交流异步电动机矢量控制系统仿真探究

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1、交流异步电动机矢量控制系统仿真探究　　摘要：利用电机矢量控制系统原理，设计了异步电机矢量控制系统及其控制策略总体方案，采用Simulink工具构建了矢量变频调速系统数学模型，详细介绍了各个子模块的构建方法和功能。通过仿真可得系统的动态及稳态性能，表明系统具有较高的响应能力和鲁棒性，为矢量控制技术提供了一种前期检验方法和研究手段。关键字：交流异步电机；矢量控制系统；变频调速系统；Simulink仿真；控制策略中图分类号：TN911.7?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）17?0128?030引言异步电动机的动态数学模型

2、是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，矢量控制是电机控制系统的一种先进控制方法，由于其交流调速时的优越性被广泛应用到异步电机调速系统中。基于Simulink的交流异步电机仿真可以验证系统设计方案的有效性，在实验室应用过程中可能遇到系统设计难题。本文以双闭环矢量控制系统为研究对象，在Simulink中进行仿真来验证控制系统的有效性。通过分析仿真结果得到矢量控制系统的动静态特性。51矢量控制原理矢量控制系统，简称VC系统，坐标变换是核心思想。矢量控制的基本思想是以产生同样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等效成两

3、相静止坐标系上的交流电流，在通过坐标旋转变换将其等效成同步旋转坐标系上的直流电流，等效过程中实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果，得到直流电动机的控制量。便可将三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得与直流调速系统接近的动、静态性能。2基于Simulink的异步电机矢量控制系统仿真模型2.1系统总体模型根据矢量控制系统原理，利用Matlab/Simlink软件中的电气系统工具箱SimPowerSystems对系统进行仿真[3]。整体系统的仿真模型如图2所示。2.2仿真模型中主要部分2.2.1异步电动机与逆变模块异步电动机选用S

4、imPowerSystem模块库中的AsynchronousMachineSIUints，选择在同步旋转坐标系的笼式异步电动机数学模型。模块的A，B，C是异步电动机定子绕组输入端，与IGBT逆变器的输出相连。逆变部分由SimPowerSystem模块库中的Power5Electronic下的UniversalBridge模块形成，逆变器的输入pulse端为PWM控制信号（6路），输出为三相ABC交流电压。2.2.2矢量控制模块矢量控制模块的内部结构如图3所示。子模块输入角速度给定和实际角速度值求偏差，并送入转速调节器（PI调节器）；磁链给定

5、的偏差信号用来作为磁链调节器（PI调节器）的输入，dq?abc、各计算环节及abc?dq实现转速和磁链的解耦控制，pulsesgenerator单元产生脉冲信号控制IGBT逆变器达到变频调速的目的。转子磁链相位角和励磁、转矩电流计算均根据矢量控制原理采用Simulink下的Fun模块设置函数，本文不再给出它们的具体仿真模型。2.2.3脉冲发生器模块脉冲发生器模块由滞环控制器和逻辑非运算器组成。模块的输入信号是三相给定电流和三相实测电流，输出信号是由六路IGBT逆变器逆变来的六相脉冲信号。模块将给定信号和实际测量信号进行比较，当实测电流小于给

6、定电流且偏差大于滞环宽度时，输出为1，逆变器相正向导通，负向关断；当实际电流大于给定电流且偏差小于滞环宽度时，输出为0，逆变器相负向导通，正向关断。采用逆变器通与断来调节逆变器输出线电压的频率，实现变频调速。电流滞环控制器模型如图4所示。2.2.4abc?dq，dq?abc坐标变换模块5abc?dq变换模块实现三相定子坐标到[dq]坐标的变换，变换模块模型如图5所示；[dq?abc]变换模块实现[dq]坐标到三相定子坐标的变换，变换模块仿真模型如图6所示。采用三相到两相或两相到三相变换表达式设置变换模块中相应的函数表达式。仿真采用的Simu

7、link/User?DefinedFunction/MatlabFcn模块实现不同形式的函数运算。3仿真结果及分析3.1参数设置3.2仿真分析通过选择适当的PID参数，采用不同的PID参数对电机的空载、负载及正常运行过程进行仿真，本仿真采用试凑的方法完成两个调节器PID参数选择[6]。结果得系统响应平稳、动静态性能都较好，转速超调小且稳态误差小。仿真结果验证了该建模方法的有效性和正确性。4结语异步电机矢量控制系统一直都是系统原理和系统设计的重点和难点，基于Simulink的异步电机矢量控制系统模型为设计良好的矢量控制系统提供了完善的系统验证

8、方法。本文根据矢量控制原理完成了结构简明的按转子磁链定向的矢量控制系统，经过仿真实验，结果表明该矢量控制系统能有效控制异步电机的启动和调速，为验证异步电机调速系统设计方案提供了一