《轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)仿真》

1、目 錄轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真1引言11 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制概述12 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理32.1 控制原理敘述32.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)組成63轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)構(gòu)建74 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真和分析84.1 仿真模型的建立84.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊84.1.2 函數(shù)運(yùn)算模塊94.1.3 坐標(biāo)變換模塊94.1.4電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型104.2仿真條件114.3仿真結(jié)果115結(jié)語(yǔ)14參考文獻(xiàn)15轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真引言電動(dòng)機(jī)調(diào)速是電動(dòng)機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在世紀(jì)，高性能的可調(diào)速傳動(dòng)控制大多采用直流電動(dòng)機(jī)。但直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上存在難以克

2、服的缺點(diǎn)，即存在電刷和機(jī)械換向器，使得直流電動(dòng)機(jī)事故率高，維修工作量大，容量受到換向條件的制約，而交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)小，堅(jiān)固耐用，事故率低，容易維護(hù)，因此世紀(jì)年代以后，交流調(diào)速技術(shù)開始迅速發(fā)展，并陸續(xù)出現(xiàn)了一些先進(jìn)可靠的交流調(diào)速技術(shù)，首先是變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（），后來(lái)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，無(wú)速度傳感中矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制（）等。其中，轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，控制精度高，具在良好的控制性能，因此，早期的矢量控制通用變頻器上采用基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式?；诖?，本文在atlab/Simulink環(huán)境下對(duì)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制概述由于異步電

3、機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。上世紀(jì)70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機(jī)矢量控制理論來(lái)解決交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問題。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。具體是將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量 (勵(lì)磁電流) 和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量 (轉(zhuǎn)矩電流) 分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。簡(jiǎn)單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)

4、對(duì)交流電機(jī)的高性能調(diào)速。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺(tái)三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)來(lái)控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動(dòng)態(tài)性能。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在Siemens，ABB，GE，F(xiàn)uji等國(guó)際化大公司變頻器上。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。鑒于電機(jī)參數(shù)有可能發(fā)生變化，會(huì)影響變頻器

5、對(duì)電機(jī)的控制性能，目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)辨識(shí)、自適應(yīng)功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)之前可以自動(dòng)地對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果調(diào)整控制算法中的有關(guān)參數(shù)，從而對(duì)普通的異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的矢量控制。以異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制為例：它首先通過電機(jī)的等效電路來(lái)得出一些磁鏈方程，包括定子磁鏈，氣隙磁鏈，轉(zhuǎn)子磁鏈，其中氣息磁鏈?zhǔn)沁B接定子和轉(zhuǎn)子的。一般的感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流不易測(cè)量，所以通過氣息來(lái)中轉(zhuǎn)，把它變成定子電流。然后，有一些坐標(biāo)變換，首先通過/變換，變成靜止的d-q坐標(biāo)，然后通過前面的磁鏈方程產(chǎn)生的單位矢量來(lái)得到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的類

6、似于直流機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量和磁場(chǎng)電流分量，這樣就實(shí)現(xiàn)了解耦控制，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。最后再經(jīng)過/變換，產(chǎn)生三相交流電去控制電機(jī)，這樣就獲得了良好的性能。矢量控制（VC）方式:矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流Ia、Ib、Ic、通過三相二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1和Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1、It1（Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。其實(shí)質(zhì)是將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電

7、動(dòng)機(jī)，分別對(duì)速度，磁場(chǎng)兩個(gè)分量進(jìn)行獨(dú)立控制。通過控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。綜合以上：矢量控制無(wú)非就四個(gè)知識(shí)：等效電路、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程、坐標(biāo)變換（包括靜止和旋轉(zhuǎn)）。 矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果。2 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能主要取決于其對(duì)轉(zhuǎn)矩控制能力。由于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比關(guān)系，控制電流即可控制轉(zhuǎn)矩控制，較易實(shí)現(xiàn)，而交流異步電動(dòng)機(jī)的

8、轉(zhuǎn)矩控制比真流電動(dòng)機(jī)要復(fù)雜。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的目標(biāo)就是將交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的轉(zhuǎn)矩控制模型轉(zhuǎn)化為類似直流電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)矩控制模型。從原理上說，矢量控制方式的特征是：它把交流電動(dòng)機(jī)解析成與直流電動(dòng)機(jī)一樣，具有轉(zhuǎn)矩發(fā)生機(jī)構(gòu)，按照磁場(chǎng)和其正交的電流的積就是轉(zhuǎn)矩這一最基本的原理，從理論上將電動(dòng)機(jī)的一次電流分離成建立磁場(chǎng)的勵(lì)磁分量和與磁場(chǎng)正交的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩分量，然后分別進(jìn)行控制。2.1 控制原理敘述轉(zhuǎn)差頻率控制控制思想就是從根本上改造交流電動(dòng)機(jī)，改變其產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的規(guī)律，設(shè)法在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī)律。異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式為： （1） （2） （3） （4）式中：、分別為轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)

