異步電動(dòng)機(jī)仿真指導(dǎo)書(shū)

1、異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)仿真指導(dǎo)書(shū)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模荷钊肜斫猱惒诫妱?dòng)機(jī)的矢量控制策略。了解基于MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成。掌握異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)原理：（1）本實(shí)驗(yàn)的異步電機(jī)FOC交流調(diào)速控制系統(tǒng)總框圖如下圖所示：圖1 異步電機(jī)FOC交流調(diào)速控制系統(tǒng)框圖 采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）控制策略，內(nèi)環(huán)是調(diào)節(jié)電流的電流環(huán)，外環(huán)是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速環(huán)，都采用PI控制調(diào)節(jié)。（2）程序設(shè)計(jì)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)的程序設(shè)計(jì)主要包含以下模塊： Clark-Park變換模塊；轉(zhuǎn)子磁鏈位置計(jì)算模塊（磁通觀測(cè)定向）；速度PI調(diào)節(jié)器模

2、塊；轉(zhuǎn)矩電流PI調(diào)節(jié)器模塊；勵(lì)磁電流PI調(diào)節(jié)器模塊；磁鏈PI調(diào)節(jié)器模塊；Park逆變換模塊；svpwm模塊。三、仿真設(shè)計(jì)舉例：鼠籠異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉(zhuǎn)速，額定頻率，定子繞組Y聯(lián)接。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得定子電阻，轉(zhuǎn)子電阻，定子漏感，電感，轉(zhuǎn)子漏感，轉(zhuǎn)子自感，定、轉(zhuǎn)子互感，轉(zhuǎn)子參數(shù)已折合到定子側(cè)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，初始轉(zhuǎn)差率s=1。設(shè)計(jì)三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)。用MATLAB仿真軟件，建立異步電動(dòng)機(jī)的仿真模型（參考exercise6_4_0）。解：由題知：額定轉(zhuǎn)速，額定頻率，則電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)，額定轉(zhuǎn)速；設(shè)三相正弦對(duì)稱電流、，轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù) ，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在額定工作

3、狀態(tài)時(shí)，得1、ACR（電流調(diào)節(jié)器）按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)逆變器由課本運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)P179式（6-81）知異步電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為：。其中，。異步電機(jī)電流濾波圖2 電流環(huán)傳遞函數(shù)框圖圖中電流調(diào)節(jié)器ACR采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫(xiě)成電流環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為由工程設(shè)計(jì)法P80，知和一般比小得多，可以當(dāng)做小慣性群而近似的看做是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為。所以選擇，便校正成典型I型系統(tǒng)，因此，其中：； 一般情況下，希望超調(diào)量，可選擇，則。式中為逆變器放大倍數(shù)，（600V）為逆變器直流側(cè)電壓；為PWM周期取0.0001s；考慮到電磁時(shí)間常數(shù)，電流閉環(huán)控制等效為一階慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)取Ti=0.001sec，

4、電流環(huán)按典型二型系統(tǒng)設(shè)計(jì)， ，因此選擇為電流濾波器時(shí)間常數(shù)。所以電流環(huán)的PI參數(shù)：，。代入?yún)?shù)得。2、ASR（速度調(diào)節(jié)器）按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)等效 由工程設(shè)計(jì)法P82知，電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為一階慣性環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速濾波a圖3 速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫(xiě)成轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為其中，為轉(zhuǎn)速環(huán)濾波器時(shí)間常數(shù)， 。和電流環(huán)中一樣，把時(shí)間常數(shù)為和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中。再令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益，則按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取中頻寬h=5，則，電流環(huán)等效3、AR（磁鏈調(diào)節(jié)器）按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)磁鏈濾波圖4 磁鏈環(huán)傳遞函數(shù)框圖磁鏈

5、調(diào)節(jié)器AR采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫(xiě)成磁鏈環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為其中轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù) ，電流閉環(huán)控制等效慣性時(shí)間常數(shù)，為轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)濾波器時(shí)間常數(shù), 取。和電流環(huán)中一樣，把時(shí)間常數(shù)為和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中，（磁鏈環(huán)按典型二型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，磁鏈閉環(huán)控制等效時(shí)間常數(shù)）。選擇，便校正成典型I型系統(tǒng)，因此，其中：； 在一般情況下，希望超調(diào)量，可選擇，則，4、異步電機(jī)矢量控制仿真模型如下圖：(注此版本是MATLAB 2012b)首先從模塊庫(kù)中拖出異步電動(dòng)機(jī)模型，其搜索路徑為：Simscape庫(kù)->SimpowerSystems->Machines->A

6、synchronous Machine SI Units. 如下圖。逆變器(IGBT Inverter)搜索路徑為：Simscape庫(kù)->SimpowerSystems->Machines->Power Electronics->Universal Bridge. 如下圖。雙擊此模塊按下圖配置。 逆變器直流側(cè)電源搜索路徑為：Simscape庫(kù)->SimpowerSystems-> Electronical Sources->DC Voltage Source.如下圖。Powergui模塊的搜索路徑為：Simscape庫(kù)->SimpowerSyst

7、ems->powergui.如下圖。雙擊此模塊按如下圖配置Discrete SV PWM Generator模塊的搜索路徑為：Simscape庫(kù)->SimpowerSystems->Extra Library-> Discrete Control Blocks->Discrete SV PWM Generator.如下圖。雙擊此模塊按如下圖設(shè)置。仿真圖中ACR結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖中Fcn設(shè)置為，Switch設(shè)置為，其他模塊采用默認(rèn)值即可。ASR結(jié)構(gòu)如下圖所示：（其限幅值取±12）AFR（磁鏈調(diào)節(jié)器）結(jié)構(gòu)如下圖所示：（其限幅值取±0.74）轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模塊Phir：，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示其中Flux Calculation模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：Teta Calculation模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：計(jì)算過(guò)程中濾波器是連續(xù)的，而仿真過(guò)程中用到的濾波器都是離散化的，如仿真圖中的，其對(duì)應(yīng)的是d、q電流環(huán)的濾波器，離散化后為；速度環(huán)濾波器離散化后為；磁鏈環(huán)濾波器離散化后為。濾波器路徑為：Simulink庫(kù)->Discrete-> Discrete Filter.電流環(huán)Discrete Filter的模塊配置如下：最后按下圖配置一些參數(shù)：?jiǎn)螕艄ぞ邫谥械腟imulation，選擇其下的Mo