基于MatlabSimulink的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真

1、基于 Matlab/Simulink的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真摘要在異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 分析中以及矢量控制 系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，利用 Matlab/Simulink 運(yùn)用建立模塊的思想分別組建了坐標(biāo)變換模塊、 PI 調(diào)節(jié)模塊、 轉(zhuǎn)子磁鏈個(gè)觀測模塊、 SVPWM 等模塊，然后將這些模塊有機(jī)的結(jié)合，最后構(gòu)成 了異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的仿真模塊， 并且進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 仿真結(jié)果分別顯示了 電機(jī)空載與負(fù)載情況下轉(zhuǎn)矩、 轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)變化曲線， 驗(yàn)證了該方法的有效性、 實(shí) 用性，為電機(jī)在實(shí)

2、際使用中打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文主要研究異步電機(jī)在矢量控制下的仿真。使用 Matlab/Simulink 中的電 氣系統(tǒng)模塊 ( PowerSystem Blocksets) 將其重組得到新的模型并對(duì)其仿真，最后分 析仿真結(jié)果得出結(jié)論。關(guān)鍵詞 : 異步電機(jī) 矢量控制 MATLAB/SIMULINK 變頻調(diào)速目錄摘 要 IAbstract 錯(cuò). 誤 !未定義書簽。1 緒論 1 1.1 電機(jī)及電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況 1.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)現(xiàn)狀 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。1.3 仿真軟件的簡介及其選擇 錯(cuò). 誤 !未定義書簽。1.4 論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 錯(cuò) 誤 !未定義書簽。2 異步電動(dòng)機(jī)

3、的數(shù)學(xué)模型 4.2.1 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型 4.2.2 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 5.2.3 本章小結(jié) 7.3 矢量控制系統(tǒng)基本思路 8.3.1 矢量控制的基本原理 8.3.2 坐標(biāo)變換 9.基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真213.3 本章小結(jié)1.1.4 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真1.43.3 SVPWM 調(diào)制4.1 矢量控制系統(tǒng)模型 1.4.4.2 仿真結(jié)果與分析 1.5.4.5本章小結(jié) 1.7.5 結(jié)論與展望 1.8.5.1 結(jié)論1.8.5.2 后續(xù)研究工作的展望 1.9.參考文獻(xiàn)錯(cuò). 誤!未定義書簽致謝錯(cuò). 誤!未定義書簽II基于 Matlab/Sim

4、ulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真1 緒論交流異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)非線性、 強(qiáng)耦合、 高階的多變量系統(tǒng)。 有著復(fù)雜的數(shù) 學(xué)模型，可以把他化為簡單的線性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但是因?yàn)閯?dòng)態(tài)穩(wěn)定性的問題， 致使在分析中難以得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。直到 20 世紀(jì) 80 年代初德國西門子公司 F.Blaschke等提出了矢量控制的方法 12 ，大大提高了它穩(wěn)定性。 所謂矢量控制 就是以轉(zhuǎn)子磁場定向， 用矢量變換的方法， 實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和磁鏈控制的 完全解耦達(dá)到與直流電動(dòng)機(jī)一樣的調(diào)速性能。 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)經(jīng)過近幾十 年的發(fā)展， 其控制方法已經(jīng)漸漸地成熟。 目前在對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制時(shí)， 往往 需要借助仿真，

5、 才能更精準(zhǔn)的了解控制系統(tǒng)， 并且實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中對(duì)電機(jī)的控制與調(diào) 速。1.1 電機(jī)及電力拖動(dòng)技術(shù)的發(fā)展概況(1) 異步電機(jī)的矢量控制1972 年，德國學(xué)者 Blascheke提出了一種新的解決方案， 現(xiàn)在稱它為矢量控 制。它分析電機(jī)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型， 在改變坐標(biāo)的方式下， 把交流電動(dòng)機(jī)的 定子電流分解成勵(lì)磁電流分量 和轉(zhuǎn)矩電流分量 ，即模仿自然解耦的 直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制方式， 對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制， 以獲得類似 于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 想要的到直流電機(jī)模型， 多數(shù)采用由轉(zhuǎn)子磁鏈的同 步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系時(shí)， 把定子電流分解成勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量。 改變了定子電流矢量 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下位置

6、和大小， 與此同時(shí)通過對(duì)勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量大小 控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。(2) 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制矢量變換控制理論的提出， 直接使交流調(diào)速取代了直流調(diào)速， 提高了學(xué)者們 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的研究熱情。 80 年代開始了交流調(diào)速熱，也因?yàn)槭噶靠刂埔恍┬碌?改良的調(diào)速方案相繼出現(xiàn)。 1985 年另一位德國學(xué)者 Depenbrock提出了種異步電 動(dòng)機(jī)的直接自控制理論 ( Direct Self-Control )通常稱為直接轉(zhuǎn)矩控制法。 他的特點(diǎn) 是快速控制轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差。它是在定子坐標(biāo)系下，通過矢量控制，對(duì)定子磁鏈方向， 簡單地通過檢測到的定子電壓， 直接就在定子坐標(biāo)系下計(jì)算與控制電動(dòng)機(jī)的

