矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-17 16:41本頁(yè)面
【正文】 概況 5 6 MATLAB 概述 6 Simulink 概述 7 8 異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 8 坐標(biāo)變換 10 10 10 11 問(wèn)題分析 11 11 11 矢量控制原理 12三. 總體模塊設(shè)計(jì) 14 14 15 15 求解轉(zhuǎn)子磁鏈角模塊 16 ids*求解模塊 16 iqs*求解模塊 17 ABC到DQ坐標(biāo)變換模塊 17 DQ到ABC坐標(biāo)變換模塊 18 電機(jī)參數(shù)設(shè)置 18 20 20四. Simulink 仿真 22五. 結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄1 3s/2r 坐標(biāo)變換 30附錄2 ω*=100和ω*=150時(shí)的比較 32矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)交流電機(jī)特別是鼠籠異步電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格低廉，而且堅(jiān)固耐用、慣量小、運(yùn)行可靠、很少需要維護(hù)、可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。另一類調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速度，這是一種高效的調(diào)速方法，可以通過(guò)變極或變頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中變極調(diào)速只能是有極調(diào)速，應(yīng)用場(chǎng)合有限。交流電機(jī)采用變頻調(diào)速不但能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，而且根據(jù)負(fù)載的特性不同，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓和頻率之間的關(guān)系，可使電機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)，并保證良好的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)交流電機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度降低電機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以變頻調(diào)速是一種理想的交流電機(jī)調(diào)速方法。轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足一般的平滑調(diào)速要求，但是靜、動(dòng)態(tài)性能都有限，要提高靜、動(dòng)態(tài)性能，首先要用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制。但是轉(zhuǎn)差頻率控制是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，因此保持磁通恒定也只在穩(wěn)態(tài)情況下成立。因此如何在動(dòng)態(tài)過(guò)程中控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵，人們經(jīng)過(guò)深入的研究，提出了對(duì)異步電機(jī)更有效的控制策略。1971年德國(guó)西門子公司的F. Blaschke等提出的“感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理”和美國(guó)的P. C. Custman和A. A. Clark申請(qǐng)的專利“感應(yīng)電機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，形成了現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。但是經(jīng)典的矢量控制方法還存在不少問(wèn)題，矢量控制要以轉(zhuǎn)子磁鏈定向，然后才能把定子電流分解為磁化分量和轉(zhuǎn)矩分量，使兩者互相垂直，處于解耦狀態(tài)，因此要先求得轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，才能進(jìn)行坐標(biāo)變換。對(duì)于這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，取得了很多實(shí)際成果。其中，矢量控制是目前交流電動(dòng)機(jī)較先進(jìn)的一種控制方式。其中基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式是在進(jìn)行U／f恒定控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)檢測(cè)異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度n，并得到對(duì)應(yīng)的控制頻率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個(gè)分量間的相位，對(duì)輸出頻率f進(jìn)行控制的。 交流調(diào)速技術(shù)概況據(jù)統(tǒng)計(jì)，電機(jī)類的耗電量占企業(yè)總用電量的70%以上，因此電機(jī)節(jié)能對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)具有重要的意義，電氣傳動(dòng)及其自動(dòng)化技術(shù)是電氣技術(shù)的重要組成，電力傳動(dòng)的技術(shù)發(fā)展水平也是體現(xiàn)國(guó)家科技水平的重要方面。20世紀(jì)60年代以前的調(diào)速系統(tǒng)以直流機(jī)組及晶閘管構(gòu)成的直流VM系統(tǒng)為主。