异步电动机仿真指导书

..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：⒈深入理解异步电动机的矢量控制策略。⒉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。⒊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列图所示：图1异步电机FOC交流调速控制系统框图采用双闭环构造，空间矢量脉宽调制〔SVPWM〕控制策略，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，那么电动机极对数，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，。逆变器异步电机电流滤波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，，那么。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，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。电流环等效转速滤波a图3速度环传递函数框图转速滤波a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，那么按跟随和抗扰性能都较好的原那么，取中频宽h=5，那么，电流环等效3、AψR〔磁链调节器〕按典型I型系统设计电流环等效磁链滤波磁链滤波图4磁链环传递函数框图磁链调节器AψR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，，那么，，，4、异步电机矢量控制仿真模型如下列图：(注此版本是MATLAB2012b)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->AsynchronousMachineSIUnits.如下列图。逆变器(IGBTInverter)搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->Machines->PowerElectronics->UniversalBridge.如下列图。双击此模块按下列图配置。逆变器直流侧电源搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->ElectronicalSources-->DCVoltageSource.如下列图。Powergui模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->powergui.如下列图。双击此模块按如下列图配置DiscreteSVPWMGenerator模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->ExtraLibrary->DiscreteControlBlocks->DiscreteSVPWMGenerator.如下列图。双击此模块按如下列图设置。仿真图中ACR构造如下列图所示：图中F设置为，Switch设置为，其他模块采用默认值即可。ASR构造如下列图所示：〔其限幅值取±12〕AFR〔磁链调节器〕构造如下列图所示：〔其限幅值取±0.74〕转子磁链计算模块Phir：，部构造如下列图所示其中FluxCalculation模块部构造如下：TetaCalculation模块部构造如下：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->DiscreteFilter.电流环DiscreteFilter的模块配置如下：最后按下列图配置一些参数：单击工具栏中的Simulation，选择其下的Mo