9、矩分量和勵(lì)磁分量；、分別為定、轉(zhuǎn)子電感；為轉(zhuǎn)子總磁鏈；為轉(zhuǎn)差角頻率；為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；為電磁轉(zhuǎn)矩；為異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；P為微分算子；為定子繞組漏感。任何電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)均服從以下基本運(yùn)動(dòng)方程： （5）式中為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由式（5）可知，要提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，主要是控制轉(zhuǎn)速的變化率。顯然，通過控制就能控制，因此調(diào)速的動(dòng)態(tài)特性取決于其對(duì)的控制能力。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小，因此也很小，轉(zhuǎn)矩的近似表達(dá)式為： （6）式中：為電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，為氣隙磁通，為折算到定子邊的轉(zhuǎn)子電阻。只要能夠保持不變，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就與近似成正比，即控制就能控制，也就能控制，與直流電動(dòng)

10、機(jī)通過控制電流即可控制轉(zhuǎn)矩類似?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。 把轉(zhuǎn)矩特性（即機(jī)械特性）：畫在下圖中：圖2-1 按恒m值控制的 Te=f (ws ) 特性可以看出：在ws 較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段上，轉(zhuǎn)矩 Te基本上與ws 成正比，當(dāng)Te 達(dá)到其最大值Temax 時(shí)，ws 達(dá)到wsmax值。由相關(guān)公式可以得到： （7） （8）在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給ws 限幅，使其限幅值為： ， 就可以基本保持 Te與ws 的正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來(lái)代表轉(zhuǎn)矩控制。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。上述規(guī)律是在保持Fm恒定的前提下才成立的，于是問題又轉(zhuǎn)化為，如何能保持Fm 恒定？

11、我們知道，按恒 Eg/w1 控制時(shí)可保持Fm恒定。在等效電路中可得： （9）由此可見，要實(shí)現(xiàn)恒 Eg/w1控制，須在Us/w1 = 恒值的基礎(chǔ)上再提高電壓 Us 以補(bǔ)償定子電流壓降。如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時(shí)恒 Eg/w1 控制所需的電壓-頻率特性 Us = f (w1, Is) 如圖2-2所示。圖2-2 不同定子電流時(shí)恒Eg/w1控制所需的電壓-頻率特性上述關(guān)系表明，只要 Us 和w1及 Is 的關(guān)系符合上圖所示特性，就能保持 Eg/w1 恒定，也就是保持 Fm 恒定。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二。 總結(jié)起來(lái)，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：（1）在 ws wsm 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩

12、 Te 基本上與 ws 成正比，條件是氣隙磁通不變。（2）在不同的定子電流值時(shí)，按上圖的函數(shù)關(guān)系 Us = f (w1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通Fm恒定。2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)組成圖2-3 轉(zhuǎn)差頻率控制基本框圖實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-3所示。頻率控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)是轉(zhuǎn)差頻率給定 ws* ，與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)w 相加，即得定子頻率給定信號(hào) w1* ，即 電壓控制由 w1和定子電流反饋信號(hào) Is 從微機(jī)存儲(chǔ)的 Us = f (w1 , Is) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號(hào) Us* ，用 Us* 和 w1* 控制PWM電壓型

13、逆變器，即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。公式所示的轉(zhuǎn)差角頻率 ws*與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)w 相加后得到定子頻率輸入信號(hào) w1* 這一關(guān)系是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)。它表明，在調(diào)速過程中，定子頻率w1隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 w 同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。同時(shí)，由于在動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對(duì)應(yīng)于 wsm 的限幅轉(zhuǎn)矩Tem 進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。由此可見，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠像直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能，是一個(gè)比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。然而，它的靜、動(dòng)態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉

14、環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面：（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 Fm恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中 Fm如何變化還沒有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。（2）Us = f (w1 , Is) 函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減