7、磁鏈 與轉(zhuǎn)矩， 獲得轉(zhuǎn)矩的高動(dòng)態(tài)性能， 由于定子磁鏈被磁鏈控制應(yīng)用， 因而避開了轉(zhuǎn) 子勵(lì)磁時(shí)間常數(shù)。 轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈閉環(huán)均采用雙位式砰砰控制， 一方面避免了 控制信號(hào)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換， 使控制結(jié)構(gòu)簡單， 另一方面可以獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 但同時(shí)帶來了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)， 調(diào)速范圍受限的缺點(diǎn)。 它還有一個(gè)特點(diǎn)是逆變器采用不基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 同的開關(guān)元件， 控制方法有所不同。 逆變器方式采用電壓空間矢量控制， 性能較 優(yōu)越。除此之外， 近幾年還發(fā)展了一些新的控制理論， 如非線性控制、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控 制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、智能控制等。(1) 優(yōu)勢特點(diǎn)1) 高效的計(jì)算能

8、力，從復(fù)雜的計(jì)算中精簡出來最優(yōu)算法；2) 強(qiáng)大的圖形處理系統(tǒng)，用戶可以更快的分析自己的數(shù)據(jù)；3) 友好的人機(jī)交互界面，使用者更容易掌握；4) 豐富的工具箱，可以給用戶提供全面的輔助。(2) 編程環(huán)境Matlab 有大量的數(shù)據(jù)可以提供用戶使用， 同時(shí)最新版本的軟件在工具箱方面 也有了很大的提升。包括命令行窗口、編輯器、保存工作區(qū)、搜索路徑以及用戶 瀏覽等。同時(shí)隨著 Matlab 在市場上的推廣，用戶的逐漸增多，在使用中用戶所 反映出的問題也使 Matlab 的編輯環(huán)境不斷升級(jí)，界面越發(fā)的人性化，人機(jī)交互 界面也越發(fā)的簡單，操作逐漸地簡單。(3) 簡單易用Matlab 是一個(gè)高級(jí)的矩陣 / 陣列語

9、言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。新版本的 Matlab 語言是基于最為流行的 C+ 語言基礎(chǔ)上的， 因此在語法方面， 更加簡單易懂。 使一些非計(jì)算機(jī)人員也能快捷 的使用。而且語言的可移植性強(qiáng)，這也是 MATLAB 能用被廣大用戶以及各類科 研者接受的原因。(4) 強(qiáng)大處理Matla擁有 700多個(gè)工程領(lǐng)域中需要的科學(xué)算法，是一個(gè)強(qiáng)大的計(jì)算合集， 足以滿足廣大用戶的需求。 經(jīng)過長時(shí)間經(jīng)驗(yàn)的積累與優(yōu)化， 其科學(xué)的運(yùn)算法已經(jīng) 成為很多工程領(lǐng)域最為常用的計(jì)算方法。通常情況下它可以代替很多的基礎(chǔ)算 法，如 C 和 C+語言，以至于在相同的要求下使用 Matlab 軟件

10、可以是工作量大 大減少。(5) 圖形處理Matlab 從開始推廣之時(shí)就有著強(qiáng)大編程數(shù)據(jù)可視話的功能， 最主要的特點(diǎn)是 可以將矩陣同圖形的形式進(jìn)行表達(dá)。最新版本的 Matlab 對(duì)整個(gè)的圖形處理進(jìn)行 了全面的升級(jí)和完善， 不僅在原有的可視化功能上得到了增強(qiáng)， 而且還具備了其 他一下軟件所不具備的功能。同時(shí)也在 Matlab 的圖形處理的用戶界面進(jìn)行了重 新的布局與改善，使用戶用起來得到了更多的便捷，方便了很多初學(xué)者的使用。(6) 程序接口基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真Matlab 因?yàn)橛袕?qiáng)大的語言數(shù)據(jù)庫， 從而可以使用 C/C+的數(shù)據(jù)庫， 將自己的 數(shù)據(jù)自行轉(zhuǎn)化

11、為獨(dú)立于 Matlab 運(yùn)行的 C/C+代碼。允許用戶自行編寫和 Matlab 人機(jī)交互的語言。此外， Matlab 網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 Matlab 數(shù)學(xué)和圖形程序。 Matlab 其最主要的特色在于他有一套自己的拓展系統(tǒng) 和一組成為工具箱的程序系統(tǒng)， 工具箱是一個(gè)程序系統(tǒng)， 它里面劃分了好多選項(xiàng) 和分類，這些分類分別代表了絕大多數(shù)的學(xué)科和工程領(lǐng)域， 用戶在使用時(shí)可以選 擇自己的研究方向，可以做到省時(shí)省事省力。（7）軟件開發(fā)1）在開發(fā)環(huán)境方面，文件和圖形窗口可以被用戶更好的控制；2）在編程方面，可支持了函數(shù)嵌套、條件中斷等；3）在圖形化方面，其圖形標(biāo)注、處理功能，

12、比其他開發(fā)軟件更為強(qiáng)大；4）在輸入輸出方面，可以直接鏈接 Excel和 HDF5。忽略式中分母的 S項(xiàng)(此時(shí)的 S很小 )，則23npU s2s1Rr(2-9)基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真2 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.1 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型(1) 異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路 在異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定時(shí)它的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型主要是由等效電路和機(jī)械特性組成 的，兩者即有聯(lián)系， 又有區(qū)別。 穩(wěn)態(tài)等效電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動(dòng)機(jī)的 穩(wěn)態(tài)電氣特性，而機(jī)械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路根據(jù)電機(jī)學(xué)原理 46 ，在下述三個(gè)假定條件下：( 1)忽略空間和

