电力电子电机模型_系统动态仿真实例_matlab仿真汇编

1、第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-1-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例8.18.1 方波电压源供电异步电动机传动系统的仿真方波电压源供电异步电动机传动系统的仿真 8.38.3 电压型逆变器供电同步电动机传动系统的仿真电压型逆变器供电同步电动机传动系统的仿真 8.4 8.4 电压型逆变器电压型逆变器供电永磁同步电动机传动系统的仿真供电永磁同步电动机传动系统的仿真 8.58.5 无刷直流电动机传动系统的仿真无刷直流电动机传动系统的仿真 8.28.2 电流型逆变器供电异步电动机传动系统的仿真电流型逆变器供电异步电动机传动系统的仿真 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统

2、动态仿真实例-2- 系统动态仿真的数学方法比较单一，就是建立标准形式的系系统动态仿真的数学方法比较单一，就是建立标准形式的系统状态方程，采用第统状态方程，采用第2章介绍的数值方法直接求解。为具代表性，章介绍的数值方法直接求解。为具代表性，这里以电流型逆变器和电压型逆变器分别给三相异步电动机、三这里以电流型逆变器和电压型逆变器分别给三相异步电动机、三相同步电动机、永磁同步电动机供电，以及无刷直流电动机为例，相同步电动机、永磁同步电动机供电，以及无刷直流电动机为例，介绍四种传动系统的动态仿真。介绍四种传动系统的动态仿真。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-3-8.1 8.1 方波电

3、压源供电异步电动机传动系统的仿真方波电压源供电异步电动机传动系统的仿真 为了与系统稳态仿真进行对比，这里首先对方波电压源供为了与系统稳态仿真进行对比，这里首先对方波电压源供电异步电动机传动系统的动态过程进行仿真分析。根据式（电异步电动机传动系统的动态过程进行仿真分析。根据式（7-18），选用异步电动机），选用异步电动机-d-d q q 坐标系中的数学模型，即电磁坐标系中的数学模型，即电磁系统的状态方程为系统的状态方程为 BuAxx（8-1） TrqrdssiiiixTss00uuu)(1GRLA1 LB第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-4- 另外，因为是动态过程的分析，需要考虑

4、电机转速的变化。另外，因为是动态过程的分析，需要考虑电机转速的变化。根据式（根据式（6-1），机械系统的状态方程为），机械系统的状态方程为 tRTTJptdd)(ddLem0（8-2） 可忽略不计可忽略不计 选择定、转子电流选择定、转子电流 和电角速度和电角速度 、转子位、转子位置角置角作为整个系统的状态变量，并且可设这些状态变量的初作为整个系统的状态变量，并且可设这些状态变量的初值均为零，根据第值均为零，根据第2章所介绍的状态方程的数值解法，就可以进章所介绍的状态方程的数值解法，就可以进行传动系统的动态仿真。行传动系统的动态仿真。 rqrdssiiii、第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动

5、态仿真实例-5- 采 用采 用 M A T L A B 语 言 编 制 了 相 应 的 动 态 仿 真 程 序语 言 编 制 了 相 应 的 动 态 仿 真 程 序IM_Dynamic.m，并对方波电压源供电异步电动机传动系统的起动，并对方波电压源供电异步电动机传动系统的起动过程进行了计算，仿真结果如图过程进行了计算，仿真结果如图8-1所示。可见，当起动过程基本所示。可见，当起动过程基本结束时，从定子电流动态波形所截取的局部曲线与图结束时，从定子电流动态波形所截取的局部曲线与图7-5a 所示的所示的定子电流稳态波形是非常接近的，这也定子电流稳态波形是非常接近的，这也进一步验证了第进一步验证了第

