第頁共77頁基于ADRC的異步電機調速系統(tǒng)的建模與仿真分析案例1.1各模塊及系統(tǒng)模型的建立電機參數：額定功率Pn=4kw，額定電壓Un=400V，額定頻率f=50Hz，定子電阻Rs=1.405歐姆，轉子電阻Rr=1.395oΩ，定子電感Ls=5.87mH，轉子電感Lr=5.87mH，定轉子互感Lm=0.1722H，轉動慣量J=0.0131kg?m2，極數為4。1.1.1異步電機模塊異步電機可以通過數學公式來構建模型，也可以使用matlab中的電機模塊，本文選擇直接使用電機模塊，選取模塊如下：圖1.1異步電機模塊1.1.2速度控制器速度控制器采用PI控制和ADRC控制分別搭建。對于PI速度控制器，輸入系統(tǒng)目標值和實際值的誤差，經過補償，來達到所要求的目標值，經過整定后，Kp=2，Ki=0.4；對于ADRC速度控制器，PI控制ADRC控制1.1.3坐標變換器將三相定子坐標下的值轉變?yōu)閮上唳?β坐標下的值，并將其封裝。坐標變換器模型如下：(a)電流變換(b)電壓變換(c)封裝圖圖1.4clark變換1.1.4磁鏈滯環(huán)控制磁鏈滯環(huán)控制的輸入的是給定磁鏈ψ*和電機輸出磁鏈ψ的差值，輸出是磁鏈開關信號ψq。當ψq為“1”，容差范圍為-0.001~0.001。表明電機輸出的磁鏈低，需要增加磁鏈；當ψq為“0”表明電機輸出的磁鏈高，需要降低磁鏈。磁鏈滯環(huán)控制模型如下：圖1.5磁鏈滯環(huán)控制1.1.5轉矩滯環(huán)控制轉矩滯環(huán)控制的輸入的是給定轉矩Te*和電機輸出轉矩Te的差值，輸出是轉矩開關信號Teq。容差范圍為-0.5~0.5。當Teq為“1”，表明電機輸出的轉矩低，需要增加轉矩；當Teq為“0”表明電機輸出的轉矩高，需要降低轉矩。轉矩滯環(huán)控制模型如下：圖1.6轉矩滯環(huán)控制1.1.6區(qū)間選擇知道磁鏈角，就可以確定磁鏈所處的區(qū)間N，然后結合后續(xù)得到的Tq與ψq便可以相應地選擇系統(tǒng)將要作用的電壓矢量值，對逆變器進行最優(yōu)開關切換。但是根據磁鏈角度判斷區(qū)間在軟件實現上較為復雜，所以軟件編程采用是將兩相定子磁鏈ψsα和ψsβ轉化為到三相坐標值ψA、ψB、ψC，根據ψA、ψB、ψC值的“+”，“-”關系來判斷磁鏈區(qū)間。選擇m函數進行仿真，其函數如下：圖1.7區(qū)間選擇1.1.7電壓矢量選擇將ψs、Te滯環(huán)控制的結果與電壓空間矢量之間的關系結合考慮，可以得到完整的電壓矢量控制表。根據系統(tǒng)中區(qū)間信號N、ψq、Teq三者的組合，選擇合適的Us。將Us對應的開關信號作用在逆變器上，對逆變器進行控制，進而實現控制電機的目的。選擇函數通過m函數實現，仿真圖如下：圖1.8電壓矢量選擇圖1.9電壓矢量選擇1.1.8異步電機直接轉矩仿真圖將所有的模型組合，就可以得到完整的異步電機直接轉矩仿真圖。圖1.10仿真總圖1.2仿真結果及分析1.2.1系統(tǒng)高速情形仿真將傳統(tǒng)異步電機直接轉矩控制與帶ADRC控制器的異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)在仿真平臺各自運行，給定轉速為1000n/min，磁鏈給定為1Wb，0.1s時帶載運行，得到的仿真結果如下圖所示：1.2.1.1轉速比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當0.1秒帶載運行時，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉速下降幅度大，抗干擾能力弱，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)在下降后很快的回復原來轉速，抗干擾能力強。1.2.1.2轉矩比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當高速運行時，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉矩脈動大，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)轉矩脈動要小于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)，性能較好。1.2.1.3磁鏈比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)系統(tǒng)通過圖可以傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)和帶ADRC的DTC系統(tǒng)磁鏈經過一段時間后均可以達到穩(wěn)定，到達穩(wěn)定的速度對比帶ADRC的DTC系統(tǒng)要稍快于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)。1.2.1.4電流比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較可知，在高速運行時傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)電流諧波大于帶ADRC的DTC系統(tǒng)的電流諧波。高速運行時，期間轉速保持1000n/min，由仿真結果可知ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)達到給定轉速的時間更快，并且波動比較小，說明ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)有更好的轉速追蹤能力。ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)磁鏈達到穩(wěn)定的時間更快，并且轉矩穩(wěn)定。并且相比與傳統(tǒng)異步電機59.79%的電流諧波率，ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)的電流諧波率減小到了30.38%。1.2.2系統(tǒng)低速情形仿真將傳統(tǒng)異步電機直接轉矩控制與帶ADRC控制器的異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)在仿真平臺各自運行，給定轉速為100n/min，磁鏈給定為1Wb，0.5s時帶載運行，得到的仿真結果如下圖所示：1.2.2.1轉速比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當0.1秒帶載運行時，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉速下降幅度大，抗干擾能力弱，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)在下降后很快的回復原來轉速，抗干擾能力強。1.2.2.2轉矩比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較當低速運行時，傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)轉矩脈動大，而帶ADRC的DTC系統(tǒng)轉矩脈動要小于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)，性能略好。1.2.2.3磁鏈比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)和帶ADRC的DTC系統(tǒng)磁鏈經過一段時間后均可以達到穩(wěn)定，到達穩(wěn)定的速度對比帶ADRC的DTC系統(tǒng)要稍快于傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)。1.2.2.4電流比較(a)傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)(b)帶ADRC的DTC系統(tǒng)通過圖可以比較可知，在高速運行時傳統(tǒng)DTC系統(tǒng)電流諧波大于帶ADRC的DTC系統(tǒng)的電流諧波。低速運行時，期間轉速保持600n/min，由仿真結果可知ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)達到給定轉速的時間更快，并且波動比較小，說明ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)有更好的轉速追蹤能力。ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)磁鏈達到穩(wěn)定的時間更快，并且轉矩穩(wěn)定。并且相比與傳統(tǒng)異步電機59.79%的電流諧波率，ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)的電流諧波率減小到了30.38%。1.2.3性能對比仿真時間設置為0.1s，開始時負載TL=1N?m，在時間0.1s時轉為帶載運行，此時TL=3N?m。高速運行時，期間轉速保持1000n/min，由仿真結果可知ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)達到給定轉速的時間更快，并且波動比較小，說明ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)有更好的轉速追蹤能力。ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)磁鏈達到穩(wěn)定的時間更快，并且轉矩穩(wěn)定。并且相比與傳統(tǒng)異步電機59.79%的電流諧波率，ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)的電流諧波率減小到了30.38%。因此，在高速運行時，ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)在轉速、轉矩、電流等方面性能都高于傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)。低速運行時，期間轉速保持100n/min，由仿真結果可知ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)達到給定轉速的時間更快，并且波動比較小，說明ADRC控制器的異步電機DTC系統(tǒng)比傳統(tǒng)異步電機DTC系統(tǒng)有更好的轉速追蹤能力。ADRC控制器的