基于MATLAB的交流異步電機(jī)系統(tǒng)建模分析案例3500字VIP

基于MATLAB的交流異步電機(jī)系統(tǒng)建模分析案例 11.1基于MATLAB的交流異步電機(jī)系統(tǒng)模型的建立 11.2交流異步電機(jī)系統(tǒng)模型模塊 21.2.1交流異步電機(jī)本體模塊 21.2.2矢量控制模塊 3 41.2.4坐標(biāo)變換模塊 41.2.5電流滯環(huán)控制模塊 61.2.6速度控制模塊 61.2.7轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊 71.2.8電壓逆變模塊 71.3仿真結(jié)果分析 1.1基于MATLAB的交流異步電機(jī)系統(tǒng)模型的建立的仿真模型，整體控制框圖如圖4-1所示。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制方案，轉(zhuǎn)速環(huán)由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成，電流環(huán)由電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器構(gòu)成。根據(jù)交流模塊化系統(tǒng)建模的設(shè)計(jì)理念，將交流控制器子系統(tǒng)模塊劃分組成為各個(gè)不同模塊功能獨(dú)立的子系統(tǒng)模塊，其中主要包括：交流異步電機(jī)本體模矩計(jì)算模塊和電壓逆變模塊。通過(guò)這些模塊組合，就可在Matlab中搭建出交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，并實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)的控制算法。FJ圖4-1Matlab中交流異步電機(jī)仿真建模整體控制框圖1.2交流異步電機(jī)系統(tǒng)模型模塊交流異步電機(jī)本體模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)仿真模型中最重要的部分，反映了交流電機(jī)的本質(zhì)屬性。交流異步電機(jī)本體模塊的輸入為電機(jī)轉(zhuǎn)速w,和坐標(biāo)變換模塊輸出的如圖4-2所示。圖4-2中，負(fù)責(zé)求取dq兩相相電流的模塊，對(duì)交流異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的電壓方程式進(jìn)行rprodud1oRrr交流異步電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合、多變量的系統(tǒng)，采用矢量控制方法可使之降低、解耦，使控制方法變得更為簡(jiǎn)單、精確，使電機(jī)系統(tǒng)具有更優(yōu)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。矢量控制的基本思想是：將定子電流分解為相互垂直矢量控制模塊實(shí)現(xiàn)的正是交流電機(jī)的矢量控制方法，模塊的輸入為轉(zhuǎn)子參考磁鏈φ,和參考電磁轉(zhuǎn)矩T?！?輸出為dq兩相參考電流、i*和轉(zhuǎn)差角θ,底層結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。相互該模塊應(yīng)用矢量控制思想，實(shí)現(xiàn)了電流解耦功能，所得到的解耦電流分量i、i可分別用于轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制，轉(zhuǎn)差頻率w,經(jīng)積分環(huán)節(jié)可得轉(zhuǎn)差角θs,用于Park變換模塊實(shí)現(xiàn)的是參考相電流的dq/abc變換，即dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下兩相參考相電流向abc靜止坐標(biāo)系下三相參考相電流的轉(zhuǎn)換，由下面方程式實(shí)現(xiàn)：帕克變換模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-4所示，模塊輸入為位置信號(hào)θ和兩相參考電流*、i,經(jīng)方程式的運(yùn)算，即可求得模塊輸出：abc三相參考電流。、i、i?！痢痢痢痢? ×①位于交流異步電機(jī)本體模塊之前的abcTOalfa-beta模塊和位于交流異步電機(jī)本體模塊之后的alfa-betaTOabc模塊，其基本功能是實(shí)現(xiàn)三相/兩相變換或兩相/三相變換，因此均稱為坐標(biāo)變換模塊。abcTOalfa-beta模塊實(shí)現(xiàn)的abc靜止坐標(biāo)系下的三相相電壓Ua、U?、U.向αβ靜止坐標(biāo)系的兩相相電流U?d、U?的等效變換，該模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示，模塊的主要功能由三相/兩相或三相交流電壓等效變換的電流方程式函數(shù)進(jìn)行計(jì)算實(shí)現(xiàn)，求得的兩相相電流Usa、U?直接用于輸入三相交流異步電機(jī)的電路本體。abcTOalfa-beta模塊實(shí)現(xiàn)的αβ靜止坐標(biāo)系下的兩相相電流id、i向abc靜止坐標(biāo)系的三相相電流ia、i。的等效變換，模塊功能由兩相/三相電流變換方程式實(shí)現(xiàn)。