异步电动机矢量控制系统的仿真.doc

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异步电动机矢量控制系统仿真


机转差型矢量控制系统［2］，电流控制变频模型如图2所示。
图2 电流控制变频模型图
整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成， 元件的直观连接和实际的 主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节， PI速度调节器、坐标变换模块、
磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量 和显示模块。这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参 数。在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机的模型是最重要的元件，在 Powerlib中给出了各种电机模型，这大大减少了交流调速系统的建模难度。
控制系统采用转速电流双闭环控制，其中的磁场定向模块提供矢量控制 坐标变换需要的磁链位置角，电机模型如图 3所示。
图3 矢量控制电机模型仿真框图

由于系统中包含非线性Powerlib模块（电机、逆变器）,因此仿真采用变步长 算法,这样异步电机非线性部分和逆变器的过零点才能精确的计算出来 ，但是这 样会增加仿真步数减少仿真速度。由于在仿真初始化过程中 ，Power2sys函数将
逐个检查模型中的各个模块是否为 Powerlib模块,这样对一个复杂系统在一定 程度上会降低仿真速度。为此我们可以人为迫使Power2sys不去检查那些常规模 块,方法是在常规模块以及包含常规模块的子系统的模块名字前加一个 “$”符号,
这样可以提高仿真速度。仿真过程中由于初始值选择不当或者系统中存在分式 ， 会出现奇异点使仿真过程停止，可以在分母中加上一个很小地值或选择适当的初 值避免奇异点的出现。
图2中的电压测量单元和电机输出测量单元是 Simulink模块和Powerlib 模块间的接口模块，分别把电机定子电压信号和电机输出信号反馈回 Simuli nk
模块。电压控制信号作为Simulink模块的信号送入到Powerlib模块一异步电机
时，是通过可控电流源（IGBT逆变器）作为中间环节。仿真时要注意二者之间 的联系，防止仿真出错停止，转子磁链观测模型如图 4.
图4 转子磁链观测模型

在MATLAB/ 统采用变步长方法进行仿真，其中交流异步电机参数如下：R S=, LS=,Rr= Q ,Lr= 丄m=, PN=3kWN=380，= -m2 f=50Hz，pn=2。
为了验证所设计的交流异步电机矢量控制系统模型的静、 动态性能，系统空
载启动，待进入稳态后，在t=,t= 时又突减为 120r/min。待系统稳定后，t= t=，重新 回到空载状态。在经过一系列转速突变和负载扰动仿真后， 得到电机各个量响应
输出波形如图7〜12。
图4 电磁转矩波形
图5 电机转速波形
图6 定子三相电流波形
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图7 dq坐标系下转子两相电流波形
0 I Q2 0l3 0 4 OJJ Cl E O T 0 8
图8 dq坐标系下转子磁链波形

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图9 dq坐标系下定子磁链波形
由仿真波形可以看出，在'- 的参考转速下，系统空载启动，转速
很快达到给定值，电流和转矩波形较为理想。 t=，
电流和电磁转矩相应增加，随即又到达稳定状态。 t=，电
流和转矩也立即跟随变化。t=，转矩马上突