13、時(shí)間諧波； ( 2)忽略磁飽和； (3)忽略鐵損。異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型可以用 T 形等效電路 表示，如圖 2-1 所示。按照定義，轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為(2-1)或 (2-2) 式中 n1同步轉(zhuǎn)速， n1=60f 1/np。f1為供電電源頻率； np 為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。圖 2-1 異步電動(dòng)機(jī) T 形等效電路定子每相繞組電阻和折合定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相繞組電阻Lls 、Lls定子每相繞組漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相繞組漏感Lm勵(lì)磁電感， 即定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感 定子相電壓相量 定 子相電壓相量幅值1 供電電源角頻率(2-8)也就是說，當(dāng) s 很小時(shí)，轉(zhuǎn)矩近似與 s成正比，機(jī)械特性 近似為一

14、段直線， 如圖 (2-3)所示。當(dāng) s 較大時(shí)，忽略分母中 s 的一次項(xiàng)和零次項(xiàng)，則基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真3n pU s2Rrs1(2-10)1s Rs212(Lls Llr)2STe=f(s)為以上兩段的中間數(shù)值時(shí)，2-3 所示。異步電動(dòng)機(jī)由額定電壓 Usn 電，且無加電阻和電抗時(shí)的機(jī)械特性方程式為23n pU sRrs1N(sRs Rr) s1N(Lls Llr ) (2-11)即 s 較大時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與 s 成反比，這時(shí)， 機(jī)械特性從直線段逐漸過渡到雙曲線段，如圖稱作固有特性或自然特性。圖 2-3 異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性2.2 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模

15、型異步電動(dòng)機(jī)具有很多性質(zhì)針對(duì)其非線性、 強(qiáng)耦合、 多變量的性質(zhì)， 必需以動(dòng) 態(tài)模型為出發(fā)點(diǎn)， 分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律， 才可以取得高性能的 動(dòng)態(tài)調(diào)速，研究好性能異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案。2.2.1 異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換最主要條件之一就是電磁耦合， 通過電流與磁通的乘積產(chǎn)生轉(zhuǎn) 矩，再由轉(zhuǎn)速與磁通的乘積得到感應(yīng)電動(dòng)勢， 無論是哪一種電機(jī)皆是如此， 但是 因?yàn)榻涣麟姍C(jī)與直流電機(jī)的工作原理上的差異， 它們在表達(dá)式上也存在很大的差 別。勵(lì)磁繞組和電樞繞組在他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)中是相互獨(dú)立的， 勵(lì)磁電流和電樞 電流單獨(dú)可控， 若忽略對(duì)勵(lì)磁的電樞反應(yīng)或通過補(bǔ)償繞組抵消之。 則勵(lì)磁和電

16、樞 繞組各自產(chǎn)生的磁動(dòng)勢在空間相差 m/2，無交叉耦合。氣隙磁通由勵(lì)磁繞組單獨(dú) 產(chǎn)生，而電磁轉(zhuǎn)矩和磁通與電樞電流的乘積是真比關(guān)系。 忽略弱磁調(diào)速的情況下， 可以在電樞合上電源以前建立磁通， 并維持勵(lì)磁電流恒定， 這時(shí)的磁通就是不參 加系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。因此，電樞電流就可以控制電磁轉(zhuǎn)矩。而交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型則不同， 不能簡單的采用同樣的方法來分析與設(shè)計(jì) 交流調(diào)速系統(tǒng)，這是由于以下幾個(gè)原因 :(1) 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型不僅僅是由輸入的電樞電壓和輸出的轉(zhuǎn)速兩 個(gè)變量組成， 還要加入輸入變量頻率和輸出變量磁通， 因此異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多 變量的系統(tǒng)。(2) 在控制異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，我們不能對(duì)單獨(dú)的控制

17、其磁通，并不像直流電動(dòng) 機(jī)一樣可以保持恒定的磁通。(3) 三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組在空間互差 120，轉(zhuǎn)子也可等效為空間互基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 差120的三相繞組，各繞組間存在交叉耦合，每個(gè)繞組都有各自的電磁慣性， 再考慮運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電慣性， 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系等， 動(dòng)態(tài)模型是一個(gè)高階系 統(tǒng)。總之，異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)字模型是一個(gè)高階、 非線性、 強(qiáng)耦合的多變量系 統(tǒng)。2.2.2 異步電動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型在研究異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)，作如下的假設(shè) :(1) 不考慮空間諧波，假設(shè)三相繞組對(duì)稱，在空間互差 120 電角度，所產(chǎn) 生的動(dòng)勢沿氣隙按正弦規(guī)律分

18、布；(2) 不考慮磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的 ;(3) 不考慮鐵損 ;(4) 不考慮繞組因?yàn)轭l率變化和溫度變化所帶來的影響。 無論異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型的，都可以將其等效成三相繞線轉(zhuǎn) 子，并折算到定子側(cè)， 折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。 異步電動(dòng)機(jī)三相繞組 可以是 Y 連接，也可以是 連接，以下均以 Y 連接進(jìn)行討論。 若三相繞組為 連 接，可先用 -Y 變換，等效為 Y 連接，然后，按 Y 連接進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型如圖 2-4 所示，定子三相繞組軸線 A、B、C 在 空間是固定的，轉(zhuǎn)子繞組軸線 a、b、c以角轉(zhuǎn)速 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 ;例如以 B 軸為 參

19、考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子軸和定子 B 軸間的電角度 為空間角位移變量。規(guī)定各繞組 電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣例和右手螺旋定則。圖 2-4 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型 磁鏈方程 異步電動(dòng)機(jī)本山的自感磁鏈和其他繞組對(duì)它的互感磁鏈之和組成了每個(gè)繞 組的磁鏈，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可以由式 2-12 表示：AL AAL BBLACLAa L Ab L AciABL BAL BBL BCLBL BbL BciBCL CAL CBL CCL CaL CbL CciCaL aAL aBL aCL aaL abL aciaL bAL bBL bCL baL bbL bcibbL cAL cBL cCL caL c

