基于Simulink的异步电机矢量控制系统建模与仿真

1、文章娘号：167213( 20xx) 05-0070-02基于simulink的异步电机矢量控制系统建模与仿真张倩'，张荣文2（i.中北大学机电工程学院,山西 太原030051; 2. 91550部队93分队.辽宁 大连116023）摘要：根据异步电动机欠量控制原理.在simulink环境下建立异步电动机矢fit控制调速系统.并以某电机为例对该控制系统进行仿真分析，验证了该模型的合理性和有效性。关键词：异步电机：矢盘控制；simulink中图分类号：tp273 ：tm343文献标识码：a0引言交流异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、 强隅合的多变成系统。经典的交流电机理论和传统控

2、制系统分析方法不能完全适应于现代交流调速系统。 为了实现高动态性能. 20世纪70年代，许多专家学者 经过潜心研究，并在实践中不断改良，终于形成了目 前所普遍应用的异步电动机矢量控制变频调速系统。 按转于破场定向的矢量控制通过一系列的坐标变换， 实现了电机定了电流中励磁分房和转矩分量的解耦控 制。将控制对象的感应电机当作直流电机来进行控制， 实现了对电机电磁转矩的动态控制.从而优化了调速 系统的性能。本文在分析分步电动机矢量控制方法的根底上, 应用simulink建立了异步电动机矢量控制调速系统 的仿真模型，同时对某电机进行了调速控制仿真分析。 1异步电机矢堂控制系统1. 1矢量控制根本方程以

3、转子磁场定向的异步电动机在w- t坐标系 中.m轴与转子磁链w同向。根据电压方程和磁链方 程，可得到矢量控制根本方程：式中：乩、i”分别为定于电流在"轴、7轴上的分量;l，、l 一分别为电机的转子自感和互感：tr转子时间常数；（0 电机的转差角频率； n电磁转矩；p微分算了；p.电机极对数。1.2矢量控制系统结构图控制系统采用转子磁场定向的矢量控制方案.其 系统结构见图"整个系统采用双闭环控制，转矩环和 磁通环为内环，转速环为外环。磁通的闭环控制"实 现转子磁通的恒定。当转子磁通恒定时，电磁转矩与 定了电流的丁轴分量小成正比.通过控制3就可以控 制电磁转矩。这样由

4、小控制转子磁通 i”控制转矩.实 现r系统的完全解耦控制。矢量控制原理为：电机电流经过clark变换.将实 时采样到的电流h、m转换为在静止坐标系下的电流 沁泌通过转了磁链观测模块计算出转了磁链角e再 通过park变换，得到与转于同步坐标系下的电流iu、 讦；通过磁通观测器和转矩观测器得到观测值和 八；由光电编码器获得的电机转速与给定转速/比 较，获得的偏差经过速度pi调节器，得到由电流7轴 分虽决定的转矩参考值t：,与转矩的观测值7的偏 差经过转矩pi调节器输出为转子同步坐标系（防- t）上的电压分量由电流.w轴分量决定的破通参 考值0与磁通反应量申的偏差经过磁通pi调节器 输出为转子同步坐

5、标系下的电压分量瓜。再经过 park逆变换转换为静止坐标（如6）下的电压分量 此云.通过svpwm逆变调制,将期望的电压矢量 供应逆变样（w为逆变器直流电源电压）。2仿真模型的建立控制系统仿真模型见图2,其中包括3s/2r转换、 21/2s转换、svpwm（电氏空间矢量）计算、转子磁链 观测，逆变器、电机，pi调节器等模块。根据工程设计方法将转矩调廿器和磁通调节器校枚kshiw: 20xx-01-25:修回日期：20xx4m-25' ", 慢盅腰mjwv前 1 "们mg house. all rights reserved. hup:l w ki.nel正为典型i型

6、系统.将转速调节器校正为典型ii型系 统，从而可街到pi控制君参数。异步电动机模块和 pwm 逆变器模块采用 siniulink/sinipowersystem block提供的电器元件,其它模块那么采用simulink子 系统且装而得。图1三相异步电机转子磁场定向矢伸控制系统结构图额定功率30kw;定子电阻3仿真算例电机参数为：0. 010 9q定子自感0.01436mh;转子电阻0.008q 转子自感0.014 72mii;转子互感0. 013 8inii;转动惯 量0. 379kg - m2;极对数2。电机给定转速好loorad/，在«= 1.8s时突加负我光=200nm

