【正文】 圖 212 基于 MRAS 的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)原理框圖 24 第 3 章 仿真設計 仿真平臺 MATLAB 提供了許多電機的仿真模塊，可實現(xiàn)電氣流的仿真。而目前對于新型電機的仿真建模多基于信號流， 本文根據(jù) MATLAB 軟件的特點 ,在分析交流異步電動機數(shù)學模型的基礎上，提出異步電動機的仿真建模的新方法。該模型使用 SIMULINK 基本模塊和電力系統(tǒng)模塊庫中的線性變壓器和受控電流源等模塊搭建， 可作為電力系統(tǒng) 模塊庫中的元件直接調(diào)用，仿真結(jié)果證明了模型的準確性和有效性。該方法可用于新型電機的仿真建模。 隨著電力電子技術(shù)的不斷進步和交流電機調(diào)速理論的深入發(fā)展， 交流調(diào)速系統(tǒng)逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)， 在電氣傳動領域占據(jù)主導地位。 異步電動機是交流調(diào)速系統(tǒng)的主要驅(qū)動部件。在設計交流調(diào)速系統(tǒng)時，采用實驗來分析研究周期長、投資大，不宜分析系統(tǒng)的各種性能，因此需要采用數(shù)字仿真。異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，如何建立一個準確有效的仿真模型是研究其動靜態(tài)特性及其控制的關鍵技術(shù)。 SIMULINK 仿真平臺以 MATLAB 強大的計算功能為基礎，以直觀的模塊框圖進行仿真和計算，并可在仿真運行過程中動態(tài)修改參數(shù)和觀察結(jié)果；系統(tǒng)仿真模塊中的電力系統(tǒng)模型庫 (Power System Block)是專用于 RLC 電路、電力電子電路和電力系統(tǒng)仿真用的模型庫。在 MATLAB/SIMULINK 建模當中，應注意電力系統(tǒng)模型庫模塊的使用與常規(guī) SIMULINK 模塊的使用不同。電力系統(tǒng)模型庫的模塊須連接在電氣主回路中使用，因此每個模塊都有輸入端和輸出端， 在回路中流動的是電流 ,本文中定義為電氣流； 常規(guī) SIMULINK 模塊組成的是信號流程，輸入輸出模塊的信號沒有特定的物理含義，其含義要視仿真模型的對象而定，定義為信號流。由電力系統(tǒng)模型庫模塊組成的電路系統(tǒng)和 SIMULINK 模型庫中的控制單元連接、 組合， 即可以研究在電力系統(tǒng)不同工況和狀態(tài)下的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應，為系統(tǒng)設計提供依據(jù)。 近年來，很多文獻應用 Matlab/SIMULINK 對異步電動機進行建模仿真采用 S 函數(shù)對異步電動機進行建模，在仿真過程中不易觀察系統(tǒng)任一點的波形。利用常規(guī) SIMULINK 模塊搭建異步電動機的仿真模型，完全由信號 流構(gòu)成，沒有考慮電機電流對外部電路的影響，而且不能與電力電子器件、交流電源直接相連。 本文提出一種結(jié)合 SIMULINK 基本模塊和電力系統(tǒng)模型庫中的線性變壓器和受控電流源等模塊對異步電動機建模仿真的新方法， 所構(gòu)建的模型可作為電力系統(tǒng)模型庫中的一個元件，與電力電子器件、交流電源相連，方便對電力拖動系統(tǒng)進行仿真。對仿真模型進行空載起動及突加負載實驗驗證了該模型的準確性和有效性。該方法可應用于新型電機的建模仿真。 仿真準備 針對上述的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型進行仿真實驗， 仿真以一臺三相 交流異步電動機為對象，其仿真參數(shù)如表 1 所示。 表 1 仿真模型中電機參數(shù) 25 參數(shù) 額定功率 極對數(shù) 定子電阻 轉(zhuǎn)子電阻 數(shù)值 30KW 2 ? ? 參數(shù) 定子電感 轉(zhuǎn)子電感 互感 額定轉(zhuǎn)速 數(shù)值 1430rpm 仿真電路 基于 MATLAB 軟件， 搭建基于 MRAS 的異步電動機無速度傳感器轉(zhuǎn)子磁連定向矢量控制系統(tǒng)模型，如圖 31 所示 。 31 基于 MRAS 的異步電動機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型 26 第 4 章 仿真結(jié)果 仿真結(jié)果波形 為了對比分析無速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)速度估算的效果， 這里給出了含有速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)和無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果，如圖 41,42， 43,44 所示。仿真是在ω *=150rad/s，空載起動、 t=突加負載情況下 進行的，左邊的波形是有速度的，右邊的是無速度矢量控制得到的波形。 圖 41 轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形 圖 42 定子三相電流波形 27 圖 43 轉(zhuǎn)矩波形 圖 44 轉(zhuǎn)速波形 結(jié)果分析 由圖 (41)可以看出，轉(zhuǎn)子磁鏈能很快跟 蹤給定值 ，并保持恒定，只在突加額定負載時有很小的波動。 由圖 (42)的定子電流波形可知， 三相定子相電流波形為三相正弦波形，電流波動和畸變很小。圖 (43)中，啟動轉(zhuǎn)矩能迅速達到最大值，轉(zhuǎn)矩脈動較小，動態(tài)響應迅速。由圖 (44)容易看出電機的實際轉(zhuǎn)速對給定轉(zhuǎn)速的跟蹤性能良好，超調(diào)較小，突加負載對轉(zhuǎn)速的影響不大，能很快跟蹤到給定轉(zhuǎn)速。其中，圖 (44)右邊的波形中實際速度與辨識速度波形基本吻合，只是在低速時轉(zhuǎn)速估計誤差相對較大。仿真結(jié)果驗證了該矢量控制系統(tǒng)模型的正確性和可行性。 結(jié)論 本文簡單介紹了感應電機矢量控制原理，并對無速度傳感器技術(shù)進行了研究，提出了一種改進型模型參考自適應（ MRAS）的無速度傳感器矢量控制方案?