6、7章所介绍章所介绍的系统稳态仿真方法的正确性的系统稳态仿真方法的正确性。 电机参数如下：电机参数如下：2L011122121mkg065. 0mN6753,Hz50,V260mH46. 4mH,56. 4mH,58. 4020. 0,025. 0JTpfUMLLRR第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-6-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-7-8.2 8.2 电流型逆变器供电异步电动机传动系统的仿真电流型逆变器供电异步电动机传动系统的仿真1. 电流型逆变器及输出电流电流型逆变器及输出电流 图图8-2为电流型逆变器供电异步电动机传动系统的主回路示为电流型逆变器供电异步

7、电动机传动系统的主回路示意图。考虑大电感和电容滤波器的作用，可以认为逆变器的输意图。考虑大电感和电容滤波器的作用，可以认为逆变器的输入电流为恒定值入电流为恒定值Id。若电流型逆变器采用。若电流型逆变器采用120导通方式，则输出导通方式，则输出120的方波电流，如图的方波电流，如图8-3所示。所示。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-8-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-9- 为了减少输出电流中的低次谐波分量，可以采用多重化技为了减少输出电流中的低次谐波分量，可以采用多重化技术，即采用两个或两个以上的逆变器构成多重化逆变器。图术，即采用两个或两个以上的逆变器构成多

8、重化逆变器。图8-4所示为有输出变压器的双重电流型逆变器，由于变压器的空载所示为有输出变压器的双重电流型逆变器，由于变压器的空载电流很小，可以忽略，逆变器的输出电流为三阶阶梯波，如图电流很小，可以忽略，逆变器的输出电流为三阶阶梯波，如图8-5所示。所示。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-10-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-11-2. 数学模型数学模型 电压源供电条件下异步电动机的数学模型不能用于电流型逆电压源供电条件下异步电动机的数学模型不能用于电流型逆变器供电时的仿真分析，因为变器供电时的仿真分析，因为此时的系统输入量是定子电流，此时的系统输入量是定子电

9、流，而非定子电压。因此，需要重新选择状态变量而非定子电压。因此，需要重新选择状态变量，建立适合于电，建立适合于电流型逆变器供电条件下异步电动机动态仿真的状态方程。流型逆变器供电条件下异步电动机动态仿真的状态方程。 根据式（根据式（6-8），异步电动机的电压平衡方程为），异步电动机的电压平衡方程为iLiLRiLiRiupp)(p（8-3） pabcABCabcABC,iiiuuuTCBAsiiii已知输入量已知输入量 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-12-rrssrsrs,LMMLLRRR0 00 00 00 0rssrMML由式（由式（8-3），可得转子电压平衡方程），可得转

10、子电压平衡方程 ABCrsabcrABCrsabcrabcppiMiLiMiRu（8-4） 电磁转矩的计算公式为电磁转矩的计算公式为 abcABCrssrabcABC0T0em22iiMMiiiLi00ppT（8-5） 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-13- 选择转子电流选择转子电流 、电角速度、电角速度和转子位置角和转子位置角作为状态变量，并考虑到作为状态变量，并考虑到 ，由式（，由式（8-4）和）和式（式（8-2）可以得到系统的状态方程）可以得到系统的状态方程 Tcbaabciiii0 0Tcbaabcuuuup)(pppLem0CBArs1rCBArs1rcbar1rc

11、baRTTJpiiiiiiiiiiiiMLMLRL（8-6） 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-14-3. 仿真计算实例仿真计算实例 采用采用MATLAB语言编制了电流型逆变器供电异步电动机传语言编制了电流型逆变器供电异步电动机传动系统的动态仿真程序动系统的动态仿真程序IM_CIS.m，并以一台三相四极绕线转子，并以一台三相四极绕线转子异步电动机为例，异步电动机为例， 对双重电流型逆变器供电条件下电动机的起对双重电流型逆变器供电条件下电动机的起动过程进行了仿真计算。动过程进行了仿真计算。 电动机参数：电动机参数： s/radmN0375. 0mk05. 00H06. 0H02.