15、地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。3轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)構(gòu)建交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：（1）主電路SPWM電壓型逆變器，開關(guān)器件采用IGBT,這是通用變頻器常用的方案；（2）轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制，即，在轉(zhuǎn)速變換過程中，異步電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終跟隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速而同步升降，從而使轉(zhuǎn)速 調(diào) 節(jié)吏加平滑。圖中：、分別為轉(zhuǎn)子角頻率給定和轉(zhuǎn)子角頻率負(fù)反饋；、分別為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量；為轉(zhuǎn)差角；為轉(zhuǎn)差角頻率；、分別為定子角頻率和轉(zhuǎn)子角頻率正反饋；、分別為定子電壓的轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量。根據(jù)式（1）-

16、（4）和圖3-1可知，在保持磁通恒定的條件下，電動(dòng)機(jī)的Te由Ile計(jì)算，磁通也可以通過Ilm計(jì)算。轉(zhuǎn)速可以通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，輸出Iit然后計(jì)算得到，即： （7） 4 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真和分析4.1 仿真模型的建立 根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念和系統(tǒng)的原理框圖，構(gòu)建轉(zhuǎn)差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，其主電路采用交一直一交電路，輸出三相交流電壓拖動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)?？刂撇糠钟山o定、轉(zhuǎn)速 P I 調(diào)節(jié)器、函數(shù)運(yùn)算、兩相 三相坐變換、PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)組成。下面對(duì)該模型的各個(gè)模塊的構(gòu)建進(jìn)行詳細(xì)的說明。4.1.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊仿真模型如圖4-1所示 :圖4-1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模

17、塊仿真模型它是 由放大器 Gl 、G2和積分器組成的帶限幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 。根據(jù)角頻率，經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩電流的給定值。4.1.2 函數(shù)運(yùn)算模塊函數(shù)運(yùn)算模塊函數(shù)運(yùn)算模塊的仿真圖如圖4-2所示：圖4-2 函數(shù)運(yùn)算模塊函數(shù)運(yùn)算模塊仿真模型它是根據(jù)定子電流的勵(lì)磁分量 和，通過函數(shù)f（u）計(jì)算得到轉(zhuǎn)差，然后經(jīng)過和轉(zhuǎn)子頻率相加得到定子頻率，根據(jù)定子頻率和矢量轉(zhuǎn)角的關(guān)系，對(duì) 進(jìn)行積分，最終得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角 (theta) 。4.1.3 坐標(biāo)變換模塊 坐標(biāo)變換模塊的仿真模型如圖4-3所示：圖4-3 坐標(biāo)變換模塊其中，dq0 - to -abc 模塊的搭建主要是根據(jù)坐標(biāo)變換公式，利用Simuli

18、nk里的數(shù)學(xué)函數(shù)模塊搭建而成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系至三相靜止坐標(biāo)系的變換，其輸出是三相PWM變換器的三相調(diào)制信號(hào)，最后觸發(fā)逆變器的功率管得到拖動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)所需的三相交流電源，完成閉環(huán)的控制過程。4.1.4電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型將上面的各個(gè)組成部分組合起來(lái)就構(gòu)成整個(gè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型如圖4-4所示 ，需要設(shè)置電動(dòng)機(jī)，變流橋參數(shù)，轉(zhuǎn)換器Usm,Ust公式各轉(zhuǎn)差公式等。圖4-4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真模型4.2仿真條件 轉(zhuǎn)子磁鏈模型的計(jì)算參數(shù)設(shè)置：異步電動(dòng)機(jī)為380V，50HZ二對(duì)極（），定子繞組電阻，轉(zhuǎn)子繞組

19、電阻，轉(zhuǎn)子繞組漏感，J=，逆變器直流電源為510V，定子繞組電感為，漏磁系數(shù)為0.056,。其中，G1、G2、G3、G4、G5、G6的放大倍數(shù)分別為35、0.15.、0076、2、9.55、1/9.55。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得到：仿真定轉(zhuǎn)速為1400r/min時(shí)的空載啟動(dòng)過程，在啟動(dòng)后0.45s時(shí)加載T1=65N*M。該系統(tǒng)較復(fù)雜，容易出現(xiàn)收斂問題，經(jīng)試用各種計(jì)算方法，最終選用步長(zhǎng)算法ode5，步長(zhǎng)取e-5。4.3仿真結(jié)果 仿真結(jié)果下圖所示，圖4-5中a、b、c、d反映了電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和加載過程中的轉(zhuǎn)速、電流、電磁轉(zhuǎn)矩和電壓的變化過程，在啟動(dòng)中逆變器的輸出電壓（線電壓）逐步提高，轉(zhuǎn)速上長(zhǎng)，但是電流基