模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖4-6所示，模塊電流輸入源idi主要是一個(gè)來(lái)自于連接交流電和異步電機(jī)的電流本體控制模塊，而輸出ia、i則主要是通過(guò)一個(gè)直接的異步電流遲滯時(shí)延環(huán)路圖來(lái)進(jìn)行電流控根據(jù)交流異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的電磁轉(zhuǎn)矩方程式，進(jìn)行ab和4n,通過(guò)相互轉(zhuǎn)換加乘的計(jì)算模塊方式即可直接計(jì)算求得轉(zhuǎn)矩與輸出電磁轉(zhuǎn)矩的相關(guān)信號(hào)電磁轉(zhuǎn)矩信號(hào)T。同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程，由電磁轉(zhuǎn)矩T和負(fù)載轉(zhuǎn)矩T,通過(guò)加乘、積分環(huán)節(jié)，即可得到轉(zhuǎn)速信號(hào)w,,求得的電子轉(zhuǎn)速控制信號(hào)經(jīng)過(guò)多次加乘、積分后便又即可直接1.3仿真結(jié)果分析本文基于Matlab建立了交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了交流異步電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的仿真測(cè)試。交流異步電機(jī)參數(shù)：相電壓U=220V,定子相繞組電阻R,=9.53Ω,轉(zhuǎn)子相繞組電阻R,=5.619Ω,定轉(zhuǎn)子繞組自感L,=0.505H,定轉(zhuǎn)子之間的互感L=0.447H為了驗(yàn)證所涉及的交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)仿真模進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在t=0.4s時(shí)突然加負(fù)載T=4Nm,可得系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩、a相電流和定子磁通波形如圖4-10至4-13所示。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出波形如圖4-11所示，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子加速。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子電流逐漸變小，Offset=0電動(dòng)勢(shì)波形較為理想。由圖4-12可以看出，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流很大，隨著轉(zhuǎn)矩和速度的增加，電流逐漸減少，在轉(zhuǎn)矩比穩(wěn)定的情況下能夠達(dá)到最低且基本穩(wěn)定，這主要是由于電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)差比率很高，電動(dòng)機(jī)等效阻抗很小，所以啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流很大；而當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，其轉(zhuǎn)差功率很低，電動(dòng)機(jī)等效阻抗也就很大，從而有限地抑制了電機(jī)轉(zhuǎn)子空載穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)，忽略系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩均值為0;在t=0.4s時(shí)突然加負(fù)載，轉(zhuǎn)速發(fā)生突降，但又能迅速恢復(fù)到平衡狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)無(wú)靜差。仿真波形圖4-11中突然增加一個(gè)電流負(fù)載后，電磁轉(zhuǎn)矩的頻率脈動(dòng)略微小但有輕度均勻地振動(dòng)增大，主要振動(dòng)原因可能是由于產(chǎn)生電流電壓換向與產(chǎn)生電流電壓滯環(huán)的微控制器之間的頻繁切換。仿真后的結(jié)果充分證實(shí)驗(yàn)證了本文所要提出的對(duì)于交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行仿真系統(tǒng)建模的基本合理性采用該交流異步電機(jī)仿真模型，可以十分便捷地進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證控制算法，只要對(duì)部分仿真控制系統(tǒng)功能模塊模型進(jìn)行設(shè)計(jì)替換或修改，就可以輕松松地實(shí)現(xiàn)仿真控制策略的設(shè)計(jì)改換或設(shè)計(jì)改進(jìn)，不僅已經(jīng)能夠有效節(jié)省仿真控制解決方案的設(shè)計(jì)時(shí)間和縮短設(shè)計(jì)工作周期，快速地進(jìn)行驗(yàn)證所有的需要重新設(shè)計(jì)的控制算法，更可以很好地實(shí)現(xiàn)充分利用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)仿真的各種技術(shù)性和優(yōu)越性，通過(guò)實(shí)時(shí)修改仿真控制系統(tǒng)過(guò)程中的各個(gè)控制參變量或各個(gè)控制器而消除存在于為了實(shí)驗(yàn)加入不同的環(huán)境擾動(dòng)條件影響力的因素，從而充分考察不同的電機(jī)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境擾動(dòng)條件下各種異步電機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)、靜態(tài)性能