【文章內(nèi)容簡介】 矢量控制變頻原理 在同步旋轉(zhuǎn)的 MT 坐標(biāo)系中 ,將 M 軸方向固定在轉(zhuǎn)子磁場方向 ,因此矢量控制又稱為磁場定向控制。在沿轉(zhuǎn)子磁場定向的 M、 T 同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系中 ,對于籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī) ,由于轉(zhuǎn)子短路 ,有 = = 0,則電壓方程矩陣可簡化為 : = . (1) 式中 : , 為定子和轉(zhuǎn)子電阻 。 為定子和轉(zhuǎn)子繞組的自感 。 mL 為定轉(zhuǎn)子繞組間的互感 異步電機(jī)矢量控制中 ,被控的是定子電流因此 ,需要推導(dǎo)出定 子電流分量和其他物理量的關(guān)系。 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈達(dá)到穩(wěn)態(tài)并保持不變時 ,電磁轉(zhuǎn)矩只由 決定 ,此時磁鏈與轉(zhuǎn)矩分別由 和 獨立控制 ,磁鏈與轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了解耦。 um2 ut2專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 10 異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 在 環(huán)境下 ,利用 Simulink 和 Power System Blocksets,可以構(gòu)建異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng) 的仿真模型 [2]。 圖 1 異步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 Speed controller 是速度調(diào)節(jié)器 ,速度調(diào)節(jié)器的輸出信號是轉(zhuǎn) 矩給定 e T* 。在 iqs* Calculation 模塊中 ,根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定 e T* 和轉(zhuǎn) 子磁通 來計算得出定子電流的轉(zhuǎn)矩分量 iq*,顯然是給定值。 Teta Calculation 模塊的作用是計算 q 角 ,也就是 d 軸的位置。 ABCDQ環(huán)節(jié)的作用是根據(jù)角 q ,將實際的電動機(jī)定子電流 iabc 變換得到 d、 q坐標(biāo)系中的分量 id和 iq。 Id*Calculation 模塊的作 用。 電流變換和磁鏈觀測 模塊 在同步旋轉(zhuǎn) M、 T坐標(biāo)系中構(gòu)造的電流模型磁鏈觀測器。電 機(jī)定子三相電流 A i 、B i 、 C i 經(jīng) 3/2 變換變成二相靜止坐標(biāo)系電流 225。i 、 226。 i ,再經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)變換并按轉(zhuǎn)子磁場定向 ,得到 M、 T 坐標(biāo)上 的電流 M i 、 T i 。由 M i 、 T i 即可以得到 2 Y 和 s w ,由 s w 與電機(jī)轉(zhuǎn) 速的反饋信號 w 相加得到定子頻率信號 ,再經(jīng)積分 ,即可得到轉(zhuǎn) 子磁鏈的相位信號。在 Matlab/Simulink 中封裝的電流變換和磁鏈觀測模塊如圖 2 所示。 專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 11 圖 2 封裝的電流變換和磁鏈 觀測模塊 (1) 電流變換 ABCDQ 模塊 ABCDQ 模塊完成從 ABC 三相定子坐標(biāo)系到 dq 坐標(biāo)系的 變換 ,在這個模塊中 ,根據(jù)定子電流在 ABC 三相定子坐標(biāo)系下的分量 ,經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換 ,得出電動機(jī)定子電流在 dq 坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)矩 分量 iqs 和勵磁分量 Ids。模塊的構(gòu)造圖如圖 3 所示 圖 3 電流變換 ABCDQ模塊 (2) 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值計算模塊 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值的計算采用式 (2） ,仿真模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4所示： 圖 4 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值計算模塊 (3) 轉(zhuǎn)子磁鏈角計算模塊 轉(zhuǎn)子磁鏈角通過計算 q= ，其中轉(zhuǎn)差頻率 有下式計算 = (4) 該仿真模塊的結(jié)構(gòu)如圖 5 所示 專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 12 圖 5 轉(zhuǎn)子磁鏈角計算模塊 DQABC 模塊 DQABC 模塊的作用是根據(jù)定子電流在 dq 坐標(biāo)系下的分 量 , 經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換得出電動機(jī)定子的三相繞組電流的給定值 I*abc,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 6 所示 ,根據(jù)旋轉(zhuǎn)變換的公式得出 ab兩相 電流 ,c相電流由 ic=iaib 得到。 