中國工程高校信息工程院電力拖動自動限制系統(tǒng)結(jié)課論文題目:基于MATLAB／SIMULINK溝通變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真探討班級：03094003姓名：任天語學號：030940031時間：2012年5月29日基于MATLAB/SIMULINK溝通調(diào)速系統(tǒng)的仿真探討摘要:從異步電動機的數(shù)學模型著手,介紹一種基于MATLAB/SIMULINK的異步電動機仿真模型,運用時只須要輸入不同的電動機參數(shù)即可。在此基礎上設計一個典型的矢量限制系統(tǒng),然后利用MATLAB/SIMULINK仿真軟件對該限制系統(tǒng)進行仿真探討。關鍵詞:MATLAB/SIMULINK;異步電動機;矢量限制;仿真0引言隨著電力電子變流技術和溝通電機限制理論的發(fā)展,出現(xiàn)了很多新型變流裝置和溝通電機的調(diào)速限制方法。眾所周知,異步電動機是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng),再加上在變流裝置的非正弦供電條件下運行,使經(jīng)典的溝通電機理論和傳統(tǒng)的限制系統(tǒng)分析方法不能完全適用于現(xiàn)代溝通調(diào)速系統(tǒng)。采納計算機仿真的方法來分析探討溝通電機及其調(diào)速是解決這類工程問題的一種有效工具。利用目前國際上最流行的仿真軟件之一MATLAB/SIMULINK,建立一個通用的仿真模型。然后用到干脆矢量限制系統(tǒng)中去,對該系統(tǒng)進行仿真探討。1異步電動機的仿真模型為了使仿真模型結(jié)果盡可能接近異步電動機的實際運行狀況,仿真模型應盡可能接近物理對象。由于異步電動機的具有非線性、多變量、強耦合的性質(zhì),其模型的建立是否接近實際的物理對象,是整個系統(tǒng)仿真結(jié)果是否接近實際狀況的關鍵。為此建立了基于靜止兩相坐標系的異步電動機的模型。依據(jù)溝通電機理論,鼠籠式異步電動機在靜止兩相坐標系的電壓方程:電機轉(zhuǎn)子磁鏈與電流的關系:Ψα2=L2iα2+Lmiα1(2)Ψβ2=L2iβ2+Lmiβ1(3)由式(1)(2)(3)可推出:(R+pLσ)iα1=uα1+AΨα2+BωΨβ2(4)(R+pLσ)iβ1=uβ1+AΨβ2-BωΨα2(5)(R2/L2+p)Ψα2=-ωΨβ2+Lm/L2*R2iα1(6)(R2/L2+p)Ψβ2=-ωΨα2+Lm/L2*R2iβ1(7)電機的電磁轉(zhuǎn)矩方程為:Te=Np*Lm/L2(iβ1Ψα2-iα1Ψβ2)(8)運動方程為:Te-TL=J*dω/Np*dt(9)式中,R1、R2為定、轉(zhuǎn)子電阻;L1、L2為定、轉(zhuǎn)子自感;Lm為定、轉(zhuǎn)子間互感;ω為電機轉(zhuǎn)子的電氣角速度;uα1、uβ1為α、β軸定子電壓;uα2、uβ2為α、β軸轉(zhuǎn)子電壓;iα1、iβ1為α、β軸定子電流;iα2、iβ2為α、β軸轉(zhuǎn)子電流;Ψα2、Ψβ2為α、β軸轉(zhuǎn)子磁鏈;Te為電磁轉(zhuǎn)矩;TL為負載轉(zhuǎn)矩;Np為電極對數(shù);J為機組的轉(zhuǎn)動慣量;R=R1+L2m/L22;Lσ=L1-L2m/L2;A=Lm/L22*R;B=Lm/L2.由式(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)建立如圖1電動機的仿真模型。其中輸入為uα1、uβ1,負載為TL.為實現(xiàn)電流滯環(huán)SPWM逆變器,圖中增加了靜止二相坐標到靜止三相坐標系的電流轉(zhuǎn)換,輸出為電流ia、ib、ic,電磁轉(zhuǎn)矩(Te),電機的轉(zhuǎn)速(ω),通過n=Wx60/(2*pi*Np)轉(zhuǎn)化為n.圖1異步電動機的SIMULINK仿真模型2溝通調(diào)速矢量限制系統(tǒng)2.1溝通調(diào)速矢量限制系統(tǒng)的結(jié)構圖本系統(tǒng)結(jié)構如圖2所示,逆變器采納電流滯環(huán)型PWM逆變器。系統(tǒng)的給定量有參考轉(zhuǎn)速ω*和參考磁鏈Ψ2*,該系統(tǒng)采納磁鏈、轉(zhuǎn)速閉環(huán)限制,同時為了提高轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)限制解耦性能,增加了一個轉(zhuǎn)矩限制內(nèi)環(huán)。這時,磁鏈對轉(zhuǎn)矩的影響相當于對轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的一種擾動作用,因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制,從而改善了轉(zhuǎn)速,使它少受磁鏈變更的影響。在每個反饋環(huán)中,采納PI調(diào)整器作為系統(tǒng)的調(diào)整器。總的限制思路是:ω*與電機反饋轉(zhuǎn)速ω相比較后,通過PI調(diào)整器,輸出轉(zhuǎn)矩信號T*;再進一步與電機的反饋Te相比較,經(jīng)由PI調(diào)整器,輸出電流在M、T坐標系下的電流重量i*t1.