12、 0H03. 0H063. 0H08. 035. 025. 02L12212121RgJTMMMLLRR，第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-15- 根据仿真计算结果，分别绘制出电动机起动过程中电机转根据仿真计算结果，分别绘制出电动机起动过程中电机转速、电磁转矩和转子三相电流的变化曲线，如图速、电磁转矩和转子三相电流的变化曲线，如图8-6所示。可见，所示。可见，当由多重化逆变器供电时，异步电动机不仅起动迅速，而且运当由多重化逆变器供电时，异步电动机不仅起动迅速，而且运行平稳，电磁转矩和电机转速的脉动都较小。行平稳，电磁转矩和电机转速的脉动都较小。 逆变器参数：逆变器参数： A10

13、Hz25d1If， 初始条件：初始条件： 0 0T00c0b0a0iii第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-16-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-17-8.3 8.3 电压型逆变器供电同步电动机传动系统的仿真电压型逆变器供电同步电动机传动系统的仿真1. 基本方程基本方程 如图如图8-7所示，同步电动机定子三相绕组采用所示，同步电动机定子三相绕组采用a-b-c模型，转模型，转子笼型起动绕组采用单回路子笼型起动绕组采用单回路d-q模型，即定子方采用实际物理量，模型，即定子方采用实际物理量，而转子方采用等效的简化模型。根据第而转子方采用等效的简化模型。根据第6章所介绍

14、的同步电动机章所介绍的同步电动机的数学模型（包括电压方程和磁链方程），可以得到考虑笼型的数学模型（包括电压方程和磁链方程），可以得到考虑笼型起动绕组的电励磁同步电动机的基本方程起动绕组的电励磁同步电动机的基本方程 )(p00000ILIRU（8-7） Tfcba000uuuuUTkqkdfcba0iiiiiiI第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-18-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-19-)(diagkqkdfsss0RRRRRRRkqckqbkqakqkdfkdckdbkdakdfkdfcfbfafckqckdcfcbccabkqbkdbfbcbabakqak

15、dafcaaba00000LMMMLMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLMMMMMMLL 电感矩阵电感矩阵L0中除励磁绕组自感中除励磁绕组自感Lf、直、交轴起动绕组的自感、直、交轴起动绕组的自感Lkd、Lkq，以及励磁绕组与直轴起动绕组间的互感，以及励磁绕组与直轴起动绕组间的互感Mfkd为常值，其为常值，其余电感均为转子位置角的函数，其表达式为余电感均为转子位置角的函数，其表达式为 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-20-)32(2cos)32(2cos2coss2s0cs2s0bs2s0aLLLLLLLLL)32(2cos)32(2cos2coss2s0abs2s0cas

16、20bcMMMMMMMMMs第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-21-)32cos()32cos(cosafmcfafmbfafmafMMMMMM)32cos()32cos(cosakdmckdakdmbkdakdmakdMMMMMM)32sin()32sin(sinakqmckqakqmbkqakqmakqMMMMMM第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-22-2. 基于线电压的状态方程基于线电压的状态方程 一般情况下，从逆变器的输出线电压可以直接确定电动机一般情况下，从逆变器的输出线电压可以直接确定电动机的输入线电压，但的输入线电压，但并不一定能直接得到电动机的输

17、入相电压并不一定能直接得到电动机的输入相电压（因为动态过程中电动机三相负载未必对称）。为此，可以对（因为动态过程中电动机三相负载未必对称）。为此，可以对基本方程（基本方程（8-7）做相应的变换，利用以下关系）做相应的变换，利用以下关系 消去与定子消去与定子B相绕组的有关量（即相绕组的有关量（即ub、ib），得到基于线电），得到基于线电压的电压方程压的电压方程 （8-8）caacbaabcba0uuuuuuiii，)(p LIRIU第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-23-Tfacab00uuuUTkqkdfcaiiiiiIkqkdf0000000000000000002RRRRR

