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异步电机矢量控制电压变换SIMULINK仿真.PDF

异步电机矢量控制电压变换SIMULINK仿真

anyou
2011-01-06 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《异步电机矢量控制电压变换SIMULINK仿真pdf》,可适用于IT/计算机领域

异步电动机矢量控制系统的电压变换及其SIMULINK下的仿真VoltagetransformationandsimulationwithSIMULINKofInductionMotorVectorControlsystem雷鹏黄孝斌晏蔚光张卫东Lei,PengHuang,XiaobinYan,WeiguangZhang,Weidong(北京科技大学北京市海淀区学院路号)雷鹏黄孝斌晏蔚光张卫东摘要本文应用Matlab下的仿真工具SIMULINK进行异步电动机矢量控制的仿真研究通过对异步电动机矢量控制方程式的变换构造出电动机的仿真模型并通过对异步电动机的电压方程的变换构造了电压变换器进而构造了电压型异步电动机调速系统的模型并对此模型进行仿真给出了仿真结果和结果说明。关键词矢量控制电压变换SIMULINK中图分类号TP文献标识码BAbstractThispaperstadiesthevectorcontrolsystemofinductonmotorwiththeMatlabsoftwareandSIMULINKtoolboxandformsthesimulationmoduleofinductonmotorbyusingvectorcontrolformulasandalsoformsavoltageinverterbyvoltageformulasofinductonmotorFinally,thepaperformsasimulationsystemofinductonmotorspeedcontrolsystemwiththesemodulesanddiscussestheresultsKeywordsVectorcontrol,Voltagetransformation,SIMULINK引言在系统的设计中仿真一直是十分重要的手段对于系统的设计起着指导性的作用。随着MATLAB及SIMULINK的广泛应用广大研究人员有了进行设计仿真的十分方便的工具。交流电动机的伺服控制技术是现阶段人们研究的重点对其控制系统的仿真研究也具有十分重要的意义。本文基于MATLAB的SIMULINK工具对交流电动机的电压型伺服控制系统进行了仿真并对仿真的结果进行了分析。交流电动机矢量变换模型的建立交流电动机的矢量控制模型是建立在与电动机磁场转速相同的同步坐标系MT坐标系上的方程式MT轴系以转子磁链方向定向对定子电流进行正交分解进而为分别对转矩和磁通进行控制提供条件。利用矢量变换可以得到异步电动机在MT轴系的电压方程为:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡−−=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡tmTMrrfmfrrmmmsssssmsmssssTMiiiiRLLpLRpLpLLpLRLLpLLpLRuuωωωωωω()电动机的运动方程式为:dtdpJTTrnLeω=−()磁链定向中的其他重要控制方程还有:T轴电流关系式:tmrTiLLi−=()M轴电流关系式:MrmrrmiLLLi−Ψ=()转差频率方程:rmfrrrfmrtmrTLTRLLiLLiψωψω==−=()转子磁链方程:MrmMrrmripTLipRLL==Ψ()转矩方程:TMrrmneiipTLLpT)(=()由()式的、行和()、()式进行变换变换中为防止模型中出现微分环节,导致电机和系统的不稳定引人转子磁链Ψr和同步转速ωs可得方程式:rrrmTssMsrrmsMTLLiLipLTLLRuΨ−−=σωσ)(()rsrmMssTssTLLiLipLRuΨ=ωωσσ)(())(rsmLLL−=σ为漏磁系数Tr为转子时间常数Rs、Ls、Lr、Lm分别为定子一相电阻、定子一相电感、转子一相电感和定子转子互感。由上述方程式建立UI变换器将MT坐标系中的电压变量转换为电流变量,为下一步建立电动机模型做准备:由()()关系式可构建MT坐标系上异步电动机电流模型:图中Constant模块的作用是在仿真开始时Fcn模块在进行取倒数运算时不会出现溢出而使仿真停止。再利用坐标变换可以将三相电压变换为MT轴系两相电压可以将以上建立的所有模块封装在一起构成独立的电动机模块便于以后的使用。电压变换器的建立电压型逆变器的控制需要系统提供三相的电压信号需要将系统给定的电流信号转变为电压信号而MT轴系的电压和电流具有复杂的关系这就需要建立电压变换器将给定的电流信号转变为相应的电压信号。在直接利用()式的定子电压方程进行直接变换时会出现微分环节这会使仿真运算不稳定甚至于无法进行下去故使用中的方法建立电压变换模型。将方程式()的、行变为:)()(MmsTsssMMsspiTiTRuipTRσσωσ−−=())()(MmssMsssTTssiTiTRuipTRωσσωσ−−−=()其中:MrMmipTi=再利用公式:MMmriipT=)(可将()式变为:)()()(rMmMsTsssMMssTiiTiTRuipTR−−−=σσωσ()最后整理的电压方程式如下:)()()(**MmMrsTsssMssPMMMiiTTiTRipTRuuu−−−−=−=∧σσωσ())()(**MmssMsssTssPTTTiTiTRipTRuuuωσσωσ−=−=∧()上两式右边第二部分可根据输入信号得到相应的值由于是根据模型计算的数据因而表示的是系统当前状态为得出三相电压给定信号需要对右边的式子进行调节。将右边第一式作为调节器的输出既可满足系统可调的要求又可避免其微分部分所引起的系统不稳定。建立电压变换器如图所示:仿真系统的建立电压矢量控制的位置跟随系统图如下所示:将系统图转换为SIMULINK下的仿真模型并利用上面介绍的电动机模型和电压转换器模型完整的控制系统模型就建立起来了。由于建立的电动机模型可以和磁通运算器封装在一起故下面的仿真模型较系统图没有体现磁通运算器但原理和系统图是相同的。结果分析以速度为给定信号电动机加额定负载Nm对转速、转矩和电流进行仿真仿真的结果如下:()、转速仿真曲线()、转矩仿真曲线()、电流仿真曲线由仿真结果可以看出额定负载时转速在s以内基本达到稳定最大超调不到转矩在ms即可达到稳态最大电磁转矩为额定转矩的倍左右电流的稳态值与额定值基本相同。其他的改进方法以上的仿真所用的调节器为PID调节器在改进的方法中可以在调节器环节使用模糊控制器或神经原控制可以由输出的图形看出不同控制方法产生不同的效果。另外在转矩输出图上可以看到转矩的最大值虽然满足了快速性但是其最大值仍为额定的倍左右可以在此模型的基础上进行软起动控制的仿真。MATLABSIMULINK是十分优秀的仿真工具广大工程技术人员可以通过它进行仿真研究以加强对系统的理解。参考文献王成元周美文郭庆鼎矢量控制交流伺服驱动电动机机械工业出版社杨洋张桂香基于MATLABSIMULINK的异步电机矢量控制调速系统仿真湖南大学学报(自然科学版)AprVo,No黎英邵宗凯基于MATLATSIMULINK的异步电动机建模与仿真电气传动自动化VolNo作者:雷鹏男年月生汉族硕士研究生模式识别与智能系统专业现从事计算机嵌入式系统的软件研发工作。通讯地址:北京市海淀区稻香园楼东邮编:电话:Email:leipengyahoocom

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