异步电动机仿真指导书汇总

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：L深入理解异步电动机的矢量控制策略。2 .了解基于MATLA的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调节器

2、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逆变换卞块；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,额定转速乐=1400r/min,额定频率fN=50Hz,定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻Rs=1.850,转子电阻R=2.6580,定子漏感Ls=0.0102H,电感L=0.294H,转子漏感Lr=0.006H,转子自感L=0.2898H,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=0.1284kgm2,初始转差率s=1o设计三相电流闭环控

3、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)。解：由题知：额定转速nN=1400r/min,额定频率fN=50Hz,则电动机极对数np=2,额定转速6m=2-，=146.6(rad/s)；缶=np8m=293.2(rad/s)；60p设三相正弦对称电流iA=Imsin（2咻t）=9.758sin（100日）、=Imsin（2fNt-）-9.758sin（100二t-)、=Imsin（2二fNt）=9.758sin（100二t)，JsPj31一23万112<3万一Imsin（2nfNt）Imsin（2fNt-11.951sin（100

4、二t）IL-11.951cos（100：t）Imsin（2fNt转子电磁时间常数Tr&=W=0.109（s）Rr2.658'电动机稳定运行在额定工作状态时"Li-T'-rotUmlsa1rrp得'ri=LmisTJr牙Lmis：-TrLmis-：12Tr20.283811.951sin（100：t）-293.20.10902838（-11.951）cos（100二t）1293.220.1092=0.0033sin（100二t）0.1060cos（100二t）LmisTrLmis：.221Tr_0.2838（-11.951）cos（100二t）293.2

5、0.1090.283811.951sin（100二t）=_221293.20.109=-0.0033cos（100二t）0.1060sin（100：t）=0.00332sin2（100二t）0.0006996sin（100二t）cos（100二t）0.10602cos2（100二t）'-2B=0.00332cos2（100二t）-0.0006996sin（100：t）cos（100二t）0.10602sin2（100t）'二r='=0.003320.10602：0.1061'二-0.0033cos（100二t）0.1060sin（100：t）1r一0.1061-

6、0.0311cos（100：t）0.9991sin（100：t）cos：="r：=0.0033sin（100二t）0.1060cos（100二t）一r一0.10610.0311sin（100-t）0.9991cos（100-t）ism_cos：sin:is-.ist-sincos。XpJcos:sin1|sin(100二t)_11951父I一sin邛cos邛一cos(100nt)=11.951-0.03111-0.37171(a)-0.9991-11.94021、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:OWACRKp(c

7、s1)cs电流环的开环传递函数为WopcKp(cs1)cSKv1RTsS1(TiS1)(ToiS1)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Tz=Ts+Toi。所以选择可以当做小惯性群而近似的看做是一个惯%=T,便校正成典型I型系统，因此cWopc-KpKvKcRcS(Tts1)s(Tzs1),其中：KCKpKv"RT；般情况下，希望超调量OiM5%,可选择0=0.707,KCT5=0.5,则KC2Ti式中Kv为逆变器放大倍数KUdc=q,Udc（600V）为逆变器直流侧电压；Ts为PWM周3期取0.0001s；考虑到电磁时间常数Tl=L/R=0.00

8、36sec,电流闭环控制等效为一阶惯性环节1,其时间吊数取Ti=0.001sec,电流环按典型TiS1型系统设计，Kc1丁工=2T=0.0005sec,因此选择为电流滤波器时间常数Toi=0.0004sec。所以电流环的aRrKC.KpPI参数：Kp=-%=Tl=UR,Ki=。代入参数得pKvccL=0.016）,R=4.4,Kc=1250,Kp=0.057,%=0.0036,（=15.8。2、ASR(速度调节器)按典型II型系统设计转速调节器ASR采用PI调节器，其传递函数可写成W.Kn(唐FwasR一nS转速环开环传递函数为Kn(nS1)11npLm,.hpKnhpLm一：r(nS1)vo

9、pn_r2_nSTiS1TonS1L.JS.nLJS(1S1)T°nS1其中T=0.001s,Ton为转速环滤波器时间常数，Ton=0.009s。和电流环中一样，把时间常数为Ti和Ton的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为Tn的惯性环节,其中T国=T+Ton=0.01S。再令转速环开环增益knWopnKN（nS1）2_S（KnS1）按跟随和抗扰性能都较好的原则，取中频宽h=5,则n=hT±=50.01=0.05s,Knh15122-=22S=1200S2h2Tln2520.012KnnLJnpLm-；12000.050.28980.1284220.28380.10