20、bL ccicc (2-12) 或?qū)懗?Li式中 iA iB iC ia ib ic定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；ABC各相繞組的全磁鏈基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程為uA i ARSdtuB i BRSuC i C RSdBdtdcdt(2-13)iaRr(2-14)icRrdcdt與此相應(yīng)，三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程為dsdtdb dt式中uAuBuC uaubuc定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值； RS Rr 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。2.3 本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型， 第一節(jié)從等效電路和機(jī)械特性出 發(fā)介紹與

21、分析了基于穩(wěn)態(tài)等效電路的異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型。 第二節(jié)首先討論異步 電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型非線性、強(qiáng)耦合、多變量的性質(zhì)，在假設(shè)條件下，通過分析磁鏈 方程和電壓方程論述異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型， 說明了簡化的必要性和 可能性?；?Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真3 矢量控制系統(tǒng)基本思路3.1 矢量控制的基本原理以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢作為矢量控制系統(tǒng)的基本準(zhǔn)則 , 想要達(dá)到磁通和轉(zhuǎn) 矩的解耦控制，必須將異步電動(dòng)機(jī)在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流通過坐標(biāo) 變換等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流 , 并且分別加以控制。即在 M-T坐標(biāo)按 照定子磁場定向后， im確定磁鏈的值， i

22、t 則影響轉(zhuǎn)矩，與直流電機(jī)中的勵(lì)磁電流 與電樞電流對(duì)應(yīng)，使問題大大的簡化，同時(shí)也解決了多變量、強(qiáng)耦合等問題。3.1.1 矢量控制的基本思想在矢量空間內(nèi)，矢量變換控制系統(tǒng)是一種重要的控制系統(tǒng) 7 ，其主要是將控 制量的直流標(biāo)量通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髁浚源藖砜刂平涣麟姍C(jī)。直流電機(jī)要正常運(yùn)行，需要兩個(gè)磁鏈，勵(lì)磁磁鏈f 和電樞磁鏈 a ，這兩個(gè)磁鏈彼此垂直且是解耦的，這是因?yàn)榍罢呤峭ㄟ^勵(lì)磁電流 I f 產(chǎn)生的，后者是由 電樞電流 I a產(chǎn)生的。這就意味著，當(dāng)我們控制 I a來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩時(shí)， I f是 不會(huì)受到影響的，同樣的，控制 I f 時(shí)，只會(huì)影響到 f ，因此直流電動(dòng)機(jī)的控制 系統(tǒng)比較簡

23、單 8 。3-1 矢量控制的原理圖通過坐標(biāo)變換的相關(guān)公式， 便可以達(dá)到像直流電機(jī)那樣的特性， 也就是我們 可以把交流異步電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的定子交流電流iA, iB和iC轉(zhuǎn)換成M 軸方向時(shí)刻與磁場一致的 OMT 坐標(biāo)系下的直流電流 iM 和iT 。如果以鐵心為 觀察點(diǎn)，并隨 OMT 一起旋轉(zhuǎn)，那么看到的就不是異步電機(jī)，而是以 i M 為勵(lì)磁電 流，以iT 為電樞電流的直流電機(jī)。 我們可以把控制交流電機(jī)的信號(hào)進(jìn)行變換， 變 換成與直流電機(jī)的信號(hào)相似 9 。矢量控制的基本原理如圖 2-1 所示。對(duì)異步電機(jī)的控制電流信號(hào)進(jìn)行分離， 從中分離出轉(zhuǎn)矩電流信號(hào) iT 和勵(lì)磁電 流信號(hào)iM把iM ,

24、iT作為異步電機(jī)的控制信號(hào)。再經(jīng)過反變換，我們就可以由 iM 、 i T變換得到 i A 、 i B和iC ，用它們?nèi)タ刂颇孀冸娐贰Ｍ瑯?，反饋信?hào)也可以用相 同的方法進(jìn)行變換，用來對(duì)基本控制信號(hào) i M 和 iT 進(jìn)行閉環(huán)控制。因?yàn)樵谏鲜鲎鴺?biāo)變換中所用到的都是空間矢量， 所以該方法被稱作矢量控制 系統(tǒng)。建立了上述的矢量控制系統(tǒng)， 就可以在異步電機(jī)的控制中應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī) 控制的優(yōu)點(diǎn)，最終達(dá)到解耦控制的目標(biāo) 10基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真3.1.2 直接矢量控制與間接矢量控制矢量控制有兩種方法 : 一種是直接法或反饋法 ; 另一種是間接法或前饋法。 兩 者的本

25、質(zhì)區(qū)分點(diǎn)在于單位矢量是怎樣產(chǎn)生的。 直接矢量控制是借助反饋磁鏈?zhǔn)噶?信號(hào)引出了單位矢量， 通過隱藏在電機(jī)內(nèi)部的霍爾元件或者使用檢測到的電壓和 電流來得到磁通大小和方位。計(jì)算的基本原理是通過采樣獲得定子電流和電壓 值，經(jīng)過坐標(biāo)變換后得到 坐標(biāo)下的值， 積分后得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康闹担?之后 將觀測值和參考值進(jìn)行比較，獲得定子磁通矢量的值 11 。間接矢量控制的單位矢量信號(hào)是以前饋的方式產(chǎn)生的。 轉(zhuǎn)子磁通的位置不是 通過直接計(jì)算或檢測得到的。 而是通過傳感器得到了電機(jī)轉(zhuǎn)速， 然后再借助得到 的電流和磁鏈大小得到的轉(zhuǎn)差頻率， 再經(jīng)過積分就可以獲得轉(zhuǎn)子磁鏈角度， 這樣 便可以作為下次變換時(shí)的變換角。 間接

