矢量控制的异步电动机调速系统仿真设计.doc

3. 总体模块设计 矢量控制结构框图按照上述数学模型建立的矢量控制结构框图如实例图 所示。 矢量控制结构框图为了实现对电机的矢量控制,使电机满足一定的性能指标( 稳定性、快速性和准确性) ,并尽可能使仿真模型简化,而采用电流和转速负反馈控制方式。为了使仿真时间尽可能短并达到一定的仿真精度,选用离散控制系统。整个系统主要分成 6部分:速度控制器、矢量控制器、电流比较脉冲产生器、全桥逆变电路、异步电机和反馈回路。其具体结构如实例图 所示。图 矢量控制系统结构框图 各子系统模块 求解磁链模块图 求解磁链模块 求解转子磁链角模块该模块是计算θ角,也就是 d轴的位置 ids* 求解模块此模型的作用是根据转子磁通来计算定子电流的励磁分量 i d* ,模型如下所示图 i ds*求解模块 iqs* 求解模块此模块的作用是计算定子电流在 d、q 坐标系下的 q 分量的给定值 i qs* ,其内部构造如下所示: 图 i qs*求解模块 ABC 到 DQ 坐标变换模块 ABC - DQ 子模块完成从 ABC 三相定子坐标系到 d、q 坐标系的变换( 3/2 变换),在这个模块中,根据定子电流在 ABC 三相定子坐标系下的分量,经过旋转变换,得出电动机定子电流在 d、q 坐标系下的转矩分量 i qs 和励磁分量 i ds。模块的构造如下图: ABC 到 DQ 模块 DQ到 ABC 坐标变换模块 DQ- ABC 子模块是根据定子电流在 d、q坐标系下的分量,经过旋转变换得出电动机定子的三相绕组电流的给定值 i abc, DQ 到 ABC 模块 电机参数设置参数额定功率线电压频率定子电阻定子漏感互感数值 37300w 380v 50Hz Ω 参数转子电阻转子漏感转动惯量摩擦系数极对数数值 Ω ·m ·m·s2 图 异步电动机参数表 矢量控制环节 矢量控制的异步电动机调速系统模块图 矢量控制的异步电动机调速模块交流异步电动机矢量控制系统如上图所示,此系统为转差频率矢量控制方式, 按转子磁场定向的异步电机矢量控制框图。首先将角速度指令ω*和ω的偏差信号送至速度调节器,速度调节器的输出为转矩给定指令值 T e * ;计算出转矩电流给定值 i q1 * ;由磁通给定值Ψ 2 * 算出励磁电流给定值 i d1 *;其中ψ 2和ω s 则由电机实际电流经过坐标变换得到,d、q轴电流 i d、i q通过电流模型法算出。给定电流值i d1 *、i q1 * 经过坐标反变换得到定子三相电流指定值 i A、i B、i C。在电流调节部分, 由电流给定指令值和实时检测所得的三相电流实际值的偏差信号送至电流调节器,电流调节器的输出即为 IGBT 逆变器的控制信号,这样就得到了异步电动机变频调速矢量控制系统。 4. Simulink 仿真在实际电机工作中,通常会在电机运行比程中改变转速,而当仿真模型在改变参数后再运行时,模型从零状态并始. 这与实际情况不符。为此需要记录参数修改前系统状态量,改变系统参数后再从记录的状态开始运行。要在 MATLAB 和 SIMULINK 中实现这一功能,过程如下: ①模块运行前选中“ Simulink/simulink parameters/worksplace I/O ”的“ Final state ”(其中变量为 xFinal ),然后按“ OK ”或“ Apply ”键。②令ω*=120 运行仿真模型。③仿真完成后,在“ Simulink/simulink parameters/worksplace I/O ”中选中“ Inital state ”(其中变量为 xInital )。④在 Matlab 工作空间运行赋值语句: xInital=xFinal ⑤矢量控制系统改变前仿真结果如图 所示。⑥改变系统参数,令ω*=150 再运行仿真模型,如图 所示。 a)ω*=120 时v ab的波形 b)ω*=120 时i abc的波形