zys交流调速论文概要

1、异步电动机矢量控制系统的仿真研究摘 要：本文根据异步电动机矢量控制的基本原理， 基于 Matlab 软件构造了按转子 磁场定向的矢量控制系统的仿真模型。 通过仿真试验验证了模型的正确性， 结果 表明所建立的调速系统具有良好的动态性能，实现了系统的解耦控制。 关键词：异步电动机 矢量控制 Matlab 仿真Simulation of Vector Control System for Asynchronous MotorAbstract :According to the basic principles of induction motor vector control ， this pape

2、r constructssimulation model of rotor magnetic field oriented vector control system based on the MATLABsoftware.It verifies the accuracy of the model by simulation. Results show that it has good dynamic performance ，andit realizes the decoupling control system.Key words : asynchronous-motor; vector

3、control; matlab simulation0 引言异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能， 必须从其动态模型出发， 分析异步电动机的转矩和磁链控制规律， 研究高性能异 步电动机的调速方案。 矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系 统的控制方案之一。 所谓矢量控制， 就是通过矢量变换和按转子磁链定向， 得到 等效直流电动机模型， 在按转子磁链定向坐标系中， 用直流电动机的方法控制电 磁转矩与磁链 , 然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的 对应量，以实施控制。1 异步电动机矢量控制原理及基本方程式1.1 基本公式矢量控制的基本原理

4、是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量， 根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流 分量（励磁电流）和产生转矩的电流分量（转矩电流）分别加以控制，并同时控制 两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式称为矢量控 制方式。矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的 直流电流，并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，以达到直流电机的 控制效果。异步电动机在两相同步旋转坐标系上的

5、数学模型包括电压方程、磁链方程和电磁转矩方程。分别如下(1)Rs 礼sP-国LsLmP3 1QLsRs 札sP国LmsqLmP_C0LmR叫p-KLrrdLmP时LrRrTPrqsdL0sdLmiLm00Ls0Lm0LrsqirdLmLrrqTe - npLm(i sqi rd_ isdi rq )(3)当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时,应有 rd =*r，rq =0即得:；misq屮 rLr(4)sd1 TrP屮LmLmi sd1TrP（5）（6）屮r(7)式中：J为同步转速；为转子转速；为转差角速度；U为电压；'为磁链；i为电流；R电阻；L为电感；np为极对数；Tr为转子时间常

6、数；P二dt 为微分因子。s表示定子；r表示转子；d表示d轴；q表示q轴；m表示同轴定、 转子间的互感。1.2解耦问题为了使两个子系统完全解耦，除了坐标变换以外，还应设法消除或抑制转子 磁链pr对电磁转矩Te的影响。把ASM输出信号除以* r，当控制器的坐标反变 换与电机中的坐标变换对消，且变频器的滞后作用可以忽略时，此处的两个子系 统就完全解耦了。这时，带除法环节的矢量控制系统可以看成是两个独立的线性 子系统。其结构图如图1：#涉电动 机久量变 换模型 CR76 - 54 AVR9ASRLt2仿真模型2.1空间矢量的坐标变换矢量变换是简化交流电动机复杂模型的重要数学方法， 是交流电动机矢量控

7、 制的基础。矢量变换包括三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换， 两相静止坐 标系和两相旋转坐标系的变换，以及直角坐标和极坐标的变换等。三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换 （简称3s/2s变换）在交流电动机中三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产 生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静止坐标系和两相静止坐标 系的变换则建立了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组电压、电流和磁动势 之间的关系。设为两相对称绕组的电流，为三相对称绕组的电流，它们之间的变换关系为:11J】20_22亍3a!=322B=C32i

8、 bI01111Cic 一訝(8)(1)式中，是便于逆变换而增加的一相零序分量C3/2为3s/2s变换矩阵两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换 (简称2s/2r变换)两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度，则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，称为两相旋转-两相静止变换，简称 C变换。其变换关系为：仲申sinTd(9)n申cos申一 2耳人_(9)式中，为d-q坐标系d轴与坐标系轴之间的夹角，是 d-q旋转坐标系的旋转角速度。为两相旋转到两相静止坐标系的变换矩阵。即"

9、;co-sin® C2r / = |( 10)公sin 申 cos® _对(10 )式进行逆变换可以得到两相静止到两相旋转的变换矩阵为cos -sinsin : cos；：(11)三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换在得到三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换和两相静止到两相旋转的变换矩阵后，也可以得到三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换(12)式中,三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换矩阵为cos 申-sin 半1cos( J20 )-sin(甲一120 )1cos( 1 ：120 )_sin (120 )12相应的两相任意旋转坐标系到三相静止坐标系的变换矩阵为C2

10、r3s 乂；2厂COS :sin :cos® _120 了 -sin(申 _120 J1.-21.21 一_V21741cos(甲+120 )图2 C2r/3s仿真模型sin("亠 120 )2.2建立dq坐标系下，电机模型dq坐标系下，可得异步电机的基本公式:Te 二 npLm(i W d _i dw )sq rd sd rqLrTefJ dwr np dti sdUsdi sqLscSRsUsq一屮rd1LmsLr LscSRsLm S'-'rd屮LscSRs1 (isd Lm Rr Wr Lrrq )LrSrqLr LscS RsRr-'rqR

11、r1(isqLmR +WrLr%)LrS(15)(16)(17)(18)(19)(20)由（15）（ 20）可搭建如下电机模型:图3异步电机仿真模型2.3建立整个系统仿真模型fa Wiyksia!ZJ0TDC3*-LICMs:*KttTVi>U时nT& Wflripicrf3仿真参数及仿真结果3.1仿真参数交流异步电机模型各个参数如下：Lsc=9.136,Rs=9.53, Lr=0.505 , Lm=0.447, Rr=5.619，TL=2, np=2, J=0.0026给定转速 w=120-100，Flux=0.5ACF中调节器各个参数为：Ki=10, Ti=0.1，限幅为-1

12、010。(1) wr仿真曲线0占(2) flux仿真曲线5 0 6 11 5 0 5o.£ 口-0.ptKnue-MnuD.50.511.522.5l/s1.522.51/s(3) la , lb , Ic仿真曲线(4) Id , Iq仿真曲线4结语通过以上仿真过程可以看出,采用MATLAB境下的SIMULINK仿真工具,可以快速地完成一个电动机控制系统的建模、仿真。且无须编程，仿真直观、方便、 灵活。对于开发和研究交流传动系统有着十分重要的意义。并为系统从设计到实 现提供了一条捷径。5参考文献1 黄忠霖控制系统MATLAB计算及仿真M.北京：国防工业出版社，20012 陈伯时.电力

13、拖动自动控制系统M.北京：机械工业出版社，19983 朝泽云,康勇,钟和清等.异步电机矢量控制系统的建模与仿真J.电机与控制应用.2007，34：11214.4 杨耕，陈伯时交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述 fJI 电气传动.2001, (3) : 3-8 .5 Joachim Holtz . Sen sofless Con trol of In duct ion Mach ines With of Without sis . al lnjectionJ . IEEE Transactions on Industry Applications , 2006, 53(1) : 7-9 . 陈伯时，陈敏逊.交流调速系统(第2 版)M.北京：机械 工业出版社，2005: 200-209.7 R . Jotten，G Macder . Control methods for good dynamic performa