zys交流調(diào)速論文概要

1、異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真研究摘 要：本文根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本原理， 基于 Matlab 軟件構(gòu)造了按轉(zhuǎn)子 磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)的仿真模型。 通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性， 結(jié)果 表明所建立的調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦控制。 關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī) 矢量控制 Matlab 仿真Simulation of Vector Control System for Asynchronous MotorAbstract :According to the basic principles of induction motor vector control ， this pape

2、r constructssimulation model of rotor magnetic field oriented vector control system based on the MATLABsoftware.It verifies the accuracy of the model by simulation. Results show that it has good dynamic performance ，andit realizes the decoupling control system.Key words : asynchronous-motor; vector

3、control; matlab simulation0 引言異步電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量的性質(zhì)，要獲得良好的調(diào)速性能， 必須從其動(dòng)態(tài)模型出發(fā)， 分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律， 研究高性能異 步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案。 矢量控制就是基于動(dòng)態(tài)模型的高性能的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng)的控制方案之一。 所謂矢量控制， 就是通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向， 得到 等效直流電動(dòng)機(jī)模型， 在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中， 用直流電動(dòng)機(jī)的方法控制電 磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈 , 然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量經(jīng)變換得到三相坐標(biāo)系的 對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。1 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理及基本方程式1.1 基本公式矢量控制的基本原理

4、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。矢量控制系統(tǒng)的基本思路是以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，將異步電動(dòng)機(jī)在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流通過坐標(biāo)變換等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的 直流電流，并分別加以控制，從而實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，以達(dá)到直流電機(jī)的 控制效果。異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的

5、數(shù)學(xué)模型包括電壓方程、磁鏈方程和電磁轉(zhuǎn)矩方程。分別如下(1)Rs 禮sP-國LsLmP3 1QLsRs 札sP國LmsqLmP_C0LmR叫p-KLrrdLmP時(shí)LrRrTPrqsdL0sdLmiLm00Ls0Lm0LrsqirdLmLrrqTe - npLm(i sqi rd_ isdi rq )(3)當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí),應(yīng)有 rd =*r，rq =0即得:；misq屮 rLr(4)sd1 TrP屮LmLmi sd1TrP（5）（6）屮r(7)式中：J為同步轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)差角速度；U為電壓；'為磁鏈；i為電流；R電阻；L為電感；np為極對(duì)數(shù)；Tr為轉(zhuǎn)子時(shí)間常

6、數(shù)；P二dt 為微分因子。s表示定子；r表示轉(zhuǎn)子；d表示d軸；q表示q軸；m表示同軸定、 轉(zhuǎn)子間的互感。1.2解耦問題為了使兩個(gè)子系統(tǒng)完全解耦，除了坐標(biāo)變換以外，還應(yīng)設(shè)法消除或抑制轉(zhuǎn)子 磁鏈pr對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩Te的影響。把ASM輸出信號(hào)除以* r，當(dāng)控制器的坐標(biāo)反變 換與電機(jī)中的坐標(biāo)變換對(duì)消，且變頻器的滯后作用可以忽略時(shí)，此處的兩個(gè)子系 統(tǒng)就完全解耦了。這時(shí)，帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個(gè)獨(dú)立的線性 子系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)圖如圖1：#涉電動(dòng) 機(jī)久量變 換模型 CR76 - 54 AVR9ASRLt2仿真模型2.1空間矢量的坐標(biāo)變換矢量變換是簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜模型的重要數(shù)學(xué)方法， 是交流電動(dòng)機(jī)矢量控

7、 制的基礎(chǔ)。矢量變換包括三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系的變換， 兩相靜止坐 標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，以及直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)的變換等。三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系的變換 （簡(jiǎn)稱3s/2s變換）在交流電動(dòng)機(jī)中三相對(duì)稱繞組通以三相對(duì)稱電流可以在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，在功率不變的條件下，按磁動(dòng)勢(shì)相等的原則，三相對(duì)稱繞組產(chǎn) 生的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以用兩相對(duì)稱繞組來等效，三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo) 系的變換則建立了磁動(dòng)勢(shì)不變情況下，三相繞組和兩相繞組電壓、電流和磁動(dòng)勢(shì) 之間的關(guān)系。設(shè)為兩相對(duì)稱繞組的電流，為三相對(duì)稱繞組的電流，它們之間的變換關(guān)系為:11J】20_22亍3a!=322B=C32i