20、本保持不變，為Is=35A，電動(dòng)機(jī)以給定的最大電流啟動(dòng)。在0.23s時(shí)，轉(zhuǎn)速稍有超調(diào)，然后穩(wěn)定在1400r/min，電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減小了。電動(dòng)機(jī)在加載后，電流和電壓迅速上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之增加，轉(zhuǎn)速在略經(jīng)調(diào)整后恢復(fù)不變。（a） （b） （c） （d）圖4-5 系統(tǒng)啟動(dòng)加載響應(yīng)過程a）轉(zhuǎn)速響應(yīng) b）定子A相電流 c）轉(zhuǎn)子A相電流 d）電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩給定圖4-6中a、b、c、d、e、f反映了各控制模塊輸出信號(hào)波形的變化，經(jīng)2r/3s變換后的三相調(diào)制信號(hào)幅值和頻率在調(diào)節(jié)過和逐步增加，且轉(zhuǎn)速隨之逐步升高，信號(hào)幅值的提高保證了電動(dòng)機(jī)電流在啟動(dòng)過程中保持不變。圖d和圖f

21、分別反映了電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。電動(dòng)機(jī)在零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立過程，在建立過程中磁場(chǎng)變化是不規(guī)則的，這也是引起了轉(zhuǎn)矩的大幅度變化，在0.23s后磁場(chǎng)呈磁場(chǎng)的半徑也有變化。改變勵(lì)磁給定電流值，圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的半徑也有所變化。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性反映了通過矢量控制使電動(dòng)機(jī)保持了恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，并且改變了ASR的輸出限幅，最大轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。為了減少仿真需要的時(shí)間，仿真中減小了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但是過小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，容易使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)觀察參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響。仿真的結(jié)果表明采用轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量系統(tǒng)具有良好的控制性能。 （a） （b）（c

22、） （d）（e） （f）圖4-6 系統(tǒng)各模塊波形a）計(jì)算得到的轉(zhuǎn)差頻率給定 b）逆變器調(diào)制頻率 c）轉(zhuǎn)子角度 d）定子磁鏈軌跡e）SPWM的三相調(diào)制信號(hào) f）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性通過觀察圖形可以知道在t=0.23s時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到給定的1400rpm，而定子電流、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、計(jì)算得到的轉(zhuǎn)差頻率給定、逆變器調(diào)制頻率都有一個(gè)迅速的降落，一段時(shí)間以后，重新達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這是因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)未達(dá)到給定轉(zhuǎn)速時(shí)，是處于加速狀態(tài)，在轉(zhuǎn)速剛剛達(dá)到給定值時(shí)，則需要一個(gè)減速剎車過程，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流與定子電流波形有一個(gè)迅速減小，從而使電磁轉(zhuǎn)矩Te下降，又由于此時(shí)基本保持 Te與ws 的正比關(guān)系且，所以和波形在這個(gè)時(shí)間段也

23、有很明顯的降落。5結(jié)語(yǔ) 這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)半星期，通過這兩個(gè)星期的學(xué)習(xí)，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的內(nèi)容。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才是真正的知識(shí)，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。這次課程設(shè)計(jì)根據(jù)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的基本概念和系統(tǒng)原理圖，建立了交流異步電動(dòng)機(jī)專差頻率矢量控制系統(tǒng)的仿真，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過不斷的嘗試發(fā)祥為了減少仿真需要的時(shí)間，可以在仿真中減小了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但是過小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量容易使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，要通

24、過調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)觀測(cè)參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響。仿真結(jié)果表明，轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了團(tuán)隊(duì)的力量，我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。剛開始的時(shí)候，大家就分配好了各自的任務(wù)，大家有的繪制原理圖，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，有的積極查詢相關(guān)資料，并且經(jīng)常聚在一起討論各個(gè)方案的可行性。在課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。 在這個(gè)過程中，我也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過

25、，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡(jiǎn)單的課程制作（轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真），可是平心而論，也耗費(fèi)了我們不少的心血。對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！參考文獻(xiàn)1 余發(fā)山,鄭征,王清靈,等.自動(dòng)控制系統(tǒng)M.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.2 婁國(guó)煥,郝成,王均術(shù).電氣傳動(dòng)技術(shù)

26、原理與應(yīng)用M.北京：中國(guó)電力出版社，2007.3 易繼鍇,江祥賢,侯媛彬,等.電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制原理與設(shè)計(jì)M.北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1997.4 王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.5 方榮惠,鄧先明,上官璇峰.電機(jī)原理及拖動(dòng)基礎(chǔ)M.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.6 胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.7 劉立群.異步電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率模糊控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)D.西安：西北工業(yè)大出版社，2000.袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