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在性能上也已取得了長(zhǎng)足發(fā)展，具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)及四象限運(yùn)行等良好技術(shù)性能，其動(dòng)、靜態(tài)特性可以和直流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美。早期的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)大致經(jīng)歷了幾個(gè)階段：20世紀(jì)40年代模擬計(jì)算機(jī)仿真；50年代初數(shù)字仿真；60年代早期仿真語(yǔ)言的出現(xiàn)等。我國(guó)早在50年代就開始研究仿真技術(shù)了，當(dāng)時(shí)主要用于國(guó)防領(lǐng)域，以模擬計(jì)算機(jī)的仿真為主。隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的普及，近20年以來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了許多專門用于計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真的仿真語(yǔ)言與工具，如CSMP，ACSL， SIMNOM， MATLAB/Simulink， Matrix/System Build， CSMPC等。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。它將計(jì)算、可視化和編程結(jié)合在一個(gè)易于使用的環(huán)境中，此而將問(wèn)題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)，其典型的使用包括:.數(shù)學(xué)計(jì)算.運(yùn)算法則的推導(dǎo).模型仿真和還原.數(shù)據(jù)分析，采集及可視化.科技和工程制圖.開發(fā)軟件，包括圖形用戶界面的建立MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，它的基本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。MATLAB的名字象征著矩陣庫(kù)。MATLAB在擁有很多用戶的同時(shí)經(jīng)歷了許多年的發(fā)展時(shí)期。在工業(yè)上它是用于高生產(chǎn)力研究、開發(fā)、分析的工具之一。作為用戶不可缺少的工具箱，它可以使你學(xué)習(xí)和使用專門技術(shù)。在工具箱的范圍內(nèi)可以解決單個(gè)過(guò)程、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波、仿真及其他很多問(wèn)題。在美國(guó)，MATLAB是大學(xué)生和研究生必修的課程之一。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。MATLAB系統(tǒng)可分為五個(gè)部分:⑴MATLAB語(yǔ)言： 這是一種高級(jí)矩陣語(yǔ)言，其有著控制流程狀態(tài)，功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。⑵MATLAB的工作環(huán)境：這是一套工具和設(shè)備方便用戶和編程者使用MATLAB。同時(shí)也有開發(fā)、管理、調(diào)試profiling 、 Mfiles、 MATLAB’s applications的系列工具。它包含有系列高級(jí)命令，其內(nèi)容包括二維及三維數(shù)據(jù)可視化，圖形處理，動(dòng)畫制作，表現(xiàn)圖形。⑷MATLAB數(shù)據(jù)功能庫(kù)：它擁有龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則的集合，包含有基本的加，正弦，余弦功能到復(fù)雜的求逆矩陣及求矩陣的特征值， Bessel功能和快速傅立葉變換。它方便從MATLAB中調(diào)用例程(即動(dòng)態(tài)鏈接)，使MATLAB成為一個(gè)計(jì)算器，用于讀寫MATfiles。系統(tǒng)也能采用復(fù)合速率，也就是不同的部分用不同的速率來(lái)采樣和更新。在此界面下能像用鉛筆在紙上一樣畫模型。Simulink擁有全面的庫(kù)，如接收器，信號(hào)源，線形及非線形組塊和連接器。模塊有等級(jí)之分，因此可以由頂層往下的步驟也可以選擇從底層往上建模。這種途徑可以深入了解模型的組織和模塊之間的相互作用。菜單的獨(dú)特性便于交互式工作，當(dāng)然命令行對(duì)于運(yùn)行仿真的分支是很有用的。進(jìn)一步，可以改變其中的參數(shù)同時(shí)可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATLAB工作空間來(lái)做后處理和可視化。因?yàn)镸ATLAB和Simulink是一體的，所以可以仿真、分析，修改模型在兩者中的任一環(huán)境中進(jìn)行。在研究異步電機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，常做如下的假設(shè)：⑴忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對(duì)稱，在空間中互差120176。⑵忽略磁路飽和，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的。⑷不考慮頻率變化和溫度變化對(duì)繞組電阻的影響。折算后的定子和轉(zhuǎn)子匝數(shù)都相等。圖中，定子三相繞組軸線A、B、C在空間是固定的，以A軸為參考坐標(biāo)軸；轉(zhuǎn)子繞組軸線a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度θ為空間角位移變量。這時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成。②磁鏈方程每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)為:或?qū)懗桑害?Li式中，L是66電感矩陣，其中對(duì)角線元素LAA、LBB、LC
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