8、 bI01111Cic 一訝(8)(1)式中，是便于逆變換而增加的一相零序分量C3/2為3s/2s變換矩陣兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換 (簡(jiǎn)稱2s/2r變換)兩相靜止繞組，通以兩相平衡交流電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果令兩相繞組轉(zhuǎn)起來，且旋轉(zhuǎn)角速度等于合成磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)角速度，則兩相繞組通以直流電流就產(chǎn)生空間旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，稱為兩相旋轉(zhuǎn)-兩相靜止變換，簡(jiǎn)稱 C變換。其變換關(guān)系為：仲申sinTd(9)n申cos申一 2耳人_(9)式中，為d-q坐標(biāo)系d軸與坐標(biāo)系軸之間的夾角，是 d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度。為兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣。即"

9、;co-sin® C2r / = |( 10)公sin 申 cos® _對(duì)(10 )式進(jìn)行逆變換可以得到兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)的變換矩陣為cos -sinsin : cos；：(11)三相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換在得到三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換和兩相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)的變換矩陣后，也可以得到三相靜止坐標(biāo)系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換(12)式中,三相靜止坐標(biāo)系到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣為cos 申-sin 半1cos( J20 )-sin(甲一120 )1cos( 1 ：120 )_sin (120 )12相應(yīng)的兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為C2

10、r3s 乂；2廠COS :sin :cos® _120 了 -sin(申 _120 J1.-21.21 一_V21741cos(甲+120 )圖2 C2r/3s仿真模型sin("亠 120 )2.2建立dq坐標(biāo)系下，電機(jī)模型dq坐標(biāo)系下，可得異步電機(jī)的基本公式:Te 二 npLm(i W d _i dw )sq rd sd rqLrTefJ dwr np dti sdUsdi sqLscSRsUsq一屮rd1LmsLr LscSRsLm S'-'rd屮LscSRs1 (isd Lm Rr Wr Lrrq )LrSrqLr LscS RsRr-'rqR

11、r1(isqLmR +WrLr%)LrS(15)(16)(17)(18)(19)(20)由（15）（ 20）可搭建如下電機(jī)模型:圖3異步電機(jī)仿真模型2.3建立整個(gè)系統(tǒng)仿真模型fa Wiyksia!ZJ0TDC3*-LICMs:*KttTVi>U時(shí)nT& Wflripicrf3仿真參數(shù)及仿真結(jié)果3.1仿真參數(shù)交流異步電機(jī)模型各個(gè)參數(shù)如下：Lsc=9.136,Rs=9.53, Lr=0.505 , Lm=0.447, Rr=5.619，TL=2, np=2, J=0.0026給定轉(zhuǎn)速 w=120-100，F(xiàn)lux=0.5ACF中調(diào)節(jié)器各個(gè)參數(shù)為：Ki=10, Ti=0.1，限幅為-1

12、010。(1) wr仿真曲線0占(2) flux仿真曲線5 0 6 11 5 0 5o.£ 口-0.ptKnue-MnuD.50.511.522.5l/s1.522.51/s(3) la , lb , Ic仿真曲線(4) Id , Iq仿真曲線4結(jié)語通過以上仿真過程可以看出,采用MATLAB境下的SIMULINK仿真工具,可以快速地完成一個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的建模、仿真。且無須編程，仿真直觀、方便、 靈活。對(duì)于開發(fā)和研究交流傳動(dòng)系統(tǒng)有著十分重要的意義。并為系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí) 現(xiàn)提供了一條捷徑。5參考文獻(xiàn)1 黃忠霖控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真M.北京：國防工業(yè)出版社，20012 陳伯時(shí).電力

13、拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19983 朝澤云,康勇,鐘和清等.異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的建模與仿真J.電機(jī)與控制應(yīng)用.2007，34：11214.4 楊耕，陳伯時(shí)交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無速度傳感器的高動(dòng)態(tài)性能控制方法綜述 fJI 電氣傳動(dòng).2001, (3) : 3-8 .5 Joachim Holtz . Sen sofless Con trol of In duct ion Mach ines With of Without sis . al lnjectionJ . IEEE Transactions on Industry Applications , 2006, 53(1) : 7-9 . 陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)(第2 版)M.北京：機(jī)械 工業(yè)出版社，2005: 200-209.7 R . Jotten，G Macder . Control methods for good dynamic performa