26、矢量控制系統(tǒng)中沒有磁通傳感器， 它的速 度控制范圍可以很容易的從靜止（ s=0）擴(kuò)展到弱磁范圍。但是間接矢量控制是 依據(jù)預(yù)先計(jì)算的途徑獲得磁鏈?zhǔn)噶浚?位置角則是通過電機(jī)數(shù)學(xué)模型得到的， 所以 電機(jī)參數(shù)對(duì)它的影響比較強(qiáng)。 因此為了削弱參數(shù)變化的影響， 一般對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在 線的轉(zhuǎn)子時(shí)間參數(shù)補(bǔ)償。 直接矢量控制對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)不做要求， 因此多參數(shù)的 變化不夠敏感，但是需要測量的數(shù)據(jù)也就相應(yīng)變多，也就是系統(tǒng)變得更為復(fù)雜 12。3.2 坐標(biāo)變換異步電動(dòng)機(jī)三相初始動(dòng)態(tài)模型十分復(fù)雜， 分析和求解這組非線性方程也就變 得十分困難。 在實(shí)際應(yīng)用中必須使其變得簡單， 所以就要對(duì)其優(yōu)化， 簡化的基本 方法就是坐標(biāo)變換

27、。 異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜， 主要問題在于有一個(gè)復(fù)雜 的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程， 它們體現(xiàn)了異步電動(dòng)機(jī)的電磁耦合和能量轉(zhuǎn)換的復(fù)雜關(guān) 系。因此，要簡化數(shù)學(xué)模型，需從電磁耦合關(guān)系人手。3.2.1 三相-兩相變換 （3/2 變換）三項(xiàng)繞組 A 、B、C 和兩相繞組 、 之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相 正坐標(biāo)系間的變換，簡稱 3/2 變換。通過把三相靜止的物理變量變成兩相靜止或 者運(yùn)動(dòng)的正交物理量也就完成了三兩坐標(biāo)和兩相坐標(biāo)系之間的相互變換。圖 3-2 三相 - 兩相變換圖 3-2 所示為三相兩相變換的示意圖。 由于由三相坐標(biāo)表示的異步電機(jī)的 數(shù)學(xué)模型十分復(fù)雜， 因此希望可以對(duì)此模型進(jìn)行簡化。 從

28、線性代數(shù)可知， 對(duì)于三 相三線的交流電動(dòng)機(jī)，有基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真(3-1)uA+u B+u c=0 , i A+i B+i c=0即各組變量之間線性相關(guān)， 因此可以將其化簡用兩個(gè)線性獨(dú)立的變量， 也就 是平面上的兩維坐標(biāo)表示，而最為簡單的是用正交坐標(biāo)表示圖 3-3 三相、兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢的空間矢量三相和兩相坐標(biāo)的空間矢量位置如圖 3-3 所示，圖中 A, B, C 表示電機(jī)三相互差 120的定子繞組的坐標(biāo) ; 而 、 則表示兩相靜止正交坐標(biāo)系，將 A軸與軸重合會(huì)更加的簡單方便。 FA、FB、FC 表示互差 120度的三相磁動(dòng)勢，、表示與空間彼

29、此垂直的磁動(dòng)勢。根據(jù)在變換的前后磁動(dòng)勢相同這一原則，定子和轉(zhuǎn)子繞組的瞬時(shí)磁動(dòng)勢在、 軸中的投影應(yīng)當(dāng)方向相同，即 :（3-11） 以上變換以電流為例子。 根據(jù)所使用的條件可以驗(yàn)證， 這些變換矩陣也適用 于電壓變換、功率變換以及磁鏈變換。3.2.2 兩相-兩相旋轉(zhuǎn)變換（ 2S/2R 變換）從靜止兩相正交坐標(biāo)系 到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系 dq 的變換，稱作靜止兩相旋 轉(zhuǎn)正交變換，簡稱 2S/2R變換，其中 s表示靜止， r 表示旋轉(zhuǎn)，變換的原則同樣 是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢相等。圖 3-4 兩相 - 兩相旋轉(zhuǎn)變換圖 3-4 所示是兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換 （ 也叫做 PARK 變換） 的示意圖。兩相 兩相旋轉(zhuǎn)變換實(shí)際上是一種

30、交流的變換，也就是兩相靜止坐標(biāo)系 ， 和 兩相旋轉(zhuǎn) d,q坐標(biāo)系或者 M,T 坐標(biāo)系的變換。把兩相靜止的物理量變換成兩相 旋轉(zhuǎn)正交的物理量是其基本思路。圖 3-5 兩相靜止、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以及磁動(dòng)勢 （ 電流 ） 空間矢量在圖 3-5中， d, q繞組的直流磁動(dòng)勢分別對(duì)應(yīng) id、i q分量，、 繞組的交流磁動(dòng)勢的瞬時(shí)值分別對(duì)應(yīng) 、 。 和，規(guī)定的方向?yàn)榻嵌鹊恼较颍?由圖可見，cossinsini qcosi dC 2r /2s(3-12)10 之間存在下列關(guān)系C 2r / 2scossinsincos(3-13)基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真式中是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