7、76;仿真转速波形见图3,在给定转速好l(x)rad/st, 系统响应快速且平稳。在1.8s时突加负载77 = 200n m.转速发生突变，但能迅速恢复到平衡状态，稳 定时无静差。转矩波形见图4,空载运行时电磴转矩均值 为零，在"l.8s时，转矩响应速度快，且到达均值 200n -m.仿真结果证明了模型的合理性，旦波形符合 理论分析.系统能平稳运行.具有良好的动、静态特性。 4 '结格用simulink建立的异步电机矢遥控制系统，模型 直观，不用编程，容易理解和使用，且仿真模型采用 模块化设计，易于扩展，为交流传动系统的进步研 究和设计打下了良好的根底。s3转速波形(下转第酒

8、页)进行轴方向旋转的动力转矩需要克服被测物 体重力、第一局部夹持装置的自身重力和第二局部进 行z轴方向旋转的关节装置的自身重力.按照被测物 体为最大重量计算：£ 包片 £ % 3)4.4总转矩计算将相关参数代入式(1)式(3),计算得总转矩w 为：,w=5/：+ .1/3= 29.7in m。计算结果说明：这样的机构只需要控制在较小的 加速度范围内就不会造成大的冲击力.有效地减少 了对液而的干扰，可以到达较高的测虽精度，满足了 整个测量对央持机构的功能耍求。5结论木文设计了一种实现基于浮力测量的三维实体测 量与重构方法的专用央持机构。通过功能分析和运动 学仿真，结果说明：该

9、夹持机构满足三维测量系统的 应用要求.能够实现测量系统的自动化.提高了测量 精度。同时，也为其它机械方面的设计者提供了有益 的参考。参考文献：1) 孙宁.一种测量三雄物体轮廊的设备和方法：中国专利. 03i08989| p). 2003-09-17.2) 加藤郎.机械手图册ml .上海交通大学机械手及机器 人研究室.译上海：上海科学技术出版社 1979.3) 郭洪红.工业机器人技术| m.西安：西安电子科技大学 出版社,2006.4j祝凌云，李斌.pro/engineer运动仿女和有限元分析 (m).北京:人民邮电出版社,2004.5李柱国.机械设计与理论m.北京:科学出版社2003.desi

10、gn and analysis on the clamping systemof the 3d entity measurement devicexu yan. sunning(guilin university of flrrtronic tn*hiiokigy, guilin 541()04. china)abstract： through analyzing thr lhrmlimrtinion<il rnlil y mciihirrmriil and rrconligurulion on thr buoy aik*y mraurriii rn(, thr pciprr ha 强

11、designed u new damping drv k'c. this k i iki of cl am pi ng (lev ice ciin guanmlcr the inrcimiirrmrnt accuracy of measurement system by separating the |x)wcr plant with the hokling device. at i he same time, it has carried out the mcciianical analysts on the clumping devier .the analysis result

12、indicates that the new clamping device oin in rd the rccpiircmcnt of the thrcc- <liinensional measurement system and impmve the meakurtwent a<vuraq,key words lhioy<incy inriinurrrnrnt u-liim prig dev m <i*hanical analy sis(上接第71页)参考文献：i i|程翔.高学军.基于simulink的异步电动机矢量控制 系统的仿ru j|.沈阳理工大学学报.20

13、05.24( 4): 292.|2|尚敬，胡基七.基于m atlab的异步电动机欠量控制系 统的仿耳j .电力机车技术.2002.25( 4): 31-33.|3|陈伯时.陈敏逊.交流调速系统m|.北京：机械工业出版 社,2005.|4|余艳.异步屯动机矢虽控制的变频调速计算机数字彷直 ji .电机技术,2006.25( 4)： 123-125.modeling and simulation of the vector control system ofasynchronous motor based on simulinkzhang qian1. zhang rong-wen(i. colo

14、f m or han iasl and electronic engineering, north univcrily of china. tniyuan 030051, china; 2. thr 93rd t cam of 91550 army, dalian116023. china)abstract: a cm ixling to the principle of vector n t iy» i in t he asvn<*hn»nn in motor, a vector a> n t ix» i k|ieed regulatio n sjtein of asynchronous m utor i><inc(i on simulink is established and simulatr<k thr result of si