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1、异步电动机矢量控制系统仿真1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真1.1异步电动机矢量控制原理异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得应用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统冇可以连续控制,调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统叫如图1所示。如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步屯动机的矢量控制方程。忖F詁m必滞(3)8；广卜:（5）上
2、列各式中，忆I是转子励磁电流参考值；曲是转差角频率给定值；心是定子电流的励磁分量；「；是定子电流的转矩分量；町是定子频率输入角频率；叫是转子速度；氏是转子磁场定向角度；几是转子时间常数；一和.分别是电机互感和转子自感。图4所示控制系统中给定转速X与实际电机转速叭相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号厂,电机的激磁屯流给定信号乩I根据电机实际转速①由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定了电流激磁分量给定信号几，定子电流转矩分量给定信号'；则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。陰、F；』和转
3、子吋间常数Lr一起产生转差频率信号町，町与ar相加生成转子磁场频率给定信号X,对盯积分则得到转子磁场空间角度给定信号乳。心和'；经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号必、©和心,与定子三相电流实测信号匚、‘店和Jc相比较，市滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。1.2异步电机转差型矢量控制系统建模在MATLAB/S1MUL1NK环境下利用电气系统模块库屮的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2],电流控制变频模型如图2所示。整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相像似，
4、其屮主要包括：速度给定环节，P1速度调节器、坐标变换模块、磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和显示模块。这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参数。在整个控制系统的仿真模型屮，交流异步电机的模型是最重要的元件，在Powerlib中给出了各种电机模型，这大大减少了交流调速系统的建模难度。控制系统采用转速电流双闭环控制，其屮的磁场定向模块捉供矢量控制坐标变换需要的磁链位置角，电机模型如图3所示。1.3异步电机转差型矢量控制系统仿真由于系统中包含非线性Powerlib模块
5、（电机、逆变器），因此仿真采用变步长算法，这样异步电机非线性部分和逆变器的过零点才能精确的计算出来,但是这样会增加仿真步数减少仿真速度。由于在仿真初始化过程屮,Power2sys函数将逐个检查模型中的各个模块是否为Powerlib模块,这样对一个复朵系统在一定程度上会降低仿真速度。为此我们可以人为迫使Power2sys不去检查那些常规模块，方法是在常规模块以及包含常规模块的子系统的模块名字前加一个“$”符号,这样可以提高仿真速度。仿真过程中由于初始值选择不当或者系统中存在分式，会出现奇异点使仿真过程停止,可以在分母中加上
6、一个很小地值或选择适当的初值避免奇异点的出现。图2中的电压测量单元和电机输出测量单元是Simulink模块与Powerlib模块间的接口模块，分别把电机定子电压信号和电机输出信号反馈冋Simulink模块。电压控制信号作为Simulink模块的信号送入到Powerlib模块一界步电机时，是通过可控电流源（IGBT逆变器）作为中间环节。仿真时要注意二者Z间的联系，防止仿真出错停止，转子磁链观测模型如图4.图4转子磁链观测模型4.4仿真结果在MATLAB/S1MUL1NK6.5环境下对所建立的交流异步电机转差型矢量控制系统采
7、用变步氏方法进行仿真，其中交流异步电机参数如下：RS二1.898Q,LS二0.196H,Rr二1.45Q,Lr二0.196H,Lm二0.187H,PN二3kW,UN二380V,J二0.0067kg"2,f二50Hz,pn=2o为了验证所设计的交流异步电机矢量控制系统模型的静、动态性能，系统空载启动,待进入稳态后，在t=0.2s时转速突加为180r/min,t=0.4s时又突减为120r/mino待系统稳定后，t=0.6s时突加负载5Nm,t=0.8s时突减负载，重新回到空载状态。在经过一系列转速突变和负载扰动仿真后，得到
8、电机各个量响应输出波形如图7〜12。OJ0.20.30.40.50.607■200图4电磁转矩波形00J0.203040.50.6070.80.9200000064O沿)0ooooo>ooo0(8642(,£UVI)/Z图5电机转速波形403d00.10.20.40.6ft7Ofi0.9图6定了三和电流波形图7dq坐
