【正文】 制電動機轉(zhuǎn)矩的目的。在美國等發(fā)達國家的大學里 MATLAB 是一種必須掌握的基本工具，而在國外 30 的研究設(shè)計單位和工業(yè)部門，更是研究和解決問題的一種標準軟件。 (2) 轉(zhuǎn)速 PI 調(diào)節(jié)模塊 通過對給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速之間的差值進行 PI 調(diào)節(jié)，可以得到系統(tǒng)的給定轉(zhuǎn)矩。 圖 44 開關(guān)狀態(tài)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 仿真結(jié)果及其分析 這里使用的是 Simlink Simpowersystems 提供的三相異步電動機模塊，其參數(shù)選擇如下：參考坐標系為 Stationary－定子參考坐標系，電動機類型選為 Squirrel鼠籠型， P＝ 3hp， U1＝ 380V， f＝ 50HZ， Np＝ 2， Ne＝ 1400rpm， Ls=Lr=*10－ 3H， Lm＝ *10－ 3H， Rs＝ ， Rr＝ ， Te＝ ， J＝ ， 32 電機參數(shù)還可以通過雙擊電機模塊來修改，以期與實際電機參數(shù)相一致。 33 圖 46 定子磁鏈軌跡 圖 4－ 7 為系統(tǒng)啟動時，空載時的定子三相電流、轉(zhuǎn)矩、和轉(zhuǎn)速的波形。從圖中可以看到，在突加負載后，定子三相電流變大，轉(zhuǎn)矩經(jīng)過一個波動后，穩(wěn)定在 附近 。直接轉(zhuǎn)矩控制是在定子坐標系下分析交流電動機模型，省去了矢 量變換等復雜的變換和計算，簡化了結(jié)構(gòu)，易于用數(shù)字化控制元件實現(xiàn)；采用電壓空間矢量的概念分析電機模型和控制各物理量，使問題簡單明了，易于理解；由于采用的是定子磁鏈軸，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來，減小了電機參數(shù)對性能的影響。 35 參考文獻 1. 李夙 .異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制 .北京：機械工業(yè)出版社， 1999 2. 何萍，郭軍 .基于 Matlab/Simulink 的異步電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真 .電氣應用， 2021 .電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 .電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計指 .北京：機械工業(yè)出版社， 1998 .電力電子技術(shù) . 第 4 版．北京：機械工業(yè)出版社， 200０ . 電力拖動自動控制系統(tǒng) . 武漢：華中科技大學出版社， 1991 .自動控制原理：第 4 版 .北京：國防工業(yè)出版社 。機械工業(yè)出版社，2021 。而全數(shù)字化的實現(xiàn)，將使采樣精度更高，誤差率更小，更易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。通過仿真結(jié)果可以證明所建立的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的正確性， 對于實際的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn)具有很好的指導意義。第三條曲線為轉(zhuǎn)速曲線。在系統(tǒng)空載和后面突加負載的時候，磁鏈波形基本不變。 本系統(tǒng)中，開關(guān)狀態(tài)器及逆變器模塊均用 M 函數(shù)來代替。與 ode23s 相似 ，對于寬誤差容限，它比 odel5s 更有效。 與 Fortran 和 C 等高級語言比 較， MATLAB 的語法規(guī)則更簡單，更重要的是其貼近人思維方式的編程特點，使得用 MATLAB 編寫程序非常方便和簡捷。如果要改變定子磁鏈矢量 Ψ s(t)的旋轉(zhuǎn)速度 ，可引入零電壓矢量。 電壓空間矢量的正確選擇 正確選擇電壓空間矢量，可以形成六邊形磁鏈。 把 Ψ s 和 is 置于定子正交坐標系? ? 中，如圖 33 所示，得到 sin∠ （ Ψs， is） = sin（ θ1－ θ2） = sinθ1cosθ2－ cosθ1sinθ2 從而在定子坐標系中，異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩模型可以表達為 Tei = Km（ Ψsαisα－ Ψsβisβ） （ ） 式中， is? 、 is? 、 Ψ s? 、 Ψ s? 分別是 is、 Ψ s 在 αβ軸系上的分量。顯然，矢量變換控制系統(tǒng)雖然可以獲得高性能的調(diào)速特性，但是往復的矢量旋轉(zhuǎn)坐標變換及其他變化大大增加了計算工作量和系統(tǒng)的復雜性，而且由于異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)是采用轉(zhuǎn)子磁場定向方式，設(shè)定的磁場定向軸易受電機參數(shù)變化的影響，因此異步電動機矢量變換系統(tǒng)的魯棒性較差，當采取參 數(shù)自適應控制策略時，有進一步增加了系統(tǒng)的復雜性和計算工作量。定子產(chǎn)生定子磁勢矢量 Fs，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁勢矢量 Fr，二者合成得到合成磁勢矢量 FΣ 。 直接轉(zhuǎn)矩控制的實質(zhì)是定子磁鏈 定向控制，是一種特殊的定子磁鏈定向控制，采用此方案有以下優(yōu)點： (1) 控制算法較為簡單，可以直接在靜止坐標系上進行矢量分解運算，摒棄了復雜的矢量變換與計算，大大減少矢量控制的性能易受參數(shù)變化影響的問題，魯棒性好。 