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1、基于SIMULINK的沟通异步电机矢量控制系统的电压变换仿真分析基于SIMULINK的沟通异步电机矢量控制系统的电压变换仿真分析caojing导语：第三届伺服与运动控制论坛论文集，基于SIMULINK的沟通异步电机矢量控制系统的电压变换仿真分析肖英辉任惠英孙栋。山东科技大学机电学院肖英辉山东兖矿集团机械制造厂任惠英山东枣矿集团中兴建安公司第四工程处孙栋本文应用Matlab下的仿真工具进展异步电机矢量控制的仿真研究，通过对异步电动机矢量控制方程式的变换构造出电动机的仿真模型，并通过对异步电动机的电压方程的变换构造了电压变换器，进而构造了电压型异步电动机调速系统的模型并对此模型进展仿真，给出了仿真
2、结果和结果讲明。随着变频调速技术、矢量控制技术和直接转矩控制技术的开展，人们对沟通传动的研究日益深化。目前的变频电源有交直交和交交变频两种。前者具有比拟好的输出特性，但是由于谐波成分大，轻易造成电流污染，并且难以实现功率的双向流动，而交交变频采用晶闸管移向触发控制，输入电压和电流严重发生畸变，功率因数低下，谐波抑制代价高等缺点，难以大规模应用。本文中，利用计算机辅助设计的一些工具，采用模拟仿真的方式，进展初步实验，而实验仿真在系统的设计中是一种非常重要的手段，对于系统的设计起着指导性的作用。目前比拟流行的PSPICE、ICAPS和MATLAB/SIMULINK等软件各有所长，其中MATLAB/
3、SIMULINK由于应用广泛、方式灵敏而深受广阔研究人员的青睐。沟通电动机的伺服控制技术是现阶段人们研究的重点，它以异步电机为控制对象，对其控制系统的仿真研究也具有特别重要的意义。本文基于MATLAB的SIMULINK工具，对沟通电动机的电压型伺服控制系统进展了仿真，并对仿真的结果进展了分析。2MATLAB/SIMULINK软件介绍Matworks软件公司的MATLAB/SIMULINK是一个用来对动态系统进展建模、仿真和分析的可视化软件包，用户可以利用该系统迅速建立各种连续、离散或混合的线性和非线性系统，完成诸如工程计算、算法研究、建模拟真、数据分析及可视化、工程绘图等功能，在仿真的经过中还
4、可以任意直观的观测系统各处的动态变化，方便地对方针结果进展时域频域的分析处理。笔者所采用的MATLAB6.5系统包含各种电力器件模型，比方电压/电流源、变压器、电力电子模块、各种沟通电机模型、连接件测量模块等。因此可以非常方便的建立一个电力系统模型。PSB电器系统模块库是一个专门针对电气系统的可视化建模和仿真工具，使用的是SIMULINK环境，其中仿真用的电气局部与该模型库互相作用，使电力系统的建模和分析可以利用机械、热、控制和其他学科的软件工具箱。最新版本的MATLAB7.0中提供了EmbeddedTargetTIC2000DSP工具箱，它可以将SIMULINK,MATLAB开发的算法直接与
5、TIeXpresDSP工具和C2000DSP处理器集成起来，惊醒自动代码生成，快速原型以及嵌入式系统的开发工作。3沟通电动机矢量变换模型的建立沟通异步电机的数学模型是一种高阶、非线性、强耦合的多变量系统。为此在研究时，通常有以下假设条件：1忽略空间谐波，设想三相绕组对称，所产生的磁动势沿气隙圆周按照正弦规律分布；2忽略铁芯损耗；3忽略磁路饱和，即各绕组的自感和互感都是恒定不变的;4不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响。在上述假设条件下，所建立沟通电动机的矢量控制模型，是一个建立在与电动机磁场转速一样的同步坐标系MT坐标系上的方程式，MT轴系以转子磁链方向定向，对定子电流进展正交分解，进而为分别
6、对转矩和磁通进展控制提供条件。异步电动机由静止的坐标系a,b,c变到两一样步旋转坐标系d,q上的变化矩阵为：s-同步旋转角速度；0-任意的初始角度。由坐标的变换，可以得到异步电机在两一样步旋转坐标系d，q上的电压方程为：Uds，Uqs：定子电压的d轴和q轴；ids，iqs：定子电流的d轴和q轴；idr，iqr:转子电流的d轴和q轴；Rs：定子电阻；Rr：转子电阻；Ls：定子绕组的自感；Lm：定子与转子之间的互感；：异步电机的转差角频率；P：微分算子。2根本构造对于矢量控制系统的磁场定向轴可有三种选择方式：转子磁场定向、气隙磁场定向和定子磁场定向。选用转子磁场定向的矢量控制系统，其控制方程式为：
7、式中Tr=Lr/Rr为转子励磁时间常数；CIM=npLm/Lf为转矩系数；np为电机极对数。通过上述坐标变换和按照转子磁场定向，最终可得到三相异步电动机在同步旋转坐标系上的等效直流电机模型。根据直流调速系统的转速控制原那么，三相异步电动机矢量控制系统的根本构造框图如图1所示。IMG=图1矢量控制系统构造框图/uploadpic/THESIS/2007/11/20071116140249450518.jpg/IMG图1矢量控制系统构造框图4仿真系统的建立电压矢量控制的位置跟随系统图如图2所示。IMG=图2电压控制位置跟随图/uploadpic/THESIS/2007/11/20071116140
8、321114984.jpg/IMG图2电压控制位置跟随图将系统图转换为SIMULINK下的仿真模型，并利用上面介绍的电动机模型和电压转换器模型，完好的控制系统模型就建立起来了。5结果分析在上面给出的仿真系统中主要电机参数如下：功率2.3kW,频率为50Hz,额定电压为380V,定子电阻为2.23转子电阻为2.65，定转子自感系数均为0.0186H，互感系数为0.3428，极对数2。以速度为给定信号，电动机加额定负载8.9Nm，对转速、转矩和电流进展仿真，仿真的结果如下：1转速仿真曲线图3IMG=图3/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111613562331778R.j
9、pg/IMG2转矩仿真曲线图4IMG=图4/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111613482764146S.jpg/IMG3电流仿真曲线图5IMG=图5/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111613564534750S.jpg/IMG经过我们的分析可以看出，在加上额定负载时转速在1s以内根本可以到达稳定状态，最大超调量不到4%；转矩在200ms即可到达稳态，最大电磁转矩为额定转矩的5倍左右；电流的稳态值与额定值根本一样。6完毕语在具体介绍MATLAB/SIMULINK仿真工具的根底上，我们实现了异步电机的矢量控制系统的调速试验分析了该模型的优缺点，并利用PBS模块建立了矢量控制系统的仿真模型，实现了仿真结果的分析运算。利用该系统建立的模型直观易行，不用编程，为进展高效成功的设计，验证设计思路提供了良好的设计环境，广阔工程技术人员可以通过它进展仿真研究以加强对系统的理解。