；? MATLAB 軟件搭建異步電機有速度傳感器矢量控制系統(tǒng)和異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型， 仿真結(jié)果驗證了該系統(tǒng)的可行性與實用性。 28 第 5 章 總結(jié) 異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)中的速度辨識方法是目前研究的熱點， 其中 MRAS 由于其原理簡單、實用性較強等優(yōu)點，在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應用。本文采用改進的電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈估算模型，避免了由純積分 環(huán)節(jié)造成的積分漂移等問題，采用可變 PI 型自適應律，結(jié)構(gòu)簡單且具有較好的辨識效果。最后給出了轉(zhuǎn)子磁場定向的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，仿真結(jié)果表明該系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能，且具有一定的抗干擾能力。 29 參考文獻 [1] 李永東，李明才 .感應電機高性能無速度傳感器控制系統(tǒng) — 回顧、現(xiàn)狀與展望 .電氣傳動， 2021(1)： 410 [2] 楊耕，陳伯時 .交流感應電動機無速度傳感器的高動態(tài)性能控制方法綜述 .電氣傳動， 2021， 3(3):38 [3] Pavel Brandstetter, Martin Kuchar, David Vinklarek. Estimation Techniques for Sensorless Speed Control of Induction Motor Drive. IEEE ISIE 2021:154159 [4] 祝龍記，王賓 .基于 MRAS 速度辨識矢量控制系統(tǒng)的仿真研究 .電工技術(shù)學報， 2021， 20(1)： 6065 [5] 王高林 ,于泳 ,陳偉 . 基于改進 MRAS 觀測器無速度傳感器感應電 機轉(zhuǎn)速估計方法 .電氣傳動 ,2021,39(1):1518 [6] 范蟠果 , 楊耕 .感應電機無速度傳感器控制自適應速度觀測器 .電機與控制學報 , 2021,12(6):621627 [7] 王丹，姚緒梁，王曉三 .基于 MRAS 變參數(shù)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究 .應用科技， 2021， 33(8):2224 [8] 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. [9] 洪乃剛等 .電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 .北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021. [10] 余名俊 ,李嵐 ,王秀麗 .異步電動機的 MATLAB 建模與仿真 .微特電機 ,2021,6(3):3537. [11] 顧德英 ,季正東 ,張平 .基于 SIMULINK 的異步電機的建模與仿真 .電力系統(tǒng)及其自動化學報 2021,15(2): 7173. [12] 劉艷 ,紹誠 .感應電機廣義模型的建立及仿真研究 .系統(tǒng)仿真學報 , 2021,16(9):20522055. (Liu Yan, Shao Cheng. Generalized Modeling and Simulation of Induction Motor Journal of System Simulation (9): 20522055.) [13] 夏揚 .基于 SIMULINK 感應電機建模及仿真研究 .電氣傳動自動化 , 2021, 24（ 1） :36. [14] 張志林 .基于 DSP 的異步電動機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究 .南京： 南京航空航天大學， 2021： 125 [15] 冬雷 .全數(shù)字交流調(diào)速系統(tǒng)研究 .北京：清華大學， 2021 [16]陳伯時 .交流變頻傳動控制的發(fā)展 .第一屆變頻器與伺服企業(yè)論壇論文集，北京 :機械 工業(yè)出版社， 2021:13 [17]沈本蔭 .現(xiàn)代交流傳動及其控制系統(tǒng) .北京 :中國鐵道出版社 .1997 [18]李永東 . 交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)，北京 :機械工業(yè)出版社， 2021 [19]孟慶春 .異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的改進方案 .中國電機工程學報， 2021，25(13):118122 [20]王萍 .基于神經(jīng)網(wǎng)絡的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究 .電工技術(shù)學報， 2021,18 (2): 58 [21]祝龍記 .采用矢量細分的異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) . 微特電機， 2021, 6: 3032 [22] 魏 偉 . DSP 原理與實踐 .北京 :中國電力出版社， 2021 [23]. Sbita L., Ben Hamed M., An MRAS– based full order Luenberger observer 30 for sensorless DRFOC of induction motors. Int. J. ACSE, 2021, 7(1), p. 1120. [24]. Cirrincione M., Pucci M., Sensorless direct torque control of an induction motor by a TLSbased MRAS observer with adaptive integration. Automatica, 2021, 41, p. 18431854. 31 致謝 感謝