万秀林组基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真.doc

基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真摘要：利用MATLAB对异步电机的3-2变换，2s-2r变换进行矩阵计算，得到异步电机转变后的电机模型，再利用SIMULINK工具对此模型进行仿真，验证推导的异步电机模型的可行性。关键词：异步电机；推导；建模；仿真；MATLAB1 引言随着电力电子技术的飞速发展和交流电机调速理论的不断深入,异步电机的应用日益广泛。然而异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统, 通过坐标变换, 可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程的阶数, 从而简化数学模型。基于这种观念,利用计算机仿真技术去建模既省时又直观。本文采用异步电机基于两相静止坐标系下的数学模型,结合坐标变换,利用MATLAB 软件中的动态仿真SIMULINK,建立异步电机的仿真模型。并通过实例进行实时仿真。2 基于静止坐标系下异步电机的数学模型异步电机的数学建模方法是将三相电机转换差90, 且通入时间上互差90的两相电流, 也产生上述磁动势,则把此两相称为两相静止坐标系。由于它们的磁动势和转速相等,故可认为这两种坐标系等效。三相- 两相的转换矩阵如下:3-2转换矩阵如下：转矩方程式和运动方程式：3 异步电机模型和推导MATLAB 是一种交互式仿真系统, 其语言表述形式与其数学表达形式相同。故MATLAB 特别适合于动态系统的建模与仿真。本文借助S - 函数实现电机异步仿真。在程序中用到的S - 函数是在sfuntmpl . m的基础上,经过改进编写的。然后在SIMULINK中调用S - function模块即可。为了能得到异步电机的定、转子电流, 计算出电机的转矩与转速, 必须先进行矩阵变换, 将电压矩阵方程转换成状态方程的形式, 然后将其写入S函数中。异步电机模型的推导4 S - function 函数的模块组合通过Mux 模块合并为一个矢量,经过sfuntemple1. m函数得到一个矢量输出,再通过Dumux模块分解出这几个变量,分别为i1、i1 和i2、i2SIMULINK仿真结构图 S-function函数程序function sys,x0,str,ts = sfuntmpl1(t,x,u,flag,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2) case 0, sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes; case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2); case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u); case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u); case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u); otherwise DAStudio.error(Simulink:blocks:unhandledFlag, num2str(flag);endfunction sys=mdlDerivatives(t,x,u,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2)sys = - k1 * r1, k1 * lm* lm* u(3) / l2, k1 * lm* r2/ l2, .k1 * lm* u(3) ; - k1 * u(3) * lm* lm/ l2, - k1 * r1, .- k1 * lm* u( 3) , k1 * lm* r2/ l2; - k2 * r1, k2 * l1 * u(3) .k2 * l1 * r2/ lm, k2 * l1 * l2 * u(3) / lm; - k2 * l1 * u(3) , .- k2 * r1, - k2 * l1 * l2 * u(3) / lm, k2 * l1 * r2/ lm * x .+ k1 * u(1) ; k1 * u(2) ; k2 * u(1) ; k2 * u(2);function sys=mdlUpdate(t,x,u)sys =;function sys=mdlOutputs(t,x,u)sys = x;参数设置4 电机仿真实验电机模型进行仿真,电机参数:额定电压为90 V;额定电流为4. 2 A; 额定转速为1660 r/ min ; 额定频率为60 Hz ; 额定转矩为3. 316 N m; 电机极对数为2 ; 转动惯量J 为0. 00047 kgm; 转子电感L2为0. 08377 H; 转子电阻R2 为1. 03 ; 定子电感L1为0. 0805 H; 定子电阻R1 为1. 2 ; 定、转子互感Lm 为0. 0777 H。动态仿真将观察电机加上三相正弦交流电源和负载变动时,起动过程中电机转矩、转速、电流等变化。空载起动仿真进行全压理想空载起动,即令负载转矩为零。如下图所示为理想空载起动仿真结果。可以看出在理想空载过程中，转速超调比较大，在0.4秒过后基本稳定，主要原因在于这只是个开环系统，动态静态指标必然不会很理想。5 结束语系统而简略的介绍了用MATLAB/ SIMULINK进行电机的模拟仿真, 介绍了异步电机矢量变换控制系统数学模型的建立。结合实例介绍了MATLAB/SIMULINK建模的过程,并对异步电机模型进行了有层次的仿真, 这对研究交流调速系统提供了有力的支持。利用MATLAB/ SIMULINK建立异步电机模型,模型直观,不用编程,易于使用,为以后验证设计思想、进行高效成功的设计打下了良好的基础。在进行此次仿真过程中，我们小组对异步电机的两个转换关系进行了数学上的推导，进一步明白了转换的过程和对应的物理意义，在应用SIMULINK的过程中，主要对S函数的编写修改有了亲身的体会认识，在参数设置和调整过程中，尝试了N多种数值，最后找到了比较理想的参数。在这次简单的建模仿真作业中，遇到的问题远远比想象中的要多，让我们深切感受到了实际过程的严谨复杂，在S函数修改、参数调整之后，示波器波形一直往负方向，然后我们排查每一个环节，最后查出来居然是输入信号的相序原因还有种种的问题种种的偏差，都在一个个解决之