而Ψ2*與磁鏈觀測器測得轉(zhuǎn)子磁鏈幅值Ψ2相比較,通過一個PI調(diào)整器,輸出電流i*m1.由磁鏈觀測器觀測的轉(zhuǎn)子磁鏈相位角,經(jīng)過坐標變換,可以得到參考電流ia*、ib*、ic*,與電動機的反饋定子電流ia、ib、ic相比較,通過一電流滯環(huán)SPWM比較器,輸出電壓送入異步電動機。2.2坐標變換的數(shù)學模型從三相靜止/二相靜止(C3S/2S)變換的數(shù)學模型如下:而從二相靜止/MT坐標系(C2S/2r)變換的數(shù)學模型如下:圖2矢量限制系統(tǒng)結(jié)構圖2.3轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的原理:反饋回的定子電流經(jīng)過三相/兩相變換成坐標系α,β軸系上的兩面相電流iα1、iβ1,再經(jīng)過M、T坐標系變換成定子電路在M、T軸系的兩相電流im1、it1,由以下式子可得到轉(zhuǎn)子磁鏈Ψ2:im1=(T2p+1)ψ2/R2由上式可得到:ψ2=Lmim1/(T2p+1）式中T2=Lr/R2———轉(zhuǎn)子勵磁時間常數(shù)又因為it2=-Lmit1/Lrωs=-R2it2/ψ2所以ωs=Lmit1/T2ψ2而ω=ω1+ωs轉(zhuǎn)子磁鏈的相位角是定子角頻率的積分,即φ=∫ωdt實踐證明這種磁鏈觀測器更適合微機實時仿真運算,簡單收斂,也易于實現(xiàn)。2.4電流限制型SPWM逆變器仿真模型假定電流滯環(huán)限制器逆變器由穩(wěn)定的直流電源供電,考慮逆變器所帶來的滯后,則由文獻[1]中電流滯環(huán)限制SPWM逆變器的限制原理圖可得其仿真結(jié)構圖如圖3所示:圖中的滯環(huán)比較器,當iA-Ia>1,輸出為1;若iA-Ia<-1,輸出為-1,否則輸出保持不變。同樣對iB-ic和iC-ic都適用。功率放大環(huán)節(jié)為帶有限幅的放大器,正負限值為300。圖3電流滯環(huán)SPWM逆變器仿真模型2.5磁鏈觀測器仿真模型磁鏈觀測器的仿真模型如圖4所示。圖中的C=0.00001以防止被除數(shù)(ψ2)為0造成仿真停止。圖4磁鏈觀測器仿真模型2.6限制器的調(diào)整器的取值ASR、ACR及ATR均采納PI調(diào)整器,參數(shù)如下:速度調(diào)整器(ASR):(kp1+k11/s)kp1=5,K11=15,正負限幅為10V;磁鏈調(diào)整器(AψR):(Kp2+K12/s)Kp2=5,K12=15,正負限幅為10V;轉(zhuǎn)矩調(diào)整器(ATR):(Kp3+K13/s)Kp3=5,K13=10.2.7溝通調(diào)速矢量限制系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型在MATLAB/SIMULINK里,把異步電動機、坐標系的轉(zhuǎn)換、電流滯環(huán)SPWM逆變器封裝成子系統(tǒng)。依據(jù)圖2矢量限制系統(tǒng)的結(jié)構圖,在SIMULINK連接起來。其仿真模型如圖5所示:圖5矢量限制系統(tǒng)SIMULINK仿真圖3仿真探討和結(jié)果系統(tǒng)仿真采納MATLAB面對結(jié)構的SIMULINK仿真軟件。選用的異步電動機仿真電機數(shù)為:p=1.7kW,Lnom=3.86A,Tcnom=11.35N*m,nnom=1430r/min,cosφ=0.82,R1=4.1Ω,R2=2.5Ω,L1=0.545H,L2=0.553H,Lm=0.510H,Np=2,J=0.02kg*m2.仿真試驗:輸入設定轉(zhuǎn)速320rad/s,磁通輸入為0.95Wb,3S后額定負載TL=11.35N·m,經(jīng)過SIMULINK仿真模型后得到的轉(zhuǎn)速、磁通如圖6、7所示;電流ia、ib如圖8、9所示。輸入電動機的電壓uAB、uBC如圖形所示10、11所示。圖6轉(zhuǎn)速(ω)的波形圖7磁通(ψ2)的波形圖8ia的波形圖9ib的波形圖10輸入異步電動機電壓uAB的波形圖11輸入異步電動機電壓uBC的波形4結(jié)論(1)從上面的仿真結(jié)果表明:該限制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)性能和動態(tài)性能,而且對負載具有快速的響應實力;(2)采納MATLAB/SIMULINK對異步電動機模型和矢量限制系統(tǒng)進行仿真。各種接收模塊便于敏捷高效地對各種狀態(tài)量進行觀測和分析。模型有轉(zhuǎn)速、磁通兩個給定輸入給定量,假如用SIMULINK建立勵磁函數(shù)發(fā)生器,使得磁通在電機基頻以下保持恒定,基頻以上磁通與頻率成反比的降低,這時只需轉(zhuǎn)速一個給定是就可以使異步電動機恒磁通或恒功率運行?？梢娔Ｐ蜑檫M一步探討變頻調(diào)速系統(tǒng)供應基礎模型。只要在仿真模型中變更參數(shù)就可以實現(xiàn)不同的調(diào)速系統(tǒng)。參考文獻:[1]陳伯時.電力拖動自動限制系統(tǒng)[M].