這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)矩響應速度，但是卻引起了電流和轉(zhuǎn)矩的脈動，低速性能差，調(diào)速范圍受到限制。 為了獲得高精度的速度控制，定子磁鏈軌跡就希望被控制成圓形。由于永磁同步電動機具有體積小 、 重量輕 、 運行可靠 、 功率密度高等諸多優(yōu)點 ， 將DTC控制策略應用于永磁同步電機控制中 ， 以提高電機的快速轉(zhuǎn)矩響應 ， 成為研究者關(guān)注的課題 究的熱點課題。 MATLAB/SIMULINK。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設(shè)計中測速采用了目前較先進的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。第二階段， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長。采用 面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖 7 所示 。 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 選用 LEM 模塊 LA100S 電流傳感器作為檢測元件，其參數(shù)為：額定電流 100A，匝數(shù)比 1： 1000，額定輸出 電流為 。 FkRC nnn ?? ???? ，取 F? FkC on ?140 ????? ，取 1 F? 。 （ 2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) 因為電流超調(diào)量 %5?i? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器? ? ? ?sKsW iiiA C R ?? 1?? 。由已知條件計算出 VnU nm a x* ???? ? ， VIU dmim * ???? ? ， 40 ?????? s dec K RInCUV=。 RPL 為與電動機配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。選 MY31230/5 型壓敏電阻。 （ 1）交流側(cè)過電壓保護 阻容保護 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進行保護。一般可按下式計算，即： )( c o s22m inm a x2NshTdIICUA nUUU ??? ?? （ 31） 式中 Udmax 整流電路輸出電壓最大值； nUT 主電路電流回路 n 個晶閘管正向壓降； C 線路接線方式系數(shù)； Ush 變壓器的短路比，對 10～ 100KVA， Ush =～ ； I2/I2N變壓器二次實際工作電流與額定之比，應取最大值。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。 由于電機的容 量較 大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。本設(shè)計是用 8031 單片機構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。所以微機數(shù)字控制系統(tǒng)在各個方面的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應用越來越廣泛。 早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的推廣。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 Ud。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 若采用轉(zhuǎn)速負反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只 有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。選擇過大又會造成延遲角?加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。 晶閘管實際承受的最大峰值電壓 TNU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 mTN UU )3~2(? mTN UU )3~2(? = 26)3~2( U = 1256)3~2( ?? V= ~ V （ 310） 取 TNU =800V。 壓敏電阻的計算 21 UU MA ? = ? V=230V 流通量取 5KA。 62 10 ??? mR fCUP = 62 10)1 2 53( ????? W= 選 R為 10? 普通金屬膜電阻器， 。額定電流 （取 =0）可查得 K=， )(AVDI = LKI)2~( =(～ 2) =～ 可選用 ZP 型 3A、 700V 的二極管。 12 圖 2 主電路圖電路 晶閘管的觸發(fā)電流為 GTI ＜ 250mA,觸發(fā)電壓 VVGT 3? 。 觸發(fā)器的電路圖如下圖 3所示 ： 13 圖 3 集成六脈沖觸發(fā)電路 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:25Dec2008Sheet of File:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\新建文件夾\新建文件夾\MyDesign2.ddbDrawn By:13457 89 11 12 13 14 15 16kc044R14R24R34R154R164C44C74R44R44W54W2C74C1 4C1013457 89 11 12 13 14 15 16kc044R84R94R104R194C54C84R184W34C1113