14-基于Matlab_Simulink的异步电动机间接矢量控制系统仿真

重庆工学院学报(自然科学)

JournalofChongqingInstituteofTechnology(NaturalScience)2008年11月Nov.2008

基于Matlab/Simulink的异步电动机

间接矢量控制系统仿真

󰀁

丁丽娜,高艳萍,谷󰀁军

(大连水产学院信息工程学院,辽宁大连󰀁116023)

摘要:对间接矢量控制理论进行分析,设计了异步电动机间接矢量控制系统.并用Matlab对所设计的间接矢量控制系统进行建模与仿真,仿真结果表明:该控制系统实现了磁通与转矩解耦,系统的静、动态性能良好.

关󰀁键󰀁词:异步电动机;间接矢量控制;Matlab仿真中图分类号:TP391.9󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A

文章编号:1671-0924(2008)11-0146-04

SystemSimulationofIndirectVectorControlofAsynchronous

MotorsBasedonMatlab/Simulink

DINGLi󰀁na,GAOYan󰀁ping,GUJun

(SchoolofInformationEngineering,DalianFisheriesUniversity,Dalian116023,China)

Abstract:Thispaperintroducestheindirectvectorcontroltheoryindetail,anddesignstheindirectvectorcontrolsystem,whichismodeledandsimulatedinMatlab.Thesimulationresultsshowthatthecontrolsystemrealizesdecouplingbetweenmagneticfluxandtorque,andhasgoodstaticanddynamicperfor󰀁mance.

Keywords:asynchronousmotor;indirectvectorcontrol;Matlabsimulate󰀁󰀁在交流调速传动的大背景下,矢量控制方法的提出使交流传动系统的动态性能得到了显著改善,这无疑是交流传动控制理论上一个质的飞跃.矢量控制分为直接矢量控制和间接矢量控制.在直接矢量控制系统中,系统复杂,而且控制效果也不是很好.间接矢量控制具有控制方法简单的优点,不需要进行磁通检测,像通常的转差控制方法一样,只要测出电动机转子的角频率󰀁,加上根据󰀁

󰀁󰀁矢量控制能够达到对异步电动机的转矩和磁需要的转矩推算出应有的转差角频率󰀁s,以此控制定子电流的瞬时角频率󰀁1=󰀁+󰀁s,就能使电动机的电流和转矩迅速由原先的工作状态变到新的所需的工作状态.

1󰀁间接矢量控制理论

󰀁󰀁

收稿日期:2008-09-04

基金项目:辽宁省省教育厅科研项目(2008150).

作者简介:丁丽娜(1977󰀂),女,吉林长春人,硕士,讲师,主要从事电器控制、电力系统自动化方面的研究.

丁丽娜,等:基于Matlab/Simulink的异步电动机间接矢量控制系统仿真󰀁󰀁󰀁󰀁

场的快速响应和完全解耦控制.为了得到这样的解耦控制,在进行磁场定向时需要得到一个准确的相对于静止定子坐标系的旋转的转子磁通位置角.只有得到这个准确的位置角变量,才可能实现定子电流的转矩分量和励磁分量的完全解耦,通过的调节转矩分量和励磁分量来控制异步电动机的转矩和励磁,才可能得到像直流电机那样可以控制转矩和磁场的性能.

在控制过程中,只要能使电机定子、转子或气隙磁场中有一个始终保持不变,电机的转矩就能和稳态工作时一样,主要由转差决定.如图1所示M1-T1轴被定位在定子上,而M2-T2则以同步角速度󰀁1旋转.在任何情况下,T2轴相对于T1轴󰀂角位置之处.角度󰀂由转子角位置󰀂 和󰀂sl的总和给出,此处󰀂=

󰀁dt,󰀂= 󰀁dt,󰀂= 󰀁dt,由

1

sl

s

^

^

147

此外

!t2=Lrit2+Lmit1,!m2=Lrim2+Lmim1由式(2)可得

LmLm11!it1,im2=!it2-m2-LrLrLrLrm1

式(3)中的转子电流代入式(1)得

it2=

d!R2Lmt2

+!t2-m2=0dtLrLrR2it1+󰀁sl!d!R2Lmm2+!m2-t2=0dtLrLrR2im1+󰀁sl!式中󰀁s=󰀁1-󰀁.

