异步电动机仿真指导书

1、异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统仿真指导书一、实验目的：深入理解异步电动机的矢量控制策略。了解基于MATLAB仿真实现异步电动机矢量控制变频调速系统的构成。掌握异步电动机矢量控制系统的分析、设计、调试方法。二、实验开发设计原理：（1）本实验的异步电机FOC交流调速控制系统总框图如下图所示：图1 异步电机FOC交流调速控制系统框图 采用双闭环结构，空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制策略，内环是调节电流的电流环，外环是调节转速的转速环，都采用PI控制调节。（2）程序设计内容本实验的程序设计主要包含以下模块： Clark-Park变换模块；转子磁链位置计算模块（磁通观测定向）；速度PI调节器模

2、块；转矩电流PI调节器模块；励磁电流PI调节器模块；磁链PI调节器模块；Park逆变换模块；svpwm模块。三、仿真设计举例：鼠笼异步电动机铭牌数据为：额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定频率，定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻，转子电阻，定子漏感，电感，转子漏感，转子自感，定、转子互感，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量，初始转差率s=1。设计三相电流闭环控制的矢量控制系统。用MATLAB仿真软件，建立异步电动机的仿真模型（参考exercise6_4_0）。解：由题知：额定转速，额定频率，则电动机极对数，额定转速；设三相正弦对称电流、，转子电磁时间常数 ，电动机稳定运行在额定工作

3、状态时，得1、ACR（电流调节器）按典型I型系统设计逆变器由课本运动控制系统P179式（6-81）知异步电动机的传递函数为：。其中，。异步电机电流滤波图2 电流环传递函数框图图中电流调节器ACR采用PI调节器，其传递函数可写成电流环的开环传递函数为由工程设计法P80，知和一般比小得多，可以当做小惯性群而近似的看做是一个惯性环节，其时间常数为。所以选择，便校正成典型I型系统，因此，其中：； 一般情况下，希望超调量，可选择，则。式中为逆变器放大倍数，（600V）为逆变器直流侧电压；为PWM周期取0.0001s；考虑到电磁时间常数，电流闭环控制等效为一阶惯性环节，其时间常数取Ti=0.001sec，

4、电流环按典型二型系统设计， ，因此选择为电流滤波器时间常数。所以电流环的PI参数：，。代入参数得。2、ASR（速度调节器）按典型II型系统设计电流环等效 由工程设计法P82知，电流环在转速环中等效为一阶惯性环节。转速滤波a图3 速度环传递函数框图转速调节器ASR采用PI调节器，其传递函数可写成转速环开环传递函数为其中，为转速环滤波器时间常数， 。和电流环中一样，把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中。再令转速环开环增益，则按跟随和抗扰性能都较好的原则，取中频宽h=5，则，电流环等效3、AR（磁链调节器）按典型I型系统设计磁链滤波图4 磁链环传递函数框图磁链

5、调节器AR采用PI调节器，其传递函数可写成磁链环开环传递函数为其中转子电磁时间常数 ，电流闭环控制等效惯性时间常数，为转子磁链环滤波器时间常数, 取。和电流环中一样，把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，其中，（磁链环按典型二型系统设计，磁链闭环控制等效时间常数）。选择，便校正成典型I型系统，因此，其中：； 在一般情况下，希望超调量，可选择，则，4、异步电机矢量控制仿真模型如下图：(注此版本是MATLAB 2012b)首先从模块库中拖出异步电动机模型，其搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->Machines->A

6、synchronous Machine SI Units. 如下图。逆变器(IGBT Inverter)搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->Machines->Power Electronics->Universal Bridge. 如下图。双击此模块按下图配置。 逆变器直流侧电源搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems-> Electronical Sources->DC Voltage Source.如下图。Powergui模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSyst

7、ems->powergui.如下图。双击此模块按如下图配置Discrete SV PWM Generator模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->Extra Library-> Discrete Control Blocks->Discrete SV PWM Generator.如下图。双击此模块按如下图设置。仿真图中ACR结构如下图所示：图中Fcn设置为，Switch设置为，其他模块采用默认值即可。ASR结构如下图所示：（其限幅值取±12）AFR（磁链调节器）结构如下图所示：（其限幅值取±0.74）转子磁链计算模块Phir：，内部结构如下图所示其中Flux Calculation模块内部结构如下：Teta Calculation模块内部结构如下：计算过程中滤波器是连续的，而仿真过程中用到的滤波器都是离散化的，如仿真图中的，其对应的是d、q电流环的滤波器，离散化后为；速度环滤波器离散化后为；磁链环滤波器离散化后为。滤波器路径为：Simulink库->Discrete-> Discrete Filter.电流环Discrete Filter的模块配置如下：最后按下图配置一些参数：单击工具栏中的Simulation，选择其下的Mo