基于Matlab的交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真

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1、專業(yè)資料基于MATLAB交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模與仿真摘要：在分析異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及矢量控制原理的基礎(chǔ)上,利用MATLAB，采用模塊化的思想分別建立了交流異步電機(jī)模塊、逆變器模塊、矢量控制器模塊、坐標(biāo)變換模塊、磁鏈觀測器模塊、速度調(diào)節(jié)模塊、電流滯環(huán)PWM調(diào)節(jié)器,再進(jìn)行功能模塊的有機(jī)整合,構(gòu)成了按轉(zhuǎn)子磁場定向的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型。仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)靜差小、抗負(fù)載擾動能力強,驗證了交流電機(jī)矢量控制的可行性、有效性。關(guān)鍵詞：交流異步電機(jī)，矢量控制，MATLAB一、引言交流電動機(jī)由于動態(tài)數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜性，其

2、靜態(tài)和動態(tài)性能并不是很理想。因此在上世紀(jì)前期需要調(diào)速的場合下采用的都是直流電動機(jī)，但是直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)上存在著自身難以克服的缺點，導(dǎo)致人們對交流調(diào)速越來越重視。從最初的恒壓頻比控制到現(xiàn)在的直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制，性能越來越優(yōu)良，甚至可以和直流電機(jī)的性能相媲美。本文研究交流異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真。利用MATLAB中的電氣系統(tǒng)模塊構(gòu)建異步電機(jī)矢量控制仿真模型,并對其動、靜態(tài)性能進(jìn)行仿真試驗。仿真試驗結(jié)果驗證了矢量控制方法的有效性、可行性。二、交流異步電機(jī)的矢量控制原理矢量控制基本思想是根據(jù)坐標(biāo)變換理論將交流電機(jī)兩個在時間相位上

3、正交的交流分量，轉(zhuǎn)換為空間上正交的兩個直流分量，從而把交流電機(jī)定子電流分解成勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量兩個獨立的直流控制量,分別實現(xiàn)對電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的控制,然后再通過坐標(biāo)變換將兩個獨立的直流控制量還原為交流時變量來控制交流電機(jī),實現(xiàn)了像直流電機(jī)那樣獨立控制磁通和轉(zhuǎn)矩的目的。word完美格式專業(yè)資料由于交流異步電機(jī)在A-B-C坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜,需要通過兩次坐標(biāo)變換來簡化交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。一次是三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系之間的變換(簡稱3s/2s變換),另一次是兩相靜止和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間變換(簡稱2s/2r變換)。通過這

4、兩次變換,就可以得到在任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q坐標(biāo)系下交流異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。在d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型如下：⑴電壓方程：（2.1）⑵磁鏈方程：（2.2）⑶轉(zhuǎn)矩方程：（2.3）⑷運動方程：（2.4）三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)-B-C與兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q之間正變換3s/2r變換，反變換2r/3s分別為：（2.5）（2.6）當(dāng)把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q坐標(biāo)系磁鏈定向在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M-T坐標(biāo)系的M軸時（此時d-q與M-T兩坐標(biāo)系重合，即d=m，q=t），應(yīng)有：（2.7）由此可得交流異步電機(jī)矢量解耦控制的控制方程：（2.8）word完美

5、格式專業(yè)資料（2.9）（2.10）（2.11）（2.12）（2.13）式（2.1）~式（2.13）中：、——定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻；、、、、——定子側(cè)電感、轉(zhuǎn)子側(cè)電感、定轉(zhuǎn)子互感、定子繞組電感、轉(zhuǎn)子繞組電感；、、——定子頻率的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；——轉(zhuǎn)子磁鏈角；、、——電壓、電流、磁鏈；下標(biāo)、——表示定子、轉(zhuǎn)子；下標(biāo)、——表示軸、軸；——極對數(shù)；——轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；——機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量；、——電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩；——阻轉(zhuǎn)矩摩擦系數(shù)；——微分算子，；由式（2.8）和式（2.9）可以看出，轉(zhuǎn)子磁鏈只由定子電流勵磁分量決定，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈達(dá)到穩(wěn)

6、態(tài)并保持不變時，電磁轉(zhuǎn)矩只有定子電流轉(zhuǎn)矩分量決定，此時磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩分別由、獨立控制，實現(xiàn)了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦。只要根據(jù)被控系統(tǒng)的性能要求合理確定、，就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩word完美格式專業(yè)資料的瞬時控制和轉(zhuǎn)速的高精度跟蹤。一、異步電機(jī)矢量控制仿真模型3.1.矢量控制Simulink仿真主電路圖3.1為矢量控制主電路，交流電機(jī)模塊選項可設(shè)置在任意坐標(biāo)系，包括兩相靜止坐標(biāo)系、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的繞線式或鼠籠式的異步電機(jī)。本文選擇在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立鼠籠式電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,模塊的A、B、C是異步電機(jī)三相定子繞組輸入端，與IGBT逆變器的

7、輸出端相連,構(gòu)成由電壓型逆變器變頻驅(qū)動的異步電機(jī)子模塊。逆變器模塊由6個IGBT功率管構(gòu)成通用橋路,由SimPowerSystems中的PowerElectronics庫的IGBT模塊構(gòu)成，逆變器的輸入pulses端為6路PWM控制信號，完成功率變換及調(diào)節(jié)功能,直流母線電壓VDC由逆變器模塊的“+”、“-”兩端輸入，它的輸出為三相ABC交流電壓。電機(jī)模塊本文仿真過程中測取了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、電機(jī)定子電流、、等,這5個參數(shù)與定子線電壓一起送給示波器模塊動態(tài)顯示之。為了使仿真模型運行速度加快，反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)采用一階延遲環(huán)節(jié)。圖3.1

8、.三相異步電機(jī)矢量控制主電路圖3.2為矢量控制模塊，工作原理為：轉(zhuǎn)速參考值與光電編碼器實測的轉(zhuǎn)速之差輸入到轉(zhuǎn)速控制器ASR，經(jīng)PI算法得到轉(zhuǎn)矩指令值。定子電流的勵磁分量由計算模塊給出，轉(zhuǎn)矩分量由轉(zhuǎn)矩指令值和磁鏈估算值wo