18、RRRrrrssrssLMMLL第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-24-电感矩阵电感矩阵L中的各元素为中的各元素为 bccabcabccaababcabbcaabbass2MLMMMMMLMMLMMLLLckqakqckdakdcfafbkqakqbkdakdbfafsrMMMMMMMMMMMMMbkqckqbkqakqbkdckdbkdakdbfcfbfafrsMMMMMMMMMMMMMkqkdfkdfkdfrr0000LLMMLL第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-25- 选择电流选择电流 作为状态变量，由式（作为状态变量，由式（8-8-8），），得到得到电磁

19、系统的状态方程电磁系统的状态方程 （8-9）TkqkdfcaiiiiiI)(p1GIULILRG第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-26- 另外，选择电角速度另外，选择电角速度和转子位置角和转子位置角作为状态变量，得作为状态变量，得到到机械系统的状态方程机械系统的状态方程 （8-10）p)(pLem0TTJp00T00em2ILIpT第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-27-3. 仿真计算实例仿真计算实例 采用采用MATLAB语言编制了电压型逆变器供电同步电动机传语言编制了电压型逆变器供电同步电动机传动系统的动态仿真程序动系统的动态仿真程序SM_VIS.m，并对方波

20、电压源供电时三相，并对方波电压源供电时三相同步电动机的空载异步起动过程进行了的仿真计算。同步电动机的空载异步起动过程进行了的仿真计算。 传动系统参数为：传动系统参数为： d10sffdkdks0s2s0qafmakdmakqmfkdkqsf d2kf0.340H,0.074H,0.170H,0.074H390V,50Hz,30.701,5,5,11.69,4.400.374H,0.374H,0.225H0.427H,0.402H,0.258H,0.374H0.0k10V5UfpRRRRRMMMLLLMJLULMM2Lg m ,0T第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-28- 根据同

21、步电动机根据同步电动机“异步起动，同步运行异步起动，同步运行”的基本要求，开始的基本要求，开始起动时励磁绕组必须经一大电阻而短接，此时励磁电压起动时励磁绕组必须经一大电阻而短接，此时励磁电压Uf=0。当。当电机转速达到电机转速达到90%同步速时，再切除接入的电阻，并恢复励磁电同步速时，再切除接入的电阻，并恢复励磁电压压Uf为额定值。为额定值。 这样，在同步电动机空载异步起动过程的仿真计这样，在同步电动机空载异步起动过程的仿真计算中，各状态变量的初值可均设为零。算中，各状态变量的初值可均设为零。 图图8-8给出了相应的仿真给出了相应的仿真结果，结果， 各曲线依次为电机转速、电磁转矩、定子各曲线依

22、次为电机转速、电磁转矩、定子A相电流、转子相电流、转子励磁电流、转子直轴起动绕组电流和转子交轴起动绕组电流，可励磁电流、转子直轴起动绕组电流和转子交轴起动绕组电流，可见仿真结果与实际情况是比较吻合的。见仿真结果与实际情况是比较吻合的。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-29-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-30-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-31-8.4 8.4 电压型逆变器供电永磁同步电动机传动系统的仿真电压型逆变器供电永磁同步电动机传动系统的仿真 1. d-q-0坐标系统中的状态方程坐标系统中的状态方程 根据第根据第6章所介绍的永磁同步

23、电动机在章所介绍的永磁同步电动机在d-q-0坐标系统中的数坐标系统中的数学模型，可以写出如下电压方程学模型，可以写出如下电压方程 mkqkdqdkqaqkdadaaqqaaddkqkdqdkqkdaaddaaqqsqd000p000000000000000000iiiiLLLLLLLLiiiiRRLRLLLRuus（8-12）第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-32-)Gi(uLim1p（8-13）Tqd00uuuTkqkdqdiiiiikqkdaadsdaaqqs00000000RRLRLLLRGkqaqkdadaaqqaadd00000000LLLLLLLLLT000第第8

