異步電動機仿真指導書

..異步電動機按轉子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)仿真指導書一、實驗目的：⒈深入理解異步電動機的矢量控制策略。⒉了解基于MATLAB仿真實現(xiàn)異步電動機矢量控制變頻調速系統(tǒng)的構成。⒊掌握異步電動機矢量控制系統(tǒng)的分析、設計、調試方法。二、實驗開發(fā)設計原理：〔1〕本實驗的異步電機FOC交流調速控制系統(tǒng)總框圖如下列圖所示：圖1異步電機FOC交流調速控制系統(tǒng)框圖采用雙閉環(huán)構造，空間矢量脈寬調制〔SVPWM〕控制策略，環(huán)是調節(jié)電流的電流環(huán)，外環(huán)是調節(jié)轉速的轉速環(huán)，都采用PI控制調節(jié)?！?〕程序設計容本實驗的程序設計主要包含以下模塊：Clark-Park變換模塊；轉子磁鏈位置計算模塊〔磁通觀測定向〕；速度PI調節(jié)器模塊；轉矩電流PI調節(jié)器模塊；勵磁電流PI調節(jié)器模塊；磁鏈PI調節(jié)器模塊；Park逆變換模塊；svpwm模塊。三、仿真設計舉例：鼠籠異步電動機銘牌數(shù)據為：額定功率，額定電壓，額定電流，額定轉速，額定頻率，定子繞組Y聯(lián)接。由實驗測得定子電阻，轉子電阻，定子漏感，電感，轉子漏感，轉子自感，定、轉子互感，轉子參數(shù)已折合到定子側，系統(tǒng)的轉動慣量，初始轉差率s=1。設計三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)。用MATLAB仿真軟件，建立異步電動機的仿真模型〔參考exercise6_4_0〕。解：由題知：額定轉速，額定頻率，那么電動機極對數(shù)，額定轉速；；設三相正弦對稱電流、、，轉子電磁時間常數(shù)，電動機穩(wěn)定運行在額定工作狀態(tài)時，得1、ACR〔電流調節(jié)器〕按典型I型系統(tǒng)設計逆變器由課本"運動控制系統(tǒng)"P179式〔6-81〕知異步電動機的傳遞函數(shù)為：。其中，。逆變器異步電機電流濾波異步電機電流濾波圖2電流環(huán)傳遞函數(shù)框圖圖中電流調節(jié)器ACR采用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫成電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為由工程設計法P80，知和一般比小得多，可以當做小慣性群而近似的看做是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(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，希望超調量，可選擇，，那么。式中為逆變器放大倍數(shù)，〔600V〕為逆變器直流側電壓；為PWM周期取0.0001s；考慮到電磁時間常數(shù)，電流閉環(huán)控制等效為一階慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)取Ti=0.001sec，電流環(huán)按典型二型系統(tǒng)設計，，因此選擇為電流濾波器時間常數(shù)。所以電流環(huán)的PI參數(shù)：，，。代入參數(shù)得。2、ASR〔速度調節(jié)器〕按典型II型系統(tǒng)設計電流環(huán)等效由工程設計法P82知，電流環(huán)在轉速環(huán)中等效為一階慣性環(huán)節(jié)。電流環(huán)等效轉速濾波a圖3速度環(huán)傳遞函數(shù)框圖轉速濾波a轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫成轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為其中，為轉速環(huán)濾波器時間常數(shù)，。和電流環(huán)中一樣，把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中。再令轉速環(huán)開環(huán)增益，那么按跟隨和抗擾性能都較好的原那么，取中頻寬h=5，那么，電流環(huán)等效3、AψR〔磁鏈調節(jié)器〕按典型I型系統(tǒng)設計電流環(huán)等效磁鏈濾波磁鏈濾波圖4磁鏈環(huán)傳遞函數(shù)框圖磁鏈調節(jié)器AψR采用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)可寫成磁鏈環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為其中轉子電磁時間常數(shù)，電流閉環(huán)控制等效慣性時間常數(shù)，為轉子磁鏈環(huán)濾波器時間常數(shù),取。和電流環(huán)中一樣，把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中，〔磁鏈環(huán)按典型二型系統(tǒng)設計，磁鏈閉環(huán)控制等效時間常數(shù)〕。選擇，便校正成典型I型系統(tǒng)，因此，其中：；在一般情況下，希望超調量，可選擇，，那么，，，4、異步電機矢量控制仿真模型如下列圖：(注此版本是MATLAB2012b)首先從模塊庫中拖出異步電動機模型，其搜索路徑為：Simscape庫->SimpowerSystems->Machines->AsynchronousMachineSIUnits.如下列圖。逆變器(IGBTInverter)搜索路徑為：Simscape庫->SimpowerSystems->Machines->PowerElectronics->UniversalBridge.如下列圖。雙擊此模塊按下列圖配置。逆變器直流側電源搜索路徑為：Simscape庫->SimpowerSystems->ElectronicalSources-->DCVoltageSource.如下列圖。Powergui模塊的搜索路徑為：Simscape庫->SimpowerSystems->powergui.如下列圖。雙擊此模塊按如下列圖配置DiscreteSVPWMGenerator模塊的搜索路徑為：Simscape庫->SimpowerSystems->ExtraLibrary->DiscreteControlBlocks->DiscreteSVPWMGenerator.如下列圖。雙擊此模塊按如下列圖設置。仿真圖中ACR構造如下列圖所示：圖中F設置為，Switch設置為，其他模塊采用默認值即可。ASR構造如下列圖所示：〔其限幅值取±12〕AFR〔磁鏈調節(jié)器〕構造如下列圖所示：〔其限幅值取±0.74〕轉子磁鏈計算模塊Phir：，部構造如下列圖所示其中FluxCalculation模塊部構造如下：TetaCalculation模塊部構造如下：計算過程中濾波器是連續(xù)的，而仿真過程中用到的濾波器都是離散化的，如仿真圖中的，其對應的是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->Discrete->DiscreteFilter.電流環(huán)DiscreteFilter的模塊配置如下：最后按下列圖配置一些參數(shù)：單擊工具欄中的Simulation，選擇其下的Mo