31、轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換陣。可知該矩陣為正交矩 陣。并且由于其行列式的值為“ +1; ，數(shù)學(xué)上被稱為的“第一類正交矩陣”。-sin i cos i對(duì)式 3-12 兩邊都乘以變換陣 C 2r/2s 的逆矩陣，便可以得到1i q cos -sin icos（3-14）2S/2R變換（或PARK 變換）的變i d sin cos isin則兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 換矩陣為 :C2 r/2 scos sin-sincos(3-15)電流（磁動(dòng)勢 ）的旋轉(zhuǎn)變換矩陣也適用于電壓旋轉(zhuǎn)變換矩陣以及磁鏈的旋轉(zhuǎn) 變換矩陣。3.3 SVPWM調(diào)制SVPWM 是把逆變器和電機(jī)作當(dāng)作一個(gè)整體來分析的， 著

32、眼于如何使電機(jī)獲 得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場， 即正弦磁通。 準(zhǔn)確的說， 它以三相對(duì)稱正弦波電壓 供電時(shí)三相對(duì)稱電動(dòng)機(jī)定子的理想磁鏈圓為基準(zhǔn)， 由三相逆變器不同的開關(guān)模式 所產(chǎn)生的實(shí)際磁鏈?zhǔn)噶咳ソ咏鶞?zhǔn)磁鏈圓，它們的結(jié)果取決于逆變器的開關(guān)狀 態(tài)，形成 PWM波形。 SVPWM具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中電壓利用率高、轉(zhuǎn)矩脈沖小、易 數(shù)字化、易實(shí)現(xiàn)是其主要優(yōu)點(diǎn)。目前在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用 13 。圖 3-6 所示是一個(gè)典型的電壓型 PWM逆變器原理簡圖。 這種逆變器可以保證 電壓空間矢量圓形運(yùn)動(dòng)軌跡為目標(biāo)，利用其功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)和順序組合、 以及開關(guān)時(shí)間的調(diào)整， 可以產(chǎn)生諧波較少且直流電源電壓利

33、用率較高的輸出較為 穩(wěn)定。圖 3-6 三相電壓源型逆變器圖中的 VT1VT6是六個(gè)功率開關(guān)管 a, b, c 分別代表 3 個(gè)橋臂的開關(guān)狀態(tài)。 規(guī)定: 當(dāng)上橋臂開關(guān)管“開”狀態(tài)時(shí) （此時(shí)下橋臂開關(guān)管是“關(guān)”狀態(tài) ），開關(guān)狀 態(tài)為“ 1; 當(dāng)下橋臂開關(guān)管為“開”狀態(tài)時(shí) （此時(shí)上橋臂開關(guān)管是“關(guān)”狀態(tài) ）， 開關(guān)狀態(tài)為“ 00 3 個(gè)橋臂只有 1和。兩種狀態(tài)，因此 a, b, c形成 000, 001,11基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真010,011, 100, 101, 110, 111共 8種(23= 8) 開關(guān)模式。其中 000和111開關(guān)模式使逆變器輸出電

34、壓為零， 所以這兩種開關(guān)模式為零狀態(tài)。 當(dāng)零矢量作用于電機(jī)時(shí)不形成磁鏈?zhǔn)噶?; 而當(dāng)非零矢量作用于電機(jī)時(shí)，會(huì)在電機(jī)中形成相應(yīng)的磁鏈?zhǔn)?量。開關(guān)變量矢量 a, b, cT和相電壓輸出矢量 uA,uB,uC T之間關(guān)系如下uAuBuC2 -113U dc1 -1-1-1式中U ab 為直流母線電壓。 為了簡化計(jì)算， 是在兩相靜止坐標(biāo)系下的，因此須要將其轉(zhuǎn)換到c(3-16) 本電機(jī)控制系統(tǒng)中必須用到的量坐標(biāo)系中。根據(jù) Clarke變換原理與式 (3-16)，可得開關(guān) a, b, c 相對(duì)應(yīng)的相電壓轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系中的 分量，轉(zhuǎn)換結(jié)果見表 3.1 和圖 3-7根據(jù)表 3.1 ，計(jì)算得到的八個(gè)矢量成為基本電

35、壓空間矢量。根據(jù)其相位角的 特點(diǎn)將八個(gè)電壓矢量分別命名為 o000、U0、U 60 、U 120 、U 180 、U 240、U 300 、 o111 圖 3-7 給出了這 8 個(gè)向量在 坐標(biāo)軸下分布情況，其中 o000 和o111為零矢量，位 于中心；定義 U 180 、U 240 之間為區(qū)間，定義 U 240 、U 300 之間為，定義 U 300 、 U 0 之間為區(qū)間 14 。圖 3-7 基本電壓空間矢量圖空間矢量 PWM 技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合基本空間矢量的開關(guān)狀態(tài) 來近似輸出的參考電壓矢量 U out 。在一個(gè) PWM 周期內(nèi)，對(duì)于任意輸出的參考電 壓矢量U out ，都可以

36、由八個(gè)基本電壓矢量來合成。如圖 3-7所示，當(dāng)電壓空間矢 量U out在號(hào)區(qū)間， U out就可以由 U 0，U 60來合成，它等于 T1/TPWM 倍的U 0和 T2/TPWM 倍的U 60的矢量和，其中 T 1和T 2分別是U 0和U 60的作用時(shí)間。按照這 種方式，在下一個(gè) T PWM 周期內(nèi)，仍然使用 U 0和U 60的線性時(shí)間組合，但作用的 作用時(shí)間由 T1和T2變?yōu)門1 和T 2 ，它們必須確保所合成的新的空間電壓矢量 U out的幅值不變。這樣，在每一個(gè) T pwm內(nèi)，都改變相鄰基本空間矢量的作用時(shí)間， 并確保所合成的電壓空間矢量的幅值都相等，當(dāng) Tpwm 足夠小時(shí)，電壓空間矢量

