基于MATLAB的交流异步电机系统建模分析案例3500字

基于MATLAB的交流异步电机系统建模分析案例 11.1基于MATLAB的交流异步电机系统模型的建立 11.2交流异步电机系统模型模块 21.2.1交流异步电机本体模块 21.2.2矢量控制模块 3 41.2.4坐标变换模块 41.2.5电流滞环控制模块 61.2.6速度控制模块 61.2.7转矩计算模块 71.2.8电压逆变模块 71.3仿真结果分析 1.1基于MATLAB的交流异步电机系统模型的建立的仿真模型，整体控制框图如图4-1所示。系统采用双闭环控制方案，转速环由PI调节器构成，电流环由电流滞环调节器构成。根据交流模块化系统建模的设计理念，将交流控制器子系统模块划分组成为各个不同模块功能独立的子系统模块，其中主要包括：交流异步电机本体模矩计算模块和电压逆变模块。通过这些模块组合，就可在Matlab中搭建出交流异步电机控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。FJ图4-1Matlab中交流异步电机仿真建模整体控制框图1.2交流异步电机系统模型模块交流异步电机本体模块是整个控制系统仿真模型中最重要的部分，反映了交流电机的本质属性。交流异步电机本体模块的输入为电机转速w,和坐标变换模块输出的如图4-2所示。图4-2中，负责求取dq两相相电流的模块，对交流异步电机数学模型的电压方程式进行rprodud1oRrr交流异步电机是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统，采用矢量控制方法可使之降低、解耦，使控制方法变得更为简单、精确，使电机系统具有更优的动态品质。矢量控制的基本思想是：将定子电流分解为相互垂直矢量控制模块实现的正是交流电机的矢量控制方法，模块的输入为转子参考磁链φ,和参考电磁转矩T。”,输出为dq两相参考电流、i*和转差角θ,底层结构如图4-3所示。相互该模块应用矢量控制思想，实现了电流解耦功能，所得到的解耦电流分量i、i可分别用于转子磁链和电磁转矩的解耦控制，转差频率w,经积分环节可得转差角θs,用于Park变换模块实现的是参考相电流的dq/abc变换，即dq旋转坐标系下两相参考相电流向abc静止坐标系下三相参考相电流的转换，由下面方程式实现：帕克变换模块的结构框图如图4-4所示，模块输入为位置信号θ和两相参考电流*、i,经方程式的运算，即可求得模块输出：abc三相参考电流。、i、i。××××× ×①位于交流异步电机本体模块之前的abcTOalfa-beta模块和位于交流异步电机本体模块之后的alfa-betaTOabc模块，其基本功能是实现三相/两相变换或两相/三相变换，因此均称为坐标变换模块。abcTOalfa-beta模块实现的abc静止坐标系下的三相相电压Ua、U₆、U.向αβ静止坐标系的两相相电流U₃d、U₃的等效变换，该模块的结构框图如图4-5所示，模块的主要功能由三相/两相或三相交流电压等效变换的电流方程式函数进行计算实现，求得的两相相电流Usa、U₃直接用于输入三相交流异步电机的电路本体。abcTOalfa-beta模块实现的αβ静止坐标系下的两相相电流id、i向abc静止坐标系的三相相电流ia、i。的等效变换，模块功能由两相/三相电流变换方程式实现。模块的结构框图如图4-6所示，模块电流输入源idi主要是一个来自于连接交流电和异步电机的电流本体控制模块，而输出ia、i则主要是通过一个直接的异步电流迟滞时延环路图来进行电流控根据交流异步电机数学模型中的电磁转矩方程式，进行ab和4n,通过相互转换加乘的计算模块方式即可直接计算求得转矩与输出电磁转矩的相关信号电磁转矩信号T。同时根据运动方程，由电磁转矩T和负载转矩T,通过加乘、积分环节，即可得到转速信号w,,求得的电子转速控制信号经过多次加乘、积分后便又即可直接1.3仿真结果分析本文基于Matlab建立了交流异步电机控制系统的仿真模型，并对该模型进行了交流异步电机双闭环控制系统的仿真测试。交流异步电机参数：相电压U=220V,定子相绕组电阻R,=9.53Ω,转子相绕组电阻R,=5.619Ω,定转子绕组自感L,=0.505H,定转子之间的互感L=0.447H为了验证所涉及的交流异步电机控制系统仿真模进入稳态后，在t=0.4s时突然加负载T=4Nm,可得系统转速、位置、转矩、a相电流和定子磁通波形如图4-10至4-13所示。电动机的转矩输出波形如图4-11所示，系统启动时电动机输出转矩增大，负载转矩不变，转子加速。随着转速的上升，转子电流逐渐变小，Offset=0电动势波形较为理想。由图4-12可以看出，电动机启动时产生的电流很大，随着转矩和速度的增加，电流逐渐减少，在转矩比稳定的情况下能够达到最低且基本稳定，这主要是由于电动机在启动时，转差比率很高，电动机等效阻抗很小，所以启动时产生的电流很大；而当电动机正常工作时，其转差功率很低，电动机等效阻抗也就很大，从而有限地抑制了电机转子空载稳速运行时，忽略系统的摩擦转矩，此时电磁转矩均值为0;在t=0.4s时突然加负载，转速发生突降，但又能迅速恢复到平衡状态，稳态运行时无静差。仿真波形图4-11中突然增加一个电流负载后，电磁转矩的频率脉动略微小但有轻度均匀地振动增大，主要振动原因可能是由于产生电流电压换向与产生电流电压滞环的微控制器之间的频繁切换。仿真后的结果充分证实验证了本文所要提出的对于交流异步电动机进行仿真系统建模的基本合理性采用该交流异步电机仿真模型，可以十分便捷地进行设计实现、验证控制算法，只要对部分仿真控制系统功能模块模型进行设计替换或修改，就可以轻松松地实现仿真控制策略的设计改换或设计改进，不仅已经能够有效节省仿真控制解决方案的设计时间和缩短设计工作周期，快速地进行验证所有的需要重新设计的控制算法，更可以很好地实现充分利用传统计算机自动仿真的各种技术性和优越性，通过实时修改仿真控制系统过程中的各个控制参变量或各个控制器而消除存在于为了实验加入不同的环境扰动条件影响力的因素，从而充分考察不同的电机实验运行环境扰动条件下各种异步电机控制系统的实际运转动、静态性能