场定向时需要得到一个准确的相对于静止定子坐标系的旋转的转子磁通位置角.只有得到这个准确的位置角变量,才可能实现定子电流的转矩分量和励磁分量的完全解耦,通过独立的调节转矩分量和励磁分量来控制异步电动机的转矩和励磁,才可能得到像直流电机那样可以独立控制转矩和磁场的性能.

在控制过程中,只要能使电机定子、转子或气隙磁场中有一个始终保持不变,电机的转矩就能和稳态工作时一样,主要由转差决定.如图1所示M 1-T 1轴被定位在定子上,而M 2-T 2则以同步角速度 1旋转.在任何情况下,T 2轴相对于T 1轴 角位置之处.角度 由转子角位置 和 sl 的总和给出,此处 =

1

d t,

= d t, sl

= s

d t,由气隙磁通和转子漏磁通组成的转子磁通!^

是对准M 2轴的,因此为了解耦控制,电流的定子磁通分量i m 1和电流的转矩分量i t 1要分别对准M 2轴和T 2轴

.

图1 用于间接矢量控制的相量

根据旋转坐标系M 2-T 2的等效电路,可以写出下列方程:

d !t 2

d t

+R 2i t 2+( 1- )!m 2=0d !m 2

d t

+R 2i m 2+( 1- )!t 2=0(1)

此外

!t 2=L r i t 2+L m i t 1,!m 2=L r i m 2+L m i m 1(2)

由式(2)可得

i t 2=

1L r !t 2-L m L r i t 1,i m 2=1

L r !m 2-L m L r i m 1

(3)

式(3)中的转子电流代入式(1)得

d !t 2

d t +R 2L r !t 2-L m L r R 2i t 1+ sl !m 2=0d !m 2d t +R 2L r !m 2-L m L r R 2i m 1+ sl !t 2=0(4)

式中 s = 1- .

对于解耦控制,最好是!t 2=d !t 2

d t

=0,!m 2=!^

r =恒值,

d !m 2

d t

=0式(4)可化简为 s =L m !^r (R 2L r

)i t 1,L r R 2d !^

r

d t +!^r =L m i m 1

(5)

定子磁链可以写成

!t 1=L m i t 2+L s i t 1,!m 1=L m i m 2+L s i m 1(6)

将式(5)代入式(6),可以得到!t 1=(L s -L 2m L r )i t 1+L m L r !t 2!m 1=(L s -L 2m L r )i m 1+L m L r !m 2(7)

作为定子电流和定子磁通的函数的转矩方程式是

T e =

32(n p

2

)(i t 1!m 1-i m 1!t 1)(8)

式(7)代入式(8),以消去定子磁通.T e =32(n p 2)L m

L r (i t 1!m 2

-i m 1!t 2)(9)

代入!t 2=0和!m 2=!^r ,转矩表达式为

T e =

32(n p 2)L m L r i t 1!^

r

(10)

式(10)连同下面的力学方程式T -T L =(n p 2)J d

d t (11)描述了如图2中所示在解耦控制条件下的电机模型.该模型与他励直流电机的相似显而易见. 间接矢量控制的系统结构图如图3所示.

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丁丽娜,等:基于Matlab/Simulink 的异步电动机间接矢量控制系统仿真

图2

具有解耦控制的电机模型方块

图3 间接矢量控制系统框图

此处的电压运算指令是将异步电动机解耦后推导而来,电压运算指令为

u *m 1=R 1i *m 1-L s 1i *

t 1u *t 1=R !1i *t 1-L s 1i *m 1+

L m L r !*

r

(12)其中R !1=R 1+L 2m /T 2L r ,对于旋转矢量角的确定,首先计算出转差频率,再与测得的电机转子频率相加得到同步角频率,经积分而得.

2 间接矢量控制系统Matlab 真模型

本控制系统的主要模块有速度调节模块、矢量变换模块、磁场定向角计算模块、电机模块等组

成.每个模块都采用相应的Ma tlab 语言编写.在上述各个仿真模块的基础上可以得到异步电动机仿真系统连接框图如图4所示.

仿真中电机的相关参数为

R S =1.732?,R r = 2.011?,L S =(7.387+159.232)mH,L r =(9.732+159.232)mH,L m =159.232mH,P =4,J =0.001kg ?m 2,B =0.0001N ?m.sec/rad,T L =1N ?m.

在给定恒转矩负载仿真时,转矩标么值设为0.136,转速在0~0.256s 内的转速标么值设为0.3,在0.256~0.512s 内转速标么值改变为0.6,其相应的仿真波形如图5所示

.

图4 控制系统仿真连接框图

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图5 恒转矩负载,改变转速时的波形

3 结束语

从以上的仿真波形可以看出,所设计的间接矢量控制系统完全实现了励磁分量和转矩分量的解耦,并具有响应快,稳态特性好等优点.在控制系统性能相同的情况下,采用间接矢量控制系统,用转差频率和测得的转速相加后积分来估计磁通相对定子的位置,结构比较简单,能实现励磁分量和转矩分量的解耦,所能获得的动态性能也可以达到直流双闭环控制系统的水平.参考文献:

[1] 黄俊.电力电子变流技术[M].3版.北京:机械工业

出版社,1995:10.

[2] 李永东.交流电机数字控制系统[M].北京:机械工业

出版社,2002.

[3] 陶永华.新型PID控制及其应用[M]:2版.北京:机械

工业出版社,2002:9.

[4] 薛定宇.基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与

应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

(责任编辑 陈 松)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7kqq.html