运动控制实验报告2

1、电压空间矢量控制仿真1.实验目的与要求异步电机结构简单，运行可靠，维修方便，在日常生活和工业生产中得到了越来越 广泛的应用,但交流异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系 统1,在交流电机调速中，V/f控制对于需要快速动态响应的应用场合则效果欠佳 特别是在速度 或转矩发生快速变化时，会产生较高的转差率，从而导致较大的瞬态 电流,异步电动机转 差频率型矢量控制作，为高性能力矩控制正在逐渐广泛应用2。与传统的正弦波脉宽调制(SPWM相比，空间矢量脉宽调制(SVPWM具有线性 调制范围宽、直流电压利用率高、输出电压谐波小和易于数字化实现的特点，因而在变频调速和无功补偿等电力电子变换器

2、应用领域得到更加广泛的应用3。计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段。仿真时首先建立应用系 统的仿真模型，然后利用计算机去求解，因而较其它方法容易、快捷、经济。其具 有应用的可重复 性针，对不同的系统，有时只需要更改个别环节或修改参数即可。 由于以上的优点，计算机仿真技术作为强有力的研究工具，正在控制领域获得广泛 的应用4。随着生产技术的不断发展,直流拖动的薄弱环节逐步显露出来，而异步 电动机结构简单、坚固耐用、便于维修，受到人们的欢迎。近年交流电动机的控制 技术取得了突破性的进展，与传统的正弦波脉宽调制相比，空间矢量脉宽调制 (SVPWM具有线性调制范围宽 直流电压利用率高 输出电压

3、谐波小和易于数字化 实现的特点，因而在变频调速和无功补偿等电力电子变换器应用领域得到更加广泛的应用但对于电机控制系统的研究，但传统的解析方法是分析研究周期长、投资大 而且不宜分析系统的各种性能，因此,采用数字仿真的方法是必要的5。2.实验原 理2.1电压空间矢量PWM (SVPWM控制技术把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作 这种控制方法称作 磁链跟踪控制”磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空 间矢量实 现的,所以又称 电压空间矢量PWM (SVPWM , Space Vector PWM控制”空间电压矢量 脉宽调制（SVPWM是满足圆形气隙磁场要求的控制方

4、法，具有降低 转矩脉动，减小波形畸变，提高直流电压利用率，易于数字化实现等优点，目前广泛 用于交流电机调速 控制系统中7。交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，如果考虑到它们所 在绕组的空间位置，可以定义为空间矢量。定义三相定子电压空间矢量 ：2ttV =ltBOucok为仆疋系龙攵3三相合成矢量：lfAOuco=%尹二知卅k为待定系数叫=%+% + «=kuAO + kUBOUAO > °>0 鮒合龙工畐co当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量:以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值:在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速

5、已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量的幅值恒定s m U =，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。2.2电压与磁链空间矢量的关系合成空间矢量表示的定子电压方程式11211124cos( cos( cos( 33j j m m m j t j tm s U t U t e U t e e U e丫丫 33nn=snAO BO+=+u u u ud R dt =+s s s s 书 u i忽略定子电阻压降，定子合成电压与合成磁链空间矢量的近似关系为：叫 0 或屮$ A j"/当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以 恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形

6、(简称为磁链圆。定子磁链矢量:1(j t s e 3©书定子S电压矢量：111( ( ( 211( j t s j t j t s s d e dtj e e 3 ?冗3 ? 3 ?书3 书 3 书 +=s u叫警或必2.3基本空间矢量和空间旋转磁场三相逆变器中功率开关管的导通原则为任一时刻有三个开关管导通同一桥臂 中上下两个开关管不能同时导通 所以开关共有8种组合8种开关组合对应8个空 间矢量V0V7这些矢量称为基本空间矢量 这8个基本矢量又分为两类非零空间矢量 和零空间矢量。6个有效工作矢量顺序分别作用 t时间定子磁链矢量运动方向与电压矢量相 同,定子磁链矢量的运动轨迹为在一个周

7、期内，6个有效工作矢量顺序作用一次，定子 磁链矢量 是一个圭寸闭的正六边形8。A护仇)二矶伙)山定子磁链矢星增量肌二从正六边形定子磁链轨迹2.4期望电压空间矢量的合成六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。要获得更 多边形 或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供 选择。PWM逆变器有8个基本电压矢量，能用这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量。按空间矢量的平行四边形妙伙)=矶(&)&宦子危链矢量増量j合成法则,用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输 出矢量，这就是电压空间矢量 PWM (SVPWM的基 本思想。按6个有效工作矢量将电

8、压矢量空间分为对 称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内 时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢 量等效地合成期望输出矢量。基本电压空间矢量1u , 2u的线性组合构成期望的 电压矢量s u期望输出电压矢量与扇区起始边的夹3.实验内容3.1电源激励模块仿真需要相应的SVPWM激励电源,如后图:3.1.1三相电源模块3.1.2 SVPWM 模块SVPWM模块结构3.2电机模块 运用MATLAB/SIMULINK 模块建立交流异步电机模块，如下图：3.3模型的综合6将激励模型，电机模型进行综合，并加入示波器为仿真结果做准备，如下图：3.4模型的仿真 在运行电机模型时，我们需要已知的

9、电机参数，先运行参数才可运行电机模型。电机 所用参数为一 m文件，如下所示：；R1=12; %R1=1.85R2=10.7;%2.658; %R2=4.86 L1=0.8097 %0.2940 %L1=0.388L2=0.8090 %0.2898 %=0.389 Lm1=0.7104 %0.2838 %=0.370Ls=0.8097 %0.2940 %0.388 Lr=0.8090 %0.2898 %0.389 Lm=0.7104 %0.2838 %0.370np=2 J=0.01486*0.2 %0.1284*0.2 %0.01486*0.2 Ts=0.0002 %5k运行完参数程序以后，即可运行电机仿真模型，可给电机加上三相正弦电源，验证模型的正确性。4.实验结果 运行仿真相关示波器得到响应图形。7转速n响应图，如下图：Uab电压波形，如下