圖 6 DQABC 模塊 電流調(diào)節(jié)器模塊 電流滯環(huán) PWM 控制用一個正弦波電流信號作為電流給定信 號 ,將實際檢測到的電動機(jī)電流作為反饋信號 ,兩者比較后作為滯 環(huán)比較器的輸入 ,滯環(huán)比較器電流調(diào)節(jié)器仿真模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 7所示 , 由三個滯環(huán)控制器和三個邏輯非運算器組成 [3]。 圖 7 電流調(diào)節(jié)器模塊 仿真結(jié)果及分析 利用圖 2 所示的仿真模型 ,對三相異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng) 的原理進(jìn)行仿真專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 13 研究。在電動機(jī)的測量模塊 Demux 中選擇電動 機(jī)的定子三相電流、電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)子角速度作為測量 對象 ,轉(zhuǎn)子漏感 。定轉(zhuǎn)子漏感 。極對數(shù)為2。速度 調(diào)節(jié)器的參數(shù)如下 :積分增益 Ki=26,比例增益 Kp=13。電流調(diào)節(jié) 器采用滯環(huán)型的 PWM 控制器 ,滯環(huán)寬度為 20A。仿真的波形如圖 圖 9 所示。 圖 8 空載時的速度仿真曲線 圖 9 空載時的轉(zhuǎn)矩仿真曲線 專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 14 圖 10 空載時的電流仿真曲線 圖 11 加負(fù)載時的速度仿真曲線 專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 15 圖 12 加負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩仿真曲線 圖 13 加負(fù)載時的電流仿真曲線 從圖 8 空載運行的曲線可以看出在開始啟動的瞬間 ,恒轉(zhuǎn)矩啟動階段的大約時間為 。在恒轉(zhuǎn)矩段 ,轉(zhuǎn)矩 保持在極限值 ,這個極限值是在速度調(diào)節(jié)器參數(shù)表中設(shè)定的。速度約在 時上升到最大值 ,在約 時達(dá)到穩(wěn)態(tài)值 ,穩(wěn) 態(tài)轉(zhuǎn)子角速度為 120rad/s。 從圖 9是負(fù)載運行的仿真曲線 ,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定值 120rad/s 后 ,在 時 ,給專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 16 電機(jī)突加 Nm Tl =? 100 的負(fù)載 ,此時電機(jī)輸出 轉(zhuǎn)矩從零迅速跳變?yōu)轭~定負(fù)載值 ,轉(zhuǎn)速恢復(fù)時間為 ,系統(tǒng)具有良好的抗負(fù)載擾動的能力。 小結(jié) 用 MATLAB/SIMULINK 中的電氣系統(tǒng)模塊 (power system blockset )構(gòu)建動態(tài)矢量仿真系統(tǒng) ,說明 MATLAB 非常適合 電機(jī)控制領(lǐng)域內(nèi)的仿真及研究 ,在某些問題的研究中 MATLAB/SIMULINK 能帶來極大的方便并使效率極大提高。實驗證明 ,用 SIMULINK 進(jìn)行交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)仿真 ,具有方便、直觀、靈活、精確的優(yōu)點 ,是比較理想的仿真方法。 參考文獻(xiàn) : [1] 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) ,北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021 [2] 張志涌 ,徐彥琴 ,MATLAB 教程 ,北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021 [3] ,姜建國等譯 ,電力電子學(xué)與變頻傳動技術(shù)和應(yīng)用 ,北京 :中國礦業(yè)大學(xué)出版社 ,1999 [4] 紀(jì)志成 ,薛花 ,沈艷霞，基于 Matlab 交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真建模，系統(tǒng)仿真學(xué)報 ,2021 專業(yè)課綜合課程設(shè)計說明書 17 3 設(shè)計項目 三 基于組態(tài)王的雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計任務(wù)與要求 ： 任務(wù)：以雙容下水箱液位為被控參數(shù)，以智能儀表為控制器，以電動調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行器構(gòu)成雙容液位單回路控制系統(tǒng)，以 PC機(jī)為上位機(jī)（組態(tài)王為監(jiān)控軟）對現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)連接客戶端，在客戶端能對現(xiàn)場參數(shù)監(jiān)控。 要求： 完成方案設(shè)計（包括設(shè)計思路、設(shè)計原理、實現(xiàn)功能等） 完成現(xiàn)場控制系統(tǒng)設(shè)計（包括各功能電路接線圖、框圖和說明等） 完成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計的設(shè)計 遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端的設(shè)計 圖 1 總體設(shè)計方