【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(shè)計(jì) 仿真平臺 MATLAB 提供了許多電機(jī)的仿真模塊，可實(shí)現(xiàn)電氣流的仿真。而目前對于新型電機(jī)的仿真建模多基于信號流， 本文根據(jù) MATLAB 軟件的特點(diǎn) ,在分析交流異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出異步電動機(jī)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(zhǔn)確性和有效性。該方法可用于新型電機(jī)的仿真建模。 隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和交流電機(jī)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(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。 異步電動機(jī)是交流調(diào)速系統(tǒng)的主要驅(qū)動部件。在設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)時，采用實(shí)驗(yàn)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(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，如何建立一個準(zhǔn)確有效的仿真模型是研究其動靜態(tài)特性及其控制的關(guān)鍵技術(shù)。 SIMULINK 仿真平臺以 MATLAB 強(qiáng)大的計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算，并可在仿真運(yùn)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(dāng)中，應(yīng)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(yīng)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 近年來，很多文獻(xiàn)應(yīng)用 Matlab/SIMULINK 對異步電動機(jī)進(jìn)行建模仿真采用 S 函數(shù)對異步電動機(jī)進(jìn)行建模，在仿真過程中不易觀察系統(tǒng)任一點(diǎn)的波形。利用常規(guī) SIMULINK 模塊搭建異步電動機(jī)的仿真模型，完全由信號 流構(gòu)成，沒有考慮電機(jī)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(jī)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(jìn)行仿真。對仿真模型進(jìn)行空載起動及突加負(fù)載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性和有效性。該方法可應(yīng)用于新型電機(jī)的建模仿真。 仿真準(zhǔn)備 針對上述的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)， 仿真以一臺三相 交流異步電動機(jī)為對象，其仿真參數(shù)如表 1 所示。 表 1 仿真模型中電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(fù)載情況下 進(jìn)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(fù)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(dá)到最大值，轉(zhuǎn)矩脈動較小，動態(tài)響應(yīng)迅速。由圖 (44)容易看出電機(jī)的實(shí)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(fù)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(shí)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(jì)誤差相對較大。仿真結(jié)果驗(yàn)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(yīng)電機(jī)矢量控制原理，并對無速度傳感器技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種改進(jìn)型模型參考自適應(yīng)（ MRAS）的無速度傳感器矢量控制方案?；? MATLAB 軟件搭建異步電機(jī)有速度傳感器矢量控制系統(tǒng)和異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型， 仿真結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性。 28 第 5 章 總結(jié) 異步電機(jī)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(diǎn)， 其中 MRAS 由于其原理簡單、實(shí)用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本文采用改進(jìn)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(yīng)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(shí)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(xiàn) [1] 李永東，李明才 .感應(yīng)電機(jī)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(yīng)電動機(jī)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. 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