10、6118.5371n=Knn=12000.05=60S1WA"s°1.s磁链环开环传递函数为LmWop.，.s(Ts1)(Trs1)To.s1L.02898其中转子电磁时间常数Tr='=0.109（s）,电流闭环控制等效惯性时间常Rr2.658数T=0.001sec,To中为转子磁链环滤波器时间常数，取丁评=0.004s。和电流环中一样,把时间常数为1和To中的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为T刑的惯性环节，其中T=Ti+T坤=0.005s,（磁链环按典型二型系统设计,数%=2丁W=0.0伯）。选择科r=Tr=0.109s,便校正成典型磁链闭环控制等效时

11、间常I型系统，因此Wop'-二Ku。.s(K._：s1)s(Tx._s1)K'.Lm;在一般情况下，希望超调量5W5%,可选择一1一KM型=0.5,则2T三一=100(s,),=Kq"!K，】Tr1000.109K二二二Lm0.2838K'.=38.41,，二=Tr=0.109s,Ki=352.36稗4、异步电机矢量控制仿真模型如下图：（注此版本是MATLAB2012b）EZ-A5R*©aCRUdU黄。Ua-lphaPulsusSped"RwUl>twIdlqruimi斗den包EbKrciKF仙r1*1=1"etaDisc

12、rete5VPW1Generator-LYbI田TlmnwlefInducbanMdnr口|绯"?他TI口的a.pcMcr-i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->Machines->AsynchronousMachineSIUnits.如下图。空白冷庭TZ一垂口庭同逆变器(IGBTInverter)搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->Machines->Power日ectronics->UniversalBridge.如下图。双击此模块按下图配

13、置。1%WeekParmetTraLOSTInserter。SiEJidLbr-iryBrowwr出国除Hdp+-国早-IflEtonLtnnn；EcofkDn>eiAT_DC$hEltJStkTDHLjhaiiEREEu=Ci£il4J：TwdnUiffl5,.*Lto»yJMirpEitfiisifirnnd|Ik'>国附Thjmia-SnirhC«tefEJpt-OortnlBuccai>wr5*tGcrtDWi-DEUftilRk-di1修UeisirrnftsjfcwHuWrknrteEfewls-EiCiiUrSyHEHUlt

14、tH.SftiiriSCAinimiEhawPi：L虹Em逆变器直流侧电源搜索路径为:VoltageSource.如下图。9tid.eeCikltlu宜bThisblockwleoietntabiide«of已壮时powrElectiarj.c5dnzes.SencjECnrubbEEcncmtrarrciffnnflctadinparelblwithe*#kitchdeTict-PressHelpfazsuj.5rFtedsnnhbeivbluertJiehthafide-1itdimotixd,Fori网的MiatimtheinterrtiiluulwztirjceL<si

15、pfdiodjezzrdthEisrtoESzluiuldbe5Mto工牌。PaiinterjMuiheiofbrides械必；口FSmihkeEre-sirtancefisJDDD3皿如工cafitaiiceCsCF)uitPowtxEle?ttme(kuiee|KBT/Diddes,Itan«Mnh)ITFoiTLtdTOltaESOeTice-V£(V)/Di口加TfdfeLaD-g(TfMIt1、*-1ApplySimscape库->SimpowerSystems->ElectronicalSources->DCPowergui模块的搜索路径为:勺

16、imulmkLibrarySimscape库->SimpowerSystems->powergui.如下图。日回9alFile£drtViewHelp瓦二！”powt啊IM；好.jjf-QEmHydriklfcs.4d-f*LjEw1Jeehi*i£sSarffg/ierSyteR-Ap0caliw加附的(EIMrh;Hbra:is-Pledctibe-AtTranamHSHTiS.:T-RBnow-rtiBEnergyLbrfiryj-EUCtTiMlSCHjrcftEltmefiuE-aimLtins*-ConUtiBioeU一0%ur百睫K曲曲DbcffI

17、eUeuursmerciIMenwflwrtts-PtisanLOaryr-hteffMieEementiit-Wachr>«jLE>tiUA4fiSyHiHW：r-HtourigmiffltiPowwlecimnics'-UiiijwihiSmuink3DAnmtvfii1国SItuEQritf国SkFHjfeifcC#*XI4国5EM&t*SPQpUntff曲n5 SiwWcDw-jnWifitr卜闻3mfEMlr*t，-ESknuWcVWteiKnandWWiwnShowing.双击此模块按如下图配置Lbrary抑注8帆捋trfEt如Mi即岫FmM一

18、的9。(U43IFngjqu«n!$U"UplicaUonLIIXRflHElemisInieffaotEl*m«rrtKElamanisEkyaLisnPfMt«5Unemen&括噩工h旧n/powerguiDiscreteSVPWMGenerator模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->ExtraLibrary->DiscreteControlBlocks->DiscreteSVPWMGenerator.如下图。双击此模块按如下图设置。弧裨中国FunctiarGlc<kPjir