37、的 軌跡是一個(gè)近似的圓。 因此，開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)的線性組合可以合成平面上的任12基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真意電壓空間矢量。3.3 本章小結(jié)這一章主要探究了矢量控制的基本思路與原理， 首先從理論出發(fā)， 通過分析 直接矢量控制與間接矢量控制的關(guān)系， 分析矢量控制的原理圖介紹了矢量控制的 基本原理；緊接著通過坐標(biāo)圖與公式分別區(qū)分與介紹了三相 - 兩相變換變換和兩 相- 兩相變換，從完成了對(duì)坐標(biāo)變換的解析，即異步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)MT 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型以及轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算和觀測方法。最后在簡要分析 SVPWM 控制 原理的基礎(chǔ)上，詳細(xì)推到了 SPVWM 的調(diào)制方法。1

38、3基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真4 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真通過第三章的理論分析我們知道，三相交流異步電動(dòng)機(jī)只需要通過3/2變換（ CLARK變換 ） 、2S/2R變換（ PARK變換）之后就可以的到像直流電動(dòng)機(jī)的電流分 量，從而交流異步電動(dòng)機(jī)就可以相直流電動(dòng)機(jī)一樣來控制與分析。 本章首從介紹 各種模塊出發(fā)通過前兩章對(duì)理論基礎(chǔ)的分析， 搭建出 Matlab 的仿真模型然后進(jìn)行 仿真。4.1 矢量控制系統(tǒng)模型4.1.1 坐標(biāo)變換模塊坐標(biāo)變換模塊包括 3/2變換, 2S/2R變換及其逆變換，由式子（2-10）、（ 2-11）、2-14）可以得到轉(zhuǎn)變的模型如下圖 4

39、-14-4所示：圖 4-1 Clarke 變換模塊圖 4-2 Clarke 逆變換模塊圖 4-3 Park 變換模塊圖 4-4 Park 逆變換模塊4.1.2 PI 調(diào)節(jié)模塊PI 調(diào)節(jié)器有很多種，如調(diào)節(jié) PI 調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩 PI 調(diào)節(jié)器、磁通 PI 調(diào)節(jié)器， 這些調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)基本相同， 包括比例、積分和限幅環(huán)節(jié)， 但是他們的參數(shù)設(shè)置 卻不同，轉(zhuǎn)速 PI 調(diào)節(jié)器模型如圖 4-5 所示。圖 4-5 轉(zhuǎn)速 PI 調(diào)節(jié)器模塊4.1.3轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模塊在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下， 根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的控制方程式，構(gòu)建轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模塊圖如圖 4-6 所示：圖 4-6 轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模塊14基于

40、 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真4.1.4 SVPWM模塊(1) 電壓矢量所處扇區(qū)的判定模塊根據(jù)矢量控制系統(tǒng)圖中知，已知 , 根據(jù)計(jì)算出所處扇區(qū)，如圖4-7 所示圖 4-7 矢量所處扇區(qū)判斷模塊(2) 扇區(qū)基本電壓矢量的工作時(shí)間計(jì)算模塊 在計(jì)算基本電壓矢量工作時(shí)間過程中，以兩相靜止坐標(biāo)系下 、 軸分量 U S 與U S , PWM的周期T PWM 。扇區(qū)號(hào) N以及直流母線電壓 U dc作為模塊的輸入。圖 4-8 X 、Y、Z 計(jì)算模塊圖可以建立計(jì)算中間變量 X、Y 、Z 的仿真模型如圖 4-8 所示。并且可以建立 計(jì)算各個(gè)扇區(qū)基本電壓空間矢量工作時(shí)間 T 1和T 2

41、的仿真模型如圖 4-9 所示，在 4-9 的右側(cè)加入了判斷模塊。圖 4-9 各扇區(qū) T 1、T 2時(shí)間模塊圖(3) PWM 波開關(guān)切換時(shí)間圖 4-10 開關(guān)切換時(shí)間模塊此模塊以 PWM 的周期T PWM 、扇區(qū)號(hào) N 以及扇區(qū)基本電壓空間矢量工作時(shí) 間T 1和T 2作為模塊的輸入。(1) SVPWM 波形生成模塊本論文仿真模塊采用三角波進(jìn)行調(diào)制，并將三角波的周期 Ti 定為定時(shí)器周 期。將三角波與切換時(shí)間 T cm1、T cm2、T cm3比較。調(diào)制出 SVPWM 波,仿真生成 模塊如圖 4-11 表示。圖 4-11 SVPWM生成模塊圖SVPWM 模塊及其仿真由上述圖 4-84-11的模塊圖

42、，得到如圖 4-12所示的 SVPWM 仿真模塊圖 4-12 SVPWM仿真模塊4.2 仿真結(jié)果與分析圖 4-12 Matlab/Simulink異步電動(dòng)機(jī)矢量控制仿真建模整體框圖(1) 空載情況分析15基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)子磁通的給定值為 0.95Wb，負(fù)載為零， 轉(zhuǎn)速初值為 130rad/s，0.5s 后變?yōu)?0rad/s，仿真結(jié)果如圖 4-134-15所示，在圖 4-13 中空載啟動(dòng)的一瞬間電機(jī)電流 峰值達(dá)到了 35.6A，有效值為 22.1A，啟動(dòng)電流是額定電流 6.5A 的 3.4 倍，通常 情況下啟動(dòng)電流不會(huì)超過額定電流的 67 倍，因

