异步电动机仿真指导书

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。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。掌握异步电动机矢量控制系统的分析、设计、调试方法。二、 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PN3kW，额定电压UN380V，额定电流In6.9A,额定转速nN1400rmin,额定频率fN50Hz,定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻Rs1.85，转子电阻Rr2.658，定子漏感Lls0.0102H，电感Ls0.294H,转子漏感Llr0.006H，转子自感Lr0.2898H，定、转子互感Lm0.2838H，转子参数折合到定子侧，系统的转动惯量J0.1284kgm2,初始转差率设计三相电流闭s=1制的矢量控制系统。用MATLAB仿真软件，建 参考exercise6_4_0）。立异步电动机的仿真模型解：由题知：额定n50Hz，则电动机极对数np2，额转速nN1400rmin，额定频率fnpm293.2(rads)；m2nNnpm293.2(rads)；m2nN60设三相正弦对称电流Imsin(2fNt)旧 Imsin(2fNt转子电磁时间常数iC Imsin(2fNt9.758sin(100t)、23)23)9.758sin(100T9.758sin(1003）、23），Rr2-658LmisrLmis1、ACR设计Lr0-2898电动机稳定运行在额定工作状态时，得Trr（电流调节器）按典型I型系统0.109(s)，LmiSTrr由课本《运动控制系统》P1796-81)知异步电动机的传递函 康X。其式 数为： SRL；.rCRKV1RTsRL；.rCRKV1RTss1T|s11T^1oi=1Lm，?令LsLrLLXR,T1LR。逆变器s异步电机图2电流环传递函数木框图图电流电流调节器ACR采用PI调节器，其传递函数可写成电流环的开环传递函数为由工程设计法P80，知工程设计法P80，知T和T—般比似的看做是性环节，其时间常数为典型i型系统kpkv kcW0P^0T|S1)s(T|S1)C'其中小得多，可以当做小惯性群而近人。所以选择T，便校正成，」惯因此TiTlTsTolt.kpkvkcRc般情况下，希望超调量5%i可选择0.707KcTp5般情况下，希望超调量5%i可选择0.707KcTp5,则Kc。式2TiUdc'u [600V)为逆变器直流侧电压；T为PWM周LR=0.0(036se期取电流闭环控制等效为一阶惯性环节’选羸时蕾电取滤波器时流环按数典型二型系统0.0004sec。中Kv为逆变器放大倍数K考虑到电磁时间常数11S1Kc因此选 TiS11'1Tr=g0.0005sec一所以电流环的PI参数：K,KPRcKC pVLO.。16,R44KJ250,KpO.。57,2、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R, K代入参数在转速环中等效为一阶惯性环节 cl1二得"c=0.0036,Ki15-8。ASR11sKc1TiASR11sKc1Tis1ist转速调节器ASR采用数可写成转速环开环传递函数为其中T.0.001s， Ton为转速环滤波器时间常数， Ton0.009s。和电流环中一样，把时间常数为T和，的两个小惯性环节合并起来，On近似成一个时间常数为T的惯性环节，其中。n nTnTiTon0-01S。再令转速环开环增益KNKnnnpLLrmjr，则按跟随和抗扰性能都较好的原则，取中频宽nhTn50.013、A0R(磁链调节器)按典型21磁链环狼环传递函数为节器'其传递函数可写成其中转子电磁时间常数T0.109(s)，电流闭环控制等效惯性时间常数

RrnhTn50.013、A0R(磁链调节器)按典型21磁链环狼环传递函数为节器'其传递函数可写成其中转子电磁时间常数T0.109(s)，电流闭环控制等效惯性时间常数

Rr2.658T.0.001sec，To为转子磁链环滤波器时间常数取To0.004s。和电流环中一样，把时1 o 间orLr0.2898常数为T］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在［一般般慵况s，希望超环按典型二型系统设计，."磁链I闭环控制等效时T2T —o0.01s)间常数选择).10第，便校正成典型I型系统， r…因此KLms(Ts1)s(Ts1)Wop其中:Tr0.109s， KiK5%,可选择0.707,KT 0.5，贝U11100(s)，—2T 10.109,

0.2838 38.41，节，其中4、异步电机矢量控制仿真模型如下图：(注此版本是MATLAB2012b)首先从模块库中拖出异步电动机模型，其搜索路径为：Simscape库 、、口口->SimpowerSystems->Machines->AsynchronousMachineSIUnit如s.下图。逆变器(IGBTInverter)搜索路径为：Simscape库 什->SimpowerSystems->Machines->PowerElectronics->UniversalBridg如e.下图。双击此模块KTr100Lm352.36K按下图配置。逆变器直流侧电源搜索路径为：Simscape库下图。->SimpowerSystems->ElectronicalSources-->DCVoltageSourc如e.下图。下图。Powergui模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->powergui如.双击此模块按如下图配置DiscreteSVPWMGenerator模块的搜索路径为：Simscape库->SimpowerSystems->ExtraLibrary->DiscreteControlBlocks->DiscreteSVPWMGenerat如or.下图。双击此模块按如下图设置。仿真图中acr结构如下图所示：Switch设置 ，其他模块图中Fcn设置为用默认值即可。ASR结构如下图所示：（其限幅值取土12）AFR（磁链调节器）结构如下图所示：（其限幅值取士）TetaCalculation模块内部结构如下：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TetaCalculation模块内部结构如下：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，其对应的是d、q电流环的滤波器.，离散化后Tons1110.0003s11 1 10.7265z为1 1 10.7265z为0.13670.1367z;速度环滤波器离散化后为0.015470.01547z;;磁链环滤波器离散、0.01230.0123Z1化后为0.01230.012311110.9691Z1。滤波器路径为:ZSimulink库->Discrete->DiscreteFilter.10.9753Z电流环DiscreteFilter