异步电动机仿真指导书汇总,推荐文档

1、异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统仿真指导书、实验目的：1.深入理解异步电动机的矢量控制策略。2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。3掌握异步电动机矢量控制系统的分析、设计、调试方法。、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结构，空间矢量脉宽调制 (SVPWM )控制策略，内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)程序设计内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

2、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PN 3kW，额定电压 UN 380V，额定电流In 6.9A，额定转速nN 1400n min，额定频率f” 50Hz，定子绕组 Y联接。由实验测得定子电阻 Rs 1.85 ，转子电阻Rr 2.658 ，定子漏感Lls 0.0102H，电感Ls 0.294H ,转子漏感Lk0.006H ,转子自感0.2898 H ,定、转子互感Lm 0.2838H，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量J 0.1284kg m2，初始转差率s

3、=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）。is2 11212I mSin(2fNt)2 、is3、33Ims in (2 fNt3)022Ims in (2 fNt转子电磁时间常数TrLr0.28980.109(s)Rr2.658电动机稳定运行在额定工作状态时rr r，得11.951sin(100 t)11.951cos(100 t)LmisLmisTrrTr Lmis12Tr20.2838 11.951 sin(100 t) 293.2 0.1090.2838 ( 11.951) cos(100 t)2 2

4、1 293.20.1090.0033 sin(100 t) 0.1060 cos(100 t)rTr Lmi s解：由题知：额定转速 n”1400 min，额定频率f” 50 Hz，则电动机极对数np 2 ,额定转速 m146.6(rad s)；np m 293.2 (rad s)；设三相正弦对称电流IaIm sin(2 fNt) 9.758sin(100 t)、i BImsin(2 fNt 2 )9.758sin(100 t3勺、22icImSin(2 fNt) 9.758sin(100 t33)，0.2838 ( 11.951) cos(100 t) 293.2 0.109 0.2838

5、11.951 sin(100 t)2 21 293.20.1090.0033 cos(100 t) 0.1060 sin(100 t)2 2 2 2 2r 0.0033 sin (100 t) 0.0006996 sin(100 t) cos(100 t) 0.1060 cos (100 t)20.00332 cos2(100 t) 0.0006996 sin(100 t) cos(100 t) 0.10602 sin2(100 t)0.00332 0.106020.1061r 0.0033 cos(100 t) 0.1060 sin(100 t) sin0.10610.0311 cos(10

6、0 t) 0.9991 sin(100 t)cos0.0033 sin(100 t) 0.1060 cos(100 t)0.10610.0311 sin(100 t) 0.9991 cos(100 t)ismistcossinsin is cos is11.951cossinsincossin(100 t)cos(100 t)11.9510.03110.37170.999111.9402(A)1、ACR （电流调节器）按典型I型系统设计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:。LsS X其中XPI调节器，其传递函数可写成图中电流调节器ACR采用WACRKp( cs

7、1)cS电流环的开环传递函数为WopcKp( cs 1)cSTsS由工程设计法 P80,知Ts和Toi 一般比Tl小得多, 性环节，其时间常数为KpKv% R cS(TiS 1)TiTsToi。所以选择Kcs(TiS石，其中：KCKv 1 R1 （Tis 1）（Tois 1）可以当做小惯性群而近似的看做是一个惯c Tl，便校正成典型I型系统，因此KpKvR?；般情况下，希望超调量i 5%，可选择0.707，KCT i 0.5，贝U KC 丄。2Ti式中Kv为逆变器放大倍数 Kv分，Udc（ 600V ）为逆变器直流侧电压；Ts为PWM周期取 0.0001s；考虑到电磁时间常数TlL R =0.

8、0036sec，电流闭环控制等效为一阶惯性环节1KcT i =1Tii 2li1,其时间常数取Ti=0.001sec ,电流环按典型二型系统设计，Ts 10.0005sec，因此选择Toi为电流滤波器时间常数 匚 0.0004sec。R K所以电流环的PI参数：Kp甘,c TiL R，Ki匕。代入参数得cL 0.016, R 4.4, Kc 1250, Kp 0.057, c =0.0036, Ki 15.8。2、ASR (速度调节器)按典型II型系统设计由工程设计法P82知，电流环在转速环中等效为一阶惯性环节WASR转速环开环传递函数为WopnKn( nS 1)nS其中Ti把时间常数为其中T

9、n TiKn( nS 1)1nSTiS 1TonS 1 L-0.001s , Ton为转速环滤波器时间常数,Ti和Ton的两个小惯性环节合并起来，0.01Son p Lm2K nn p Lm r ( n S 1)2nL-JS (TiS 1) TonS 1Ton 0.009s。和电流环中一样，近似成一个时间常数为 T n的惯性环节,npJsTon再令转速环开环增益 k nKn npLm r，则按跟随和抗扰性能都较好的原则,n hT n 5 0.01Wopn取中频宽0.05s， KnK n n L-JKn2np Lm rKn( nS 1)S仃 nSh=5，则h 12 22h T n1)川亍 2 1

10、200s21200 .5 2898 128418.537220.2838 0.1061Kn n 1200 0.0560ss磁链环开环传递函数为WopK ( s 1)Lm(TiS 1)(TrS 1) To s 10 28980.109(s),电流闭环控制等效惯性时间常2.658T Lr Rr0.001sec，To为转子磁链环滤波器时间常数，取T。0.004s。和电流环中一样，Ti和To的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为T 的惯性环T To0.01s)o其中转子电磁时间常数数Ti把时间常数为节，其中T数T 2T0.005s，(磁链环按典型二型系统设计,Tr 0.109s，K Lm选择便