43、此該啟動(dòng)電流在可以承受的范圍 之內(nèi)。圖 4-13 定子 A 相電流波形圖 4-14 電磁轉(zhuǎn)矩波形(a) 圖 4-14 是電磁轉(zhuǎn)矩的波形圖，從中可以看到啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩為 34N.m，額定轉(zhuǎn) 矩為 20.1N.m, 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的 1.69 倍，通常情況下電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不 能超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的 2 倍，所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在電機(jī)可以承受的范圍以內(nèi)。還 可以看出空載穩(wěn)定時(shí)轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)幅值為 0.53N.m，是額定轉(zhuǎn)矩的 0.016 倍，說 明空載轉(zhuǎn)矩偏小。圖 4-15 轉(zhuǎn)速波形圖 4-15 是轉(zhuǎn)速波形圖，從中可以看出電機(jī)轉(zhuǎn)速從 0 到 130rad/s 的調(diào)整時(shí)間 為 0.075 s，從 130rad/s

44、到 80rad/s 的調(diào)整時(shí)間 0.05s，上升的曲面較為平滑，上升 到 130rad/s的 0.5 秒中也是一條直線，且在將為 80rad/s 后也沒有出現(xiàn)什么波動(dòng)， 說明矢量控制電機(jī)速度特性達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。(2) 負(fù)載情況分析如圖 4-164-18所示，轉(zhuǎn)速設(shè)定為 120rad/s，在 0 到 0.5s輸入了負(fù)載為斜坡 的信號(hào)，其最大值為 15N. m，從圖上可以看出電流值因?yàn)樾逼滦盘?hào)的輸入也在 逐漸的增加，在穩(wěn)定時(shí)的電流峰值為 8.70A，其有效值為 6.15 A，在額定電流的 范圍之內(nèi)。圖 4-16 定子 A 相電流波形圖 4-17 電磁轉(zhuǎn)矩波形圖 4-17 是在載入負(fù)載后的電磁轉(zhuǎn)矩

45、波形，如圖所示，一開始轉(zhuǎn)矩在逐漸的上升 然后趨于平穩(wěn)，但是在 1s 時(shí)，負(fù)載突然轉(zhuǎn)變?yōu)?0，這是電流直接下降，可得轉(zhuǎn) 速波形的超調(diào)量 1.66%。圖 4-18 轉(zhuǎn)速波形圖 4-18 是在負(fù)載情況下的轉(zhuǎn)速波形，從圖形上看一開始在 1.5s 時(shí)，輸入 負(fù)載為 15N. m 的階躍信號(hào)，這時(shí)的電流一直在上升，但是轉(zhuǎn)速卻有點(diǎn)下降，之16基于 Matlab/Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真后幾部沒有太大的浮動(dòng)， 當(dāng)電流穩(wěn)定是其峰值為 8.65 A，有效值 6.12A 在額定電 流之內(nèi); 而轉(zhuǎn)速曲線此時(shí)的超調(diào)量為 1.5%圖 4-19 定子 A 相電流波形當(dāng)負(fù)載為正弦輸入時(shí)，其仿真結(jié)果如圖 4

46、-194-21 所示，圖 4-19 是定子 A 相電 流波形，分析電流波形看一看出，在 12s 的時(shí)間段里加入的正弦負(fù)載信號(hào)的幅 值為 5N.m，頻率為 50Hz，其輸出電流幅值為 9.15A, 有效值為 6.49A，是在額定 電流范圍內(nèi)的。圖 4-20 電磁轉(zhuǎn)矩波形圖 4-20 是電磁轉(zhuǎn)矩的波形， 因?yàn)樵?0.5s 時(shí)加入了介于信號(hào)， 定子的電流突然增 加，從圖中可以清楚的看出在 0.5s 是轉(zhuǎn)矩垂直上升，超調(diào)量為 1.26 ，電磁轉(zhuǎn) 矩輸出與輸入正弦信號(hào)對(duì)應(yīng)，輸出的轉(zhuǎn)速波形的波動(dòng)量為 0.25%。圖 4-21 轉(zhuǎn)速波形圖 4-21 是轉(zhuǎn)速波形，從圖形上看與負(fù)載是階躍輸入和斜坡輸入時(shí)的轉(zhuǎn)速圖 幾乎相同， 也是開始的時(shí)候快速上升之后趨于平穩(wěn)， 電磁轉(zhuǎn)矩輸出與輸入正弦信 號(hào)對(duì)應(yīng)，輸出的轉(zhuǎn)速波形的波動(dòng)量為 0.25%。通過搭建模塊在 Matlab/Simulink 環(huán)境，使用 SVPWM 方式調(diào)制的矢量控制 系統(tǒng)進(jìn)行了仿真， 不難看出在空載調(diào)速時(shí)其啟動(dòng)電流， 轉(zhuǎn)矩以及調(diào)速性能都符合 基本的要求。4.5 本章小結(jié)本章在 Matlab/Simulink 環(huán)境下，首先在構(gòu)建二相靜止 坐標(biāo)下異步電機(jī)數(shù) 學(xué)模型的基礎(chǔ)上介紹了幾個(gè)在本設(shè)計(jì)中需要用到的模塊， 并且進(jìn)行了組裝， 建立 了基于電壓空間矢量脈寬調(diào)制的異步電機(jī)矢量控制模型， 通過產(chǎn)生的仿真圖， 分 別對(duì)啟動(dòng)電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行了分析