24、8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-33- 机械系统的状态方程仍如式（机械系统的状态方程仍如式（8-10）所示，其中电磁转矩）所示，其中电磁转矩按下式计算按下式计算 （8-14）)(23dqqd0emiipTp)(pLem0TTJp（8-10）第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-34-2. 系统输入的计算系统输入的计算 上述状态方程的输入包括电动机定子端电压上述状态方程的输入包括电动机定子端电压ud、uq，永磁，永磁体磁链体磁链m m、负载转矩、负载转矩TL，其中后两者容易确定，关键是定子端，其中后两者容易确定，关键是定子端电压电压ud、uq的计算。对于电压型逆变器，在第的

25、计算。对于电压型逆变器，在第4章已经分析了它章已经分析了它的输出电压。当电动机定子采用的输出电压。当电动机定子采用Y形接法时，由式（形接法时，由式（4-18）可知，）可知，定子三相绕组的电压为定子三相绕组的电压为 3/ )2(3/ )2(3/ )2(cgbgagccgbgagbcgbgagauuuuuuuuuuuu（8-15）第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-35-（8-16）将式（将式（8-15）变换到）变换到d-q-0坐标系统中，不计零序分量，即得坐标系统中，不计零序分量，即得 （8-17）222d3cgd2bgd1agUVuUVuUVu开关相变量开关相变量Vi cbaqd

26、)32sin()32sin(sin)32cos()32cos(cos32uuuuu第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-36-3. 仿真计算实例仿真计算实例 采用采用MATLAB语言编制了电压型逆变器供电永磁同步电动机语言编制了电压型逆变器供电永磁同步电动机传动系统的动态仿真程序传动系统的动态仿真程序PMSM.m，并对，并对SPWM电压型逆变器供电压型逆变器供电时三相永磁同步电动机的空载直接起动过程进行了的仿真计算。电时三相永磁同步电动机的空载直接起动过程进行了的仿真计算。 电动机参数：电动机参数：0mkg025. 0sV5 . 0H008. 0H014. 0H0445. 03H4

27、63. 0H255. 085. 954. 658. 5L2mkqkd0aaqaadkqkdsTJLLLpLLRRR，第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-37- 逆变器参数：逆变器参数： 115Hz50V300af1dKKfU，各状态变量的初值均可取为零，仿真计算的结果如图各状态变量的初值均可取为零，仿真计算的结果如图8-9所示。所示。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-38-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-39- 观察各曲线可以看到，观察各曲线可以看到， 电机转速在起动初期存在一定的振电机转速在起动初期存在一定的振荡，这是由于在起动过程中永磁体和

28、笼型起动绕组共同起作用，荡，这是由于在起动过程中永磁体和笼型起动绕组共同起作用，当转子转速低于定子旋转磁场转速，当转子转速低于定子旋转磁场转速，定子磁链与转子永磁体磁链定子磁链与转子永磁体磁链产生的转矩在某段时间内起制动作用产生的转矩在某段时间内起制动作用。当永磁体的制动转矩与负。当永磁体的制动转矩与负载转矩之和大于起动绕组所产生的牵引转矩时，总的加速转矩为载转矩之和大于起动绕组所产生的牵引转矩时，总的加速转矩为负，电机转速下降，出现振荡现象。负，电机转速下降，出现振荡现象。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-40-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-41- 在起

29、动过程中期，永磁体的制动作用不明显，这时起主要作在起动过程中期，永磁体的制动作用不明显，这时起主要作用是笼型起动绕组。在起动过程末期，由于转差率的下降，起动用是笼型起动绕组。在起动过程末期，由于转差率的下降，起动绕组的作用变小，永磁体的作用增强，因此又出现了振荡。电机绕组的作用变小，永磁体的作用增强，因此又出现了振荡。电机被牵人同步转速后转子转速与定子旋转磁场转速相同，此时起动被牵人同步转速后转子转速与定子旋转磁场转速相同，此时起动绕组中的感应电流近似为零，永磁体提供全部牵引转矩。由于是绕组中的感应电流近似为零，永磁体提供全部牵引转矩。由于是SPWM逆变器供电，逆变器供电，定子电流中必然存在一

