畢業(yè)設(shè)計(jì)-異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)matlab仿真研究-文庫吧
2024-11-11 19:23 本頁面
【正文】 異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真框圖 整個仿真圖由電氣系統(tǒng)模塊庫中的元件搭建組成，元件的直觀連接與實(shí)際的主電路相像似，其中主要包括：速度給定環(huán)節(jié)， pi 速度調(diào)節(jié)器、坐標(biāo)變換模塊、磁場定向模塊、滯環(huán)電流調(diào)節(jié)器、 igbt 逆變器元件、異步電動機(jī)元件以及測量和顯示模塊。這些元件都有設(shè)置對話框，用戶可以方便的選擇元件類型和設(shè)置參數(shù)。在整個控制系統(tǒng)的仿真模型中，交流異步電機(jī) 的模型是最重要的元件，在 powerlib 中給出了各種電機(jī)模型，這大大減少了交流調(diào)速系統(tǒng)的建模難度。 控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制，其中的磁場定向模塊提供矢量控制坐標(biāo)變換需要的磁鏈位置角，各個部分具體連接如圖 6 所示。 VIII 圖 6 矢量控制部分仿真框圖 異步電機(jī)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)仿真 由于系統(tǒng)中包 含非線性 powerlib模塊 (電機(jī)、逆變器 ),因此仿真采用變步長算法 ,這樣異步電機(jī)非線性部分和逆變器的過零點(diǎn)才能精確的計(jì)算出來 ,但是這樣會增加仿真步數(shù)減少仿真速度。由于在仿真初始化過程中 ,power2sys函數(shù)將逐個檢查模型中的各個模塊是否為 powerlib模塊 ,這樣對一個復(fù)雜系統(tǒng)在一定程度上會降低仿真速度。為此我們可以人為迫使 power2sys不去檢查那些常規(guī)模塊 ,方法是在常規(guī)模塊以及包含常規(guī)模塊的子系統(tǒng)的模塊名字前加一個 “$”符號 ,這樣可以提高仿真速度。仿真過程中由于初始值選擇不當(dāng)或者系統(tǒng)中存在分式 ,會 出現(xiàn)奇異點(diǎn)使仿真過程停止 ,可以在分母中加上一個很小地值或選擇適當(dāng)?shù)某踔当苊馄娈慄c(diǎn)的出現(xiàn)。 圖 5 中的電壓測量單元和電機(jī)輸出測量單元是 simulink 模塊與 powerlib 模塊間 IX 的接口模塊，分別把電機(jī)定子電壓信號和電機(jī)輸出信號反饋回 simulink 模塊。電壓控制信號作為 simulink模塊的信號送入到 powerlib模塊 —異步電機(jī)時，是通過可控電流源（ igbt 逆變器）作為中間環(huán)節(jié)。仿真時要注意二者之間的聯(lián)系，防止仿真出錯停止。 仿真結(jié)果 在 matlab/ 環(huán)境下對所建立的交流異步電機(jī) 轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)采用變步長方法進(jìn)行仿真，其中交流異步電機(jī)參數(shù)如下：ｒ s=， ls=h， rr=， lr=， lm=， pn=3kw， un=380v， j=m2，f=50hz， pn=2。 為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)模型的靜、動態(tài)性能，系統(tǒng)空載啟動，待進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在 t= 時轉(zhuǎn)速突加為 180r/min,t= 時又突減為 120r/min。待系統(tǒng)穩(wěn)定后， t= 時突加負(fù)載 5nm， t= 時突減負(fù)載，重新回到空載狀態(tài)。在經(jīng) 過一系列轉(zhuǎn)速突變和負(fù)載擾動仿真后，得到電機(jī)各個量響應(yīng)輸出波形如圖 7～ 12。 X 圖 7 電磁轉(zhuǎn)矩波形 XI 圖 8 電機(jī)轉(zhuǎn)速波形 圖 9 定子三相電流波形 XII 圖 10 dq 坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子兩相 電流波形 XIII 圖 11 dq 坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁鏈波形 圖 12 dq 坐標(biāo)系下定子磁鏈波形 由仿真 波形可以看出，在 的參考轉(zhuǎn)速下，系統(tǒng)空載啟動，轉(zhuǎn)速很快達(dá)到給定值，電流和轉(zhuǎn)矩波形較為理想。 t= 時轉(zhuǎn)速突加到 180r/min，電流和電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)增加，隨即又到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。 t= 時轉(zhuǎn)速突然下降，電流和轉(zhuǎn)矩也立即跟隨變化。 t= 時突加負(fù)載擾動，轉(zhuǎn)矩馬上突變，電流也相應(yīng)增加，而轉(zhuǎn)速幾乎沒有 變化。 t= 時突減負(fù)載，轉(zhuǎn)矩和電流同時變化，轉(zhuǎn)速仍然穩(wěn)定在給定的 120r/min 上。定轉(zhuǎn)子磁鏈響應(yīng)也隨著變化過程增大和減小?？梢姡麄€過程中轉(zhuǎn)速給定和負(fù)載擾動頻繁突變，而轉(zhuǎn)速能很好的跟隨給定值，且響應(yīng)時間短，過渡過程快，有很好的跟隨和抑制擾動的性能。整個變化過程中電磁轉(zhuǎn)矩也能夠瞬間響應(yīng)，并很快達(dá)到穩(wěn)定。在穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)矩有很小的脈動， XIV 這主要是由于電流換向和滯環(huán)控制器頻繁切換造成的，脈動大小跟滯環(huán)寬度有關(guān)。 5 結(jié)束語 本文在用狀態(tài)空間方法分析 simulink模塊和 powerlib 模塊運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，闡 述了二者不同點(diǎn)。最后通過交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)建模仿真，說明了 simulink 和 powerlib 對于復(fù)雜交流調(diào)速系統(tǒng)的建模仿真是一個很好的仿真工具。通過對 simulink 和 powerlib中各種元件的深入研究和了解，更加復(fù)雜的電氣傳動系統(tǒng)的建模仿真將變的更加直觀和容易。 轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)原理分析及MATLAB 仿真 摘 要 因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)的物理模型是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合 的多變量系統(tǒng)，需要用一組非線性方程組來描述，所以控制起來極為不便。異步電機(jī)的物理模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵在于各個磁通間的耦合。 如果把異步電動機(jī)模型解耦成有磁鏈和轉(zhuǎn)速分別控制的簡單模型，就可以模擬直流電動機(jī)的控制模型來控制交流電動機(jī)。 直接 矢量控制 就 是一種優(yōu)越的交流電機(jī)控制方式，它模擬直流電機(jī)的控制方式使得交流電機(jī)也能取得與直流電機(jī)相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系統(tǒng)中磁鏈調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法。 并用 MATLAB最終得到了仿真結(jié)果。 關(guān)鍵詞： 矢量控制 ，非線性， MATLAB 仿真 XV XVI Speed and flux vector control system for closedloop control theory analysis and MATLAB simulation ABSTRACT Because asynchronous motor39。s physical model is a higher order, the misalignment, the close coupling manyvariable system, needs to use a group of nonlinear simultaneous equation to describe, therefore controls extremely inconveniently. The reason that asynchronous machine39。s physical model is plex, the key lies during each magic flux the coupling. If bees the asynchronous motor model decoupling has the simple model which the flux l
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