对于解耦控制,最好是!t2=d!m2

=0dt

式(4)可化简为!r=恒值,

LmR2Lrd!^r

󰀁s=^()it1,+!r=Lmim1

R2dt!rLr

定子磁链可以写成

!t1=Lmit2+Lsit1,!m1=Lmim2+Lsim1将式(5)代入式(6),可以得到L2Lmm!)it1+!t1=(Ls-LrLrt2L2Lmm!)im1+!m1=(Ls-LrLrm23np

()(it1!m1-im1!t1)22

式(7)代入式(8),以消去定子磁通.Te=

npLm

Te=3()(i!-im1!t2)22Lrt1m2

代入!t2=0和!m2=!r,转矩表达式为

^^

(2)

(3)

(4)

d!t2

=0,!m2=dt

气隙磁通和转子漏磁通组成的转子磁通! 是对准M2轴的,因此为了解耦控制,电流的定子磁通分量im1和电流的转矩分量it1要分别对准M2轴和T2轴.

(5)

(6)

(7)

作为定子电流和定子磁通的函数的转矩方程式是

(8)

(9)

图1󰀁用于间接矢量控制的相量

󰀁󰀁根据旋转坐标系M2-T2的等效电路,可以写出下列方程:

d!t2

+R2it2+(󰀁1-󰀁)!m2=0dt

d!m2

+R2im2+(󰀁1-󰀁)!t2=0dt

3npLm^

()i!22Lrt1r

式(10)连同下面的力学方程式Te=

(10)

(1)

npd󰀁T-TL=(2)Jdt(11)描述了如图2中所示在解耦控制条件下的电机模型.该模型与他励直流电机的相似显而易见.󰀁󰀁间接矢量控制的系统结构图如图3所示.

148󰀁󰀁󰀁󰀁重庆工学院学报

图2󰀁具有解耦控制的电机模型方块

图3󰀁间接矢量控制系统框图

󰀁󰀁此处的电压运算指令是将异步电动机解耦后推导而来,电压运算指令为

**

u*m1=R1im1-Ls󰀁1it1**u*t1=R!1it1-Ls󰀁1im1+

成.每个模块都采用相应的Matlab语言编写.在上述各个仿真模块的基础上可以得到异步电动机仿真系统连接框图如图4所示.

Lm*

󰀁!Lrr

(12)󰀁󰀁仿真中电机的相关参数为

RS=1.732∀,Rr=2.011∀,LS=(7.387+159.232)mH,Lr=(9.732+159.232)mH,Lm=159.232mH,P=4,J=0.001kg∀m2,B=0.0001N∀m.sec/rad,TL=1N∀m.

在给定恒转矩负载仿真时,转矩标么值设为0.136,转速在0~0.256s内的转速标么值设为0.3,在0.256~0.512s内转速标么值改变为0.6,其相应的仿真波形如图5所示.

其中R!1=R1+L2m/T2Lr,对于旋转矢量角的确定,首先计算出转差频率,再与测得的电机转子频率相加得到同步角频率,经积分而得.

2󰀁间接矢量控制系统Matlab真模型

󰀁󰀁本控制系统的主要模块有速度调节模块、矢量变换模块、磁场定向角计算模块、电机模块等组

图4󰀁控制系统仿真连接框图

丁丽娜,等:基于Matlab/Simulink的异步电动机间接矢量控制系统仿真󰀁󰀁󰀁󰀁149

图5󰀁恒转矩负载,改变转速时的波形

3󰀁结束语

󰀁󰀁从以上的仿真波形可以看出,所设计的间接

矢量控制系统完全实现了励磁分量和转矩分量的解耦,并具有响应快,稳态特性好等优点.在控制系统性能相同的情况下,采用间接矢量控制系统,用转差频率和测得的转速相加后积分来估计磁通相对定子的位置,结构比较简单,能实现励磁分量和转矩分量的解耦,所能获得的动态性能也可以达到直流双闭环控制系统的水平.

参考文献:

[1]󰀁黄俊.电力电子变流技术[M].3版.北京:机械工业出版社,1995:10.

[2]󰀁李永东.交流电机数字控制系统[M].北京:机械工业

出版社,2002.

[3]󰀁陶永华.新型PID控制及其应用[M]:2版.北京:机械

工业出版社,2002:9.[4]󰀁薛定宇.基于MATLAB/SIMULINK的系统仿真技术与

应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

(责任编辑󰀁陈󰀁松)