30、定的谐波分量定子电流中必然存在一定的谐波分量，影响，影响到电磁转矩，使转矩及转速均出现一定的脉动。到电磁转矩，使转矩及转速均出现一定的脉动。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-42-8.5 8.5 无刷直流电动机传动的动态仿真无刷直流电动机传动的动态仿真 1. 基本方程基本方程 根据第根据第6章的分析，由式（章的分析，由式（6-47）可得无刷直流电动机的状）可得无刷直流电动机的状态方程为态方程为 cbacbacba111cba000000)(000)(000)(peeeiiiRRRuuuMLMLMLiii（8-18）第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-43-电磁转

31、矩的计算公式为电磁转矩的计算公式为 （8-19）（8-20）ememPT其电磁功率为其电磁功率为 ccbbaaemieieieP机械角速度机械角速度 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-44-2. 运行状态分析运行状态分析 这里以这里以二相导通三相星形六状态二相导通三相星形六状态的无刷直流电动机为例进的无刷直流电动机为例进行分析。如图行分析。如图8-10所示，假设在任意时刻开关线路的上桥臂和所示，假设在任意时刻开关线路的上桥臂和下桥臂各有一个开关器件导通，即三相绕组的通电顺序依次为下桥臂各有一个开关器件导通，即三相绕组的通电顺序依次为AC、BC、BA、CA、CB、AB 。 第第8

32、 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-45- 当当A、C相通电时，电流流通的路径为：相通电时，电流流通的路径为：电源正极电源正极V1管管A相绕组相绕组C相绕组相绕组V2管管电源负极。电源负极。 当当B、C相通电时，电流流通的路径为：相通电时，电流流通的路径为：电源正极电源正极V3管管B相绕组相绕组C相绕组相绕组V2管管电源负极。电源负极。第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-46- 如此将有如此将有6种状态循环往复，如表种状态循环往复，如表8-1所示。可见，在所示。可见，在1个周个周期内电动机共有期内电动机共有6个通电状态，每个状态都是两相同时导通，每个通电状态，每个状态都是

33、两相同时导通，每个开关器件的导通角均为个开关器件的导通角均为 （也称为（也称为120导通型逆变器）。导通型逆变器）。 3/2第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-47-3. 单流模下的相电压分析单流模下的相电压分析 单流模式是无刷直流电动机理想的运行模式，其相电压与单流模式是无刷直流电动机理想的运行模式，其相电压与逆变电路输出端逆变电路输出端a、b、c三点到直流电源中性点三点到直流电源中性点g之间的电压有之间的电压有如下关系如下关系 （8-21）cgbgagcba21112111231uuuuuu第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-48-在在A、C相通电期间，有如下约

34、束条件相通电期间，有如下约束条件 （8-22）dcgbbdag2121UueuUu由式（由式（8-21）、（）、（8-22），得），得 bbbg2323euu（8-23） 这样，根据式（这样，根据式（8-21）即可以计算出相电压。其余通电状）即可以计算出相电压。其余通电状态下的相电压可以进行类似的计算。态下的相电压可以进行类似的计算。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-49-4. 仿真计算实例仿真计算实例 根据上述数学模型，用根据上述数学模型，用MATLAB语言编制了无刷直流电动语言编制了无刷直流电动机传动系统的动态仿真程序机传动系统的动态仿真程序BLDC.m，并对无刷直流电动

