异步电动机仿真指导书汇总

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、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。、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

2、向） ；速度 PI 调节器模块； 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PN 3kW ，额定电压 U N 380V ，额定电流IN 6.9A ，额定转速 nN 1400r min ，额定频率 fN 50Hz，定子绕组 Y 联接。由实 验测得定子电阻 Rs 1.85 ，转子电阻 Rr 2.658 ，定子漏感 Lls 0.0102H ，电感 Ls 0.294H ， 转 子 漏 感 Llr 0.006H ， 转 子 自 感 Lr 0.2898H ， 定 、 转 子

3、 互 感 Lm 0.2838H ，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量J 0.1284kg m2 ，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 nN 1400r min ，额定频率 fN 50Hz，则电动机极对数 np 2 ，额定转速 m 2 nN 146.6( rad s) ；np m 293.2 ( rad s) ；60设三相正弦对称电流iAiBiCI m sin( 2 fNt) 9.758sin(100 t ) 、332 2 ， )，Im sin(2 fNt) 9.

4、758sin(100 t33I m sin(2 fNt)2is2is3012321232Im sin(2 fNt 3 )3Im sin(2 fNt 23 )3Lr0.2898 0.109(s) ，2.658 电动机稳定运行在额定工作状态时 rLmisTrrrm srr，得rLmisTrrLmi sTr Lmisr转子电磁时间常数 TrRr12Tr 211.951sin(100 t )11.951cos(100 t )I m sin(2 fNt) 9.758sin(100 t) 、0.2838 11.951 sin(100 t ) 293.2 0.109 0.2838 ( 11.951) cos

5、(100 t)1 293.22 0.10920.0033 sin(100 t ) 0.1060 cos(100 t)LmisTr Lmi sr221 2Tr20.2838 ( 11.951) cos(100 t ) 293.2 0.109 0.2838 11.951 sin(100 t)221 293.22 0.10920.0033 cos(100 t) 0.1060 sin(100 t)r2 0.00332 sin2(100 t) 0.0006996 sin(100 t) cos(100 t ) 0.10602 cos2(100 t ) r2 0.00332 cos2 (100 t) 0.0

6、006996 sin(100 t) cos(100 t) 0.10602 sin2(100 t) rr2r20.00332 0.10602 0.1061r 0.0033 cos(100 t ) 0.1060 sin(100 t )sinr 0.10610.0311 cos(100 t) 0.9991 sin(100 t)cos r 0.0033 sin(100 t ) 0.1060 cos(100 t)cos r 0.10610.0311 sin(100 t) 0.9991 cos(100 t)ismcossinisistsincos is0.03110.371711.951(A)11.951

7、 cossinsin(100 t)sincoscos(100 t)1、ACR (电流调节器)按典型I 型系统设计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：WACRKp ( cs 1)cs电流环的开环传递函数为Kp( cs 1)Kv 1 RTss 1 (Tls 1)(Toi s 1) 由工程设计法 P80，知 Ts和Toi一般比 Tl小得多， 性环节，其时间常数为 T i Ts Toi 。所以选择K pKvKCWopccsWopc R cs(Tis 1) s(T is 1)KC可以当做小惯性群而近似的看做是一个惯 c Tl ，便校正成典型 I 型系统，因此 K pKv

8、 ；R c ；般情况下，希望超调量 i 5% ，可选择0.707 ， KCT i 0.5，则 KC。2T i0.999111.94021Ti s 1s1KC1T i = Ti 0.0005sec ，因此选择 2所以电流环的 PI 参数： Kdc式中 K v为逆变器放大倍数 Kv Udc ，Udc ( 600V )为逆变器直流侧电压； Ts为 PWM 周 3期取 0.0001s；考虑到电磁时间常数Tl L R =0.0036sec ，电流闭环控制等效为一阶惯性环节， 其 时 间 常 数 取 Ti=0.001sec ， 电 流 环 按 典 型 二 型 系 统 设 计 ，Toi 为电流滤波器时间常数

9、 Toi 0.0004sec。R cKC ， c Tl L R， Ki Kp 。代入参数得 Kvc l iL 0.016，R 4.4，KC 1250， K p 0.057， c =0.0036，Ki 15.8。2、ASR (速度调节器)按典型 II 型系统设计11。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1Ti s 1s 1 i转速调节器 ASR 采用 PI 调节器，其传递函数可写成Kn ( ns 1)WASRns转速环开环传递函数为np Lmr Ti s 1Tons 1 Lrr其中 Ti 0.001s， Ton 为转速环滤波器时间常数， 把时间常数为 Ti和 Ton的两个

10、小惯性环节合并起来， 其中 T n Ti Ton 0.01s 。K n( ns 1) 1 W n nopnnsKnn2pLm r ( ns 1)2nLr Js2 (Ti s 1) Tons 1Ton 0.009s。和电流环中一样，近似成一个时间常数为 T n 的惯性环节，npJs再令转速环开环增益 K NKnn2pLm r ，则nLrJKN ( ns 1)2s2(T ns 1)h=5，则h 1 5 1 2 2 2 2 2 2 s 1200s 2h2T 2n 2 52 0.012Wopn按跟随和抗扰性能都较好的原则，取中频宽n hT n 5 0.01 0.05s ， K NKN nLr J 12

11、00 0.05 0.2898 0.1284KnnNp2Lnm rr22 0.2838 0.1061 18.537n KN n 1200 0.05 60sWA R K ( ss 1) s磁链环开环传递函数为K ( s 1)Wops(Ti s 1)(Tr s 1) To s 1L 0.2898其中转子电磁时间常数 Trr0.109(s) ，电流闭环控制等效惯性时间常r Rr 2.658数 Ti 0.001sec， To 为转子磁链环滤波器时间常数 , 取 To0.004s。和电流环中一样，把时间常数为 Ti 和 To 的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为 T 的惯性环 节，其中 TTi

12、To 0.005s，(磁链 环按典型二型系统设计，数 T 2T0.01s)。选择Tr 0.109s ，便校正成典型K LmKLmT磁链闭环控制等效时间常I 型系统，因此Wops(T s 1)s(T s 1)K Lm其中： K ；在一般情况下，希望超调量i 5% ，可选择10.707 ，K T0.5 ，则K100(s 1) ，2TK K Tr 100 0.109K r38.41，Tr 0.109s ， K iLmLm0.2838 r iK 352.36m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-&g

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

14、pe 库 ->SimpowerSystems->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。AFR （磁链调节器）结构如下图所示： （其限幅值取±

15、 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：1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110.1367 0.1367 z 1 0.01547 0.01547 z 1 后为 1 ；速度环滤波器离散化后为 1 ；磁链环滤波1 0.7265z 1 1 0.9691z 110.0123 0.0123 z 1器离散化后为 0.0123 0.01231 z 。滤波器路径为： Simulink 库->Discrete-> Discrete Filter.1 0.9753z