基于转子磁链矢量控制变频调速系统的建模与仿真

1、文章编号 :1004 289X (2007 02-0035-02基于转子磁链矢量控制变频调速系统的建模与仿真 陈学珍(黄石理工学院电气学院 , 湖北黄石 435003摘要 :介绍了转子磁链定向控制异步电动机调速系统的原理及数学模型的建立 , 并给出了仿真结果 , 通过仿真 结果证明了此模型的正确可行性。关键词 :转子磁链 ; 异步电动机 ; 仿真中图分类号 :TM 343文献标识码 :BM odeling and Simulation Based on VariableFrequency Reg ulation Speed Syst em of R otor Linkage V ector C

2、ontrol CH E N X ue -z hen(Huang shi College of Science and Engineering , Huang shi 435003, China Abstract :T he paper introduces the principle and mathematical model of asy nchronous m otor r eg ulation speed sy stem by directional contr ol o f rotor linkage, and gives sim ulated r esults. T he simu

3、lated results sho w that the model is co rrect and w orkable .Key w ords :rotor linkage; asynchronous motor ; simulation1引言矢量控制是为了改善转矩控制性能 , 最终实施对定子电流的控制 , 而转子磁链仅受控于定子电流的励磁分量 , 电磁转矩仅受控于转矩分量 , 通过分别控制励磁电流分量与转矩电流分量 , 实现电磁转矩与磁链的解耦控制。转子磁场定向控制就是将公共坐标系统建立在转子定向磁场上的矢量控制方法。在 M T 坐标按转子磁场定向后 , 定子电流的两个分量实现了解耦 ,i

4、 M 1唯一确定磁链 r 的稳态值 , i T1只影响转矩 , 与直流电动机中的励磁电流和电枢电流相对应 , 转子方程大大简化 , 实现了磁通和转矩之间的解耦。 这样简化了多变量、 强耦合的交流电动机调速系统的控制问题。 2矢量控制调速系统原理图 1是异步电动机矢量控制调速系统原理框图。 在该系统中 , 磁链给定 r *为固定值 , 经 i d *(i M1* 计算 电路得到定子电流励磁分量给定值 i d *(i M 1* , 定子电 流转矩分量给定值 i q *(i T1* 来自转速调节器械和 i q * (i T1* 计算电路的输出。 i d *(i M1* 和 i q *(i T1* 经

5、同步 旋转 d -q 坐标系到静止 a-b-c 坐标系的坐标变换 , 变频器及异步电动机。为了使定子三相电流的实际值 等于给定值 , 系统中设置了以 ACR 为核心的电流控制 系统。该电流控制系统的反馈输入采用与直流调速中 相同的交流电流检测方法获得定子三相电流实际值 , 经 3S /2S 和 2S /3S 变换环节输出 , 作为直流电流调节 系统的反馈信号 i M1、 i T1。另设置了标量解耦环节以提 高系统的动态性能 ; 系统中还设置了以 ASR 为核心 , 采用无速度传感器技术的转速闭环控制系统 ; M T 到 a b c 的坐标变换所需要的位置角 是由电流模 型和 计算电路得到 ,

6、由于异步电动机的电流模型是 采用定子电流励磁分量的转矩分量给定值来计算转子 磁链的磁链位置角 , 其本质为磁链开环。图 1异步电动机矢量控制调速系统原理框图35 电气开关 (2007. N o . 23系统中主要环节的数学模型(1 定子电流励磁分量给定值 i M1*计算电路 在不考虑弱磁时 , 异步电动机定子电流励磁分量给定值 i M1*可以通过转子磁链给定值 r *来计算 , 其中i M 1*=r */L m , L m 为定子、 转子两相绕组之间的互感。(2 定子电流转矩分量给定值 i T1*计算电路 异步电动机定子电流转矩分量给定值 i T1*可以通 过电磁转矩给定值 T *来计算 ,

7、T *来自于转速调节器的输出 , i T1*=4L r T */(3p m L m r * 其中 L r 为转子绕 组的自感 , p m 为电动机极对数。(3 电流模型r *=L m /(1+T r s , 其中 T r 为转子时间常数。(4 转子磁链位置角 计算电路=( r + * d t , 而转差频率 *可通过定子 电流转矩分量给定值 i T1*及电动机参数来计算 , *=L m i T1*/(r *T r , 其中 r 为转子角速度。(5 标量解耦环节的数学模型解耦关系式为 u M1*=R s i M1*- s ! L s i T1*u T 1*=R s i T 1*- s ! L s

8、 i T1*+L m s r */L r其中 R s 为定子电阻 , s 为定子旋转磁场同步角速 度 , ! 为总的漏感系统 , L s 为定子绕组自感。(6 速度估计环节n =K 1(i T1*-i T1 d t (K 1为比例系数 4系统建模及仿真如图 2磁链开环的异步电动机矢量控制调速系统 仿真模型 , ASR 、 ACR 采用 PI 调节器。 图 3、 图 4为仿真 结果。图 2电流模型磁链控制 仿真模型由图 4可见 , 实际转速与给定转速有偏差 , 其误差 很难通过调速成调节器参数来改善 , 要想调速系统有 成内模控制 , 内模控制仿真模型如图 5。 图 6为图 5仿真 结果。图 3电流模型磁链开环给定速度及实际速度波形图 4定子三相电流曲 线图 5内模控制磁链开环仿 真模型图 6内模控制的磁链开环速度波形5结论由图 6可见 , 实际转速在上升阶段有偏差 , 在恒速 段与给定速度比较吻合 , 说明此仿真模型的正确性和 精确性 , 也证明了转子磁链定向控制异步电动机调速的可行性。若此系统采用 DSP 控制器来实现 , 精度会 更高。参考文献1谢宝昌 . 电机的 DSP 控制技术及其应用 M .北 京 :北京航空航天大学出