35、机负载，并对无刷直流电动机负载起动过程进行了仿真计算。起动过程进行了仿真计算。 电动机参数为：电动机参数为： H78.54H49823. 0mkg025. 0mN52V502L0dMLRJTpU，第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-50- 感应电动势的大小与气隙磁场的波形有很大关系，本算例感应电动势的大小与气隙磁场的波形有很大关系，本算例中假设已知定子中假设已知定子A相绕组感应电动势相绕组感应电动势ea与机械角速度与机械角速度以及磁极以及磁极位置角位置角之间有如下关系之间有如下关系 初值问题？初值问题？)3cos(388. 0cos30. 304. 00ape（8-24）第第8

36、8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-51- 由此计算得到的电机转速、电磁转矩以及定子三相电流的由此计算得到的电机转速、电磁转矩以及定子三相电流的变化曲线如图变化曲线如图8-12所示。所示。 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-52-第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-53-附录附录10 BLDC.mdl 1. SIMULINK1. SIMULINK模块模块BLDC.mdlBLDC.mdl 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-54-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 无刷直流电动机的数学模型及仿真计算无刷直流

37、电动机的数学模型及仿真计算% % 状态变量：状态变量：x(1)=ia; x(2)=ib; x(3)=icx(1)=ia; x(2)=ib; x(3)=ic; x(4)=SETA; x(5)=OMEGA; x(4)=SETA; x(5)=OMEGA;% % 输入量：输入量： u(1)=Udu(1)=Ud; u(2)=TL; u(2)=TL;% % 输出量：输出量： n,Tem,ia,ib,icn,Tem,ia,ib,ic; ;第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-55-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 主函数主函数 function sys,

38、x0,str,ts = BLDC_S(t,x,u,flag) function sys,x0,str,ts = BLDC_S(t,x,u,flag) % % 电机参数：电机参数： R=0.23; L=0.000498; M=-0.00005478; J=0.025; P0=2; R=0.23; L=0.000498; M=-0.00005478; J=0.025; P0=2; RR=diag(R,R,R RR=diag(R,R,R); % ); % 电阻矩阵电阻矩阵 LL=diag(LLL=diag(L-M,L-M,L-M); % -M,L-M,L-M); % 电感矩阵电感矩阵 S= 2, -

39、1, -1S= 2, -1, -1 -1, 2, -1 -1, 2, -1 -1, -1, 2/3; % -1, -1, 2/3; % 变换矩阵变换矩阵第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-56-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % S% S函数的返回值由状态变量、输入量及函数的返回值由状态变量、输入量及flagflag变量决定！变量决定！% % 变量变量flagflag取不同的整数值时，取不同的整数值时，S S函数的返回值具有不同的含义：函数的返回值具有不同的含义：switch flagswitch flag case 0, case 0, %

40、S% S函数返回系统维数及初始条件等函数返回系统维数及初始条件等 sys,x0,str,ts = mdlInitializeSizessys,x0,str,ts = mdlInitializeSizes; ; case 1, case 1, % S% S函数返回状态变量的一阶导数函数返回状态变量的一阶导数 sys = mdlDerivatives(t,x,u,RR,LL,P0,J,S);sys = mdlDerivatives(t,x,u,RR,LL,P0,J,S); case 3, case 3, % S% S函数返回系统输出量函数返回系统输出量 sys = mdlOutputs(t,x,u

41、,P0);sys = mdlOutputs(t,x,u,P0); case 2, 4, 9, case 2, 4, 9, sys = ; sys = ; otherwise otherwise error(unhandled flag = ,num2str(flag); error(unhandled flag = ,num2str(flag); end end第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-57-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 初始化子函数初始化子函数 function sys,x0,str,ts = mdlInitializeS

42、izesfunction sys,x0,str,ts = mdlInitializeSizes sizes = simsizes sizes = simsizes; ; sizes.NumContStates sizes.NumContStates = 5; = 5; sizes.NumDiscStates sizes.NumDiscStates = 0; = 0; sizes.NumOutputs sizes.NumOutputs = 5; = 5; sizes.NumInputs sizes.NumInputs = 2; = 2; sizes.DirFeedthrough sizes.Di