11、校正成典型磁链闭环控制等效时间常I型系统,因此其中：KK Lm ；Wop在一般情况下，希望超调量s(T s 1)s(T s 1)K KK Tr 100 Lm5%，可选择2T0.707，100(s1)，0.10938.41,0.5，则Tr 0.109s，K352.360.2838Lm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-Machin es-As ynchronous Mach ine SI Un its.女口下图。M*4巳遊回施 = qw 二二壬灯 T鲁砸 T L U 和枫Mr三三三2 I E i ra IV t Fl h E f

12、I. 4 EHmfrlIHwjjj jdK逆变器直流侧电源搜索路径为:逆变器(IGBT Inverter)搜索路径为：Simscape 库-SimpowerSystems-Machines-PowerElectro nics-U niversal Bridge.如下图。双击此模块按下图配置。*al 刖 ixkOTI邯旷田QiivtTsa 3riirc m吐)JikirThir bZ oct iipZ e*mt a bi:血上 cfpitf?-telrticiiic s devices, -fliitr fi- iziibtei qsj:匚MeUl fMllltl VUth 曾询i 曲戏出 dm

13、st fEMf fclj fee a _E(rlBi： an】血 閣卫繭 时就廿总小为1 怡 di還:胡吐 F：ii 英t DlicarUDtig Chi irtt班rial indwf mn Lna tMiGB XBt 丿RflTJ I 217.1Forfar i voltlfia I Dwic# Tfff)Dmd齡P CLlliB 1L W (i) y Tt (b 1| a)ii .i.Simscape 库-SimpowerSystems- Electr oni cal Sources-DCVoltage Source.如下图。Powergui 模块的搜索路径为：Simscape 库-Si

14、mpowerSystems-powergui.如下图。Gi-rnuE-_k L_r“y一三Ml 乂=為Eoa Ltn叶3 mIQ p|MucLir&n* rttIB 二； 匡卯fHatRnUFLE 釈hSC C1VH 加呼 ：*“肛班坯 TrwisnBH-n 尊 E : ( - RwiPffMlE Eaew Lilnry !Ltac4i&：wrN*I FrElenrrs:b Extna LEryi- - C&rMI BhckiIi-ik 、l 曲b*. m 士i-卜-如抽*：IbiI严 BikSjrijiignteib 的細1州甲:-hhrfnisv fhrarts JiCMlipff 9理I

15、E kifMfire-inirixPti-er ElsciTnicsU彷斛$IW.皿SniLihF- ZdzctSk&iElk 亡CiltTDi tCi 目eN” Jpgjri CpItnirSlr -ENmHh Wi MF*rSiiEiL E曲pSjw. b- i/F-ricH- r r .,n jr 双击此模块按如下图配置BJ ia r gzh-e n； p o hg uirrulafciDr annd corfjratisn 口pt口nmCdfi figure paraTeilEri3 & set 卩翻nut酣 powerfulParifietcffDiscrete SV PWM Gen

16、erator 模块的搜索路径为：Simscape 库-SimpowerSystems-ExtraLibrary-Discrete Control Blocks-Discrete SV PWM Ge nerator. 如下图。双击此模块按如下图 设置。H Fttbr 6口比 srjr-rte-s CiKnrtr 5V PVM GemiuriJiTcrctc SIT PW GenErstdr lzrl-i Qi iz-aur* rrz.ed: lina.lUns biocfc eensjgrE 匚口也幅 Cde a the- D：ie1c l*c-18Vf：j TclTitt-fracas caw

17、venei CV3r：i muiitirf 制1 thaw kild-bfadft mtehifDTTrr GTOr or ICETf).Re blade UtxLi.zed tie jpAce rectiu pulie VLdth KLditiani IW* PV iKttkLCf *0 rkvc. al rl 口 br 9 iiillt dJUh diy-nvA- aftJha roip ifittfr. Tuc mtchme$迂2 aalctLDkj udjla*2CCL ihim n ,*Kim.tDde ai *1ie redlsiEi： e- cEcie t rjcirt 训a u

18、tlue加耐师D ml LDe liie-td-Iiej! trnr rz-ltssge fttrerrTe-El try q 75- rwH-Tallcd. ty this1 blodc will bs mlt= n * We / bqH 尬Iiaita tjpc of irvut rrfereace Ttrtca: (ITO- 風四曲1. CSUflCBtLliS JSiTtditr FtpTn.： Fiarfi U*Chpi址 frtiULjenJT (Hi) i】则Smph iwr? =HaQDI仿真图中ACR结构如下图所示:Paramet ersExpreEsion:图中Fen设置为

19、liin SignalSwitch设置为Sample t ie ( 1 f or inher Lied.) !，其他模块采用默认值即可。liiKi1o，内部结构如下图所示转子磁链计算模块s其中Flux Calculation模块内部结构如下:Ptir = Lm *W / (1 +Tr s)Lm - 0.2S3BHRr - 2 C50 cnrreLr = Llr +Lm = 0.006 +0.2938= 0L289BIITeta Calculation模块内部结构如下:IqTeta1AB匕EJCDPhir| r8 | 供删j- Lcjie a耐 Eh Oomtba 卜 LwInpIIUm r-M

20、ath DralcrKp- MKtorfiwtipn L M3d=k-7rie JtiiiesI 3-Dn.rha ikcve larMi电流环Discrete Filter的模块配置如下:Tr = Lr/ Rr = 0.1090 s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wm*3*GD_1 10.13670.1367Z0.015470.01547Z后为,；速度环滤波器离散化后为-；磁链环滤波10.7265 z 110.9691 z 110 01230 0123z 1器离散化后为 .1。滤波器路径为：Simulink 库-Discrete- Discrete Filter.10.9753z 1怜 5r rmulink Jbrafy Gl aser乱 _5* 5i：er ieapclk