19、vnetief%OhEeUSVPWMGenerjtorthisbl。此S4tnait6£pulsesfiiEthitTdiiwbafittTo-ltvwlwitsnuiced.oanvEit:r(T5C)ccmsitiiiEoftlueejwitchnfdjnics(FETr,GTD王diIGBTrhThtblwiutiliseth#即叫封widthpw加1戴加(WPEtwchniqmtoE*ntrwt«firinjpids*Bt。thfl6mtchinidevicBg3thsccmKtei.Twoentchmcpattarjistailhsselectsd.The皿出1妙

20、11mindexbea.TaluebrtiewiThtlint-toplineras的中西willb«；Vwt=DatatypeofinputStitchmgpattern:口uppw*fie-quancyLOOOOAM。I Ixmtud#ofthelefereiicevectdeU)mHndLToiteiu-raftiedibyaW3Cogqrrtxplleilbjthis *VM7sqrt(2).Patterngji£>«»nApply仿真图中ACR结构如下图所示:Paraih&tersExpression:图中Fcn设置为Lqrt(u

21、(l)"2+u(2厂近Sampletine(-1forinherited)：-1Main5ina口Attribut已Criteriaforpassing：firstinput:三亍呼E竺也WThreshold:Switch设置为，其他1Enablezero-crossingdetectionSampletime(-1forinherited):-1模块采用默认值即可。AFR（磁链调节器）结构如下图所示：（其限幅值取土0.74）4转子磁链计算模块Phir：PhirSubsystemFluxCatculation其中FluxCalculation模块内部结构如下:Ph=Lm*1d/(1+

22、Trs)Lm=ON838HTr-Lr/Rr-0.1O9OsRr-2.658ohmsLr=LTr+Lm=0.006+0.2838=02693HTetaCalculation模块内部结构如下:DiscreteTr=Lr/Rr=0.1090s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Filterl11010.13670.1367z0.015470.01547z后为1;速度环滤波器离散化后为1;磁链环滤波1-0.7265Z1-0.9691z10012300123z,-,命离放化后为。滤波翁路径为：Simulink库->Discrete->DiscreteF

23、ilter.1-0.9753z冬»EnterseanchtermM*lfeta=Electricalangle=integ(wr+wm)Lm=O.2S3BHwr=Rotorfrequeixy(rad/s)=Lm*lq/(Tlr*Phir)wm=Rotormechanicalspeedfrad/s)-11，,其对应的是d、q电流环的滤波器i=i,离散化Tons10.0003s1SimulinkLibraryBrowserLr=LIT+Lm=0.06+0,383A0,2898HRr=2.658ohmsLibranesLibrary：Simulink/Di910rMeSaardhReEtu

24、fits:(none)一目SinnulilikpCommonlyUsedBlocksir-Cg<ilmuousrLoplcaRdBitOperations-LwkupTablesOp&rattainsr-WodelVe-nfcatoriResejtflbleDtlayDiscontinurtesf-lwodekWk3eutMes回MemoiyCiMffeLaZbPdI»-I口iMf七隹zO5TranxfarFenP102838*U1川u2a10SO+O.O01)num©den(z)*；：，电流环DiscreteFilter的模块配置如下:Ikkaloj：afr

25、imulinkUbrjiryBiM|SlMBikBtlBff'pLy最后按下图配置一些参数：单击工具栏中的Simulation,选择其下的ModelConfigurationParameter选项（或者快捷键Ctrl+E）。Hn0mR血EityvklmuzlacalixLiukpcigELy6善tdrl里MUkpl弟Liagramiirrrater&rlys匹Lc*de1>qliflelpI'ltapE-TVlftEl=3XhLXlLLRl->iKr>3T-l.3JcrHiEdraEvbpIvmiyIb."iHad«£vf

26、vE*nc3n|ElbuI匕leTy七CodaCmrxKlsonIDLCadvCmrj-vlaon=SLuripvSLdrehinLnICSlJirzhuiLnXtflc利EisdaqiFWlrtiwsnAvt弹h«n4Ltc-ftvIcwwiiiiiiMt(?r14*Uwf打Funriion印odeParameters:Dcrrte-FSterflf-ariCihen.XaJKUdlphUGuises出1小备CcrfiQur-sonimiojheq,fonh-ftwr-siWWiSirtuImh4ffllt讯Aulo注：一些模块可以通过查找方式找到，如右图。民，二I冷Enlefuardiberm卜CtwnmanWUwdBkjck>：-CD<TilllJDUSLogii；BHQperntign