43、rFeedthrough = 0; = 0; sizes.NumSampleTimes sizes.NumSampleTimes = 1; = 1; % sample time% sample time sys = simsizes(sizes sys = simsizes(sizes); ); % system sizes% system sizes x0 = 0;0;0;0;0; x0 = 0;0;0;0;0; % initial state% initial state str str = ; = ; % empty matrix% empty matrix（state ordering

44、 stringsstate ordering strings） tsts = 0 0; = 0 0; % initialize the array of sample times% initialize the array of sample times 第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-58-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 状态变量导数子函数状态变量导数子函数 function sys = mdlDerivatives(t,x,u,RR,LL,P0,J,S)function sys = mdlDerivatives(t,x,u,RR

45、,LL,P0,J,S) Ud Ud=u(1);=u(1); TL=u(2); TL=u(2); SETA=mod(abs(x(4),2 SETA=mod(abs(x(4),2* *pi);pi); ea=0.04ea=0.04* *x(5)x(5)* *(3.30(3.30* *cos(SETA)+0.388cos(SETA)+0.388* *cos(3cos(3* *SETA-pi);SETA-pi); eb eb=0.04=0.04* *x(5)x(5)* *(3.30(3.30* *cos(SETA-2cos(SETA-2* *pi/3)+0.388pi/3)+0.388* *cos(3

46、cos(3* *(SETA-2(SETA-2* *pi/3)-pi);pi/3)-pi); ec ec=0.04=0.04* *x(5)x(5)* *(3.30(3.30* *cos(SETA+2cos(SETA+2* *pi/3)+0.388pi/3)+0.388* *cos(3cos(3* *(SETA+2(SETA+2* *pi/3)-pi);pi/3)-pi); E=ea eb ec E=ea eb ec;第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-59-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 导通顺序：导通顺序：AC,BC,BA,CA,CB,

47、ABAC,BC,BA,CA,CB,AB if (0=SETA)&(SETA(pi/3) if (0=SETA)&(SETA(pi/3) Uag Uag=Ud/2; =Ud/2; Ubg=1.5 Ubg=1.5* *ebeb; ; Ucg Ucg=-Ud/2;=-Ud/2; elseif elseif (pi/3)=SETA)&(SETA(2 (pi/3)=SETA)&(SETA(2* *pi/3)pi/3) Uag Uag=1.5=1.5* *ea;ea; Ubg Ubg=Ud/2;=Ud/2; Ucg Ucg=-Ud/2;=-Ud/2; elseif else

48、if (2 (2* *pi/3)=SETA)&(SETApi)pi/3)=SETA)&(SETApi) Uag Uag=-Ud/2;=-Ud/2; Ubg Ubg=Ud/2;=Ud/2; Ucg=1.5 Ucg=1.5* *ecec; ;第第8 8章章 系统动态仿真实例系统动态仿真实例-60-2. S2. S函数文件函数文件BLDC_S.m BLDC_S.m % % 导通顺序：导通顺序：AC,BC,BA,CA,CB,ABAC,BC,BA,CA,CB,AB elseif elseif (pi=SETA)&(SETA(4 (pi=SETA)&(SETA(4* *pi

49、/3)pi/3) Uag Uag=-Ud/2;=-Ud/2; Ubg=1.5 Ubg=1.5* *ebeb; Ucg Ucg=Ud/2;=Ud/2; elseif elseif (4 (4* *pi/3)=SETA)&(SETA(5pi/3)=SETA)&(SETA(5* *pi/3)pi/3) Uag Uag=1.5=1.5* *ea;ea; Ubg Ubg=-Ud/2;=-Ud/2; Ucg Ucg=Ud/2;=Ud/2; elseif elseif (5 (5* *pi/3)=SETA)&(SETA(2pi/3)=SETA)&(SETA(2* *pi)pi) Uag Uag=Ud/2;=Ud/2; Ubg Ubg=-Ud/2;=-Ud/2; U