一種感應(yīng)電機(jī)的解耦控制

1、感應(yīng)電機(jī)的解耦控制感應(yīng)電機(jī)的解耦控制王殿君王殿君20132040472013204047控制理論與控制工程控制理論與控制工程感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)定義：定義：定轉(zhuǎn)子之間靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)一般用作電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電機(jī)是異步電機(jī)的一種，由于異步電機(jī)主要是感應(yīng)電機(jī)，所以也有人直接在定義時(shí)候?qū)惒诫姍C(jī)定義為感應(yīng)電機(jī)。 工作原理：工作原理：當(dāng)三相定子繞組通過三相對(duì)稱的交流電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)膛轉(zhuǎn)動(dòng)，其磁力線切割轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)線，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)線中感應(yīng)出電流。由于定子磁場與轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生電磁力矩，于是，定子旋轉(zhuǎn)磁場就拖著具有載流導(dǎo)線的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

2、 本文通過分析交流感應(yīng)電機(jī)解耦矢量控制的基本原理，基于轉(zhuǎn)子磁場定向原則，提出一種基于電流控制模型的感應(yīng)電機(jī)解耦控制方案。采用電流控制模型，使得感應(yīng)電機(jī)的定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量相互獨(dú)立，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。通過在MATLAB下的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的正確性和優(yōu)越性。 iM1 1 三相交流感應(yīng)電機(jī)的矢量控制理論三相交流感應(yīng)電機(jī)的矢量控制理論 異步電機(jī)矢量控制方法的目標(biāo)是通過坐標(biāo)變換將定子的三相交流電分解等效成兩相同步旋轉(zhuǎn)的直流電，在控制時(shí)就可以等效成直流電機(jī)來控制。矢量控制的核心是對(duì)感應(yīng)電機(jī)定子電流兩個(gè)正弦分量進(jìn)行獨(dú)立控制和調(diào)節(jié)，實(shí)際上是要實(shí)現(xiàn)對(duì)空間磁動(dòng)勢和磁場的控制，坐標(biāo)變換或矢

3、量變換為解決這一問題提供了有效的方法。通過坐標(biāo)變換或矢量變換，可將感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型與直流電機(jī)統(tǒng)一起來，可將控制對(duì)象的感應(yīng)電機(jī)等效為一臺(tái)他勵(lì)直流機(jī)，這樣就可采用直流電機(jī)的控制策略來研究對(duì)感應(yīng)電機(jī)的控制。通過坐標(biāo)變換將作為感應(yīng)電機(jī)控制量的兩個(gè)在時(shí)間相位上正交的交流分量轉(zhuǎn)換為空間上正交的兩個(gè)直流量(空間量)。它們相當(dāng)于直流電機(jī)中的勵(lì)磁和電樞電流兩個(gè)獨(dú)立的直流控制量，接著再通過坐標(biāo)或矢量變換將這兩個(gè)獨(dú)立的直流控制量還原成交流變量來控制交流電機(jī)，以達(dá)到實(shí)際單獨(dú)控制感應(yīng)電機(jī)兩個(gè)交流分量的目的。1.1 1.1 定子三相靜止坐標(biāo)系定子三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BCABC到兩相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系坐標(biāo)系的變換坐標(biāo)

4、系的變換 定子三相靜止坐標(biāo)系到兩相精致坐標(biāo)系的變換矩陣為：定子三相靜止坐標(biāo)系到兩相精致坐標(biāo)系的變換矩陣為：從兩相靜止坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的從兩相靜止坐標(biāo)系到三相靜止坐標(biāo)系的逆變換逆變換矩陣為矩陣為 ：1.2 1.2 從兩相靜止坐標(biāo)從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系MTMT的變換的變換從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為：從兩相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為： 它的它的逆變換逆變換矩陣為：矩陣為：1.3 1.3 感應(yīng)電機(jī)在感應(yīng)電機(jī)在MTMT旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 感應(yīng)電機(jī)在感應(yīng)電機(jī)在MT旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的磁鏈方程為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的

5、磁鏈方程為 ：電壓方程：電壓方程： 對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子電壓為零，上述方程中的 和 分量應(yīng)為零。這樣就可以得到籠型感應(yīng)電機(jī)在滿足磁場定向約束條件下的電壓方程：umut電流控制方程電流控制方程：轉(zhuǎn)矩方程：轉(zhuǎn)矩方程：轉(zhuǎn)差率方程：轉(zhuǎn)差率方程：在磁通恒定的情況下：在磁通恒定的情況下：2 2 基于電流控制模型的感應(yīng)電機(jī)解耦控制原理基于電流控制模型的感應(yīng)電機(jī)解耦控制原理圖1 基于電流控制模型的感應(yīng)電機(jī)解耦控制根據(jù)異步電機(jī)基于電流控制模型的解耦控制原理圖, 可建立的仿真模型 圖2 基于電流控制模型的電機(jī)解耦控制仿真模型3 3 MATLAB/Simulink 仿真結(jié)果仿真結(jié)果 對(duì)于1臺(tái)額定功率為1500W的

6、籠型感應(yīng)電機(jī)，參數(shù)為額定線電壓為380V，額定頻率為60Hz，定子電阻為0.087，定子電感為0.8 H，轉(zhuǎn)子電阻為0.228，轉(zhuǎn)子電感為0.8 H，定轉(zhuǎn)子之間的互感為34.7 H，轉(zhuǎn)子慣量為1.662 ，極對(duì)數(shù)為2。e3e3e3mkg2圖3-6分別是異步電機(jī)工作在額定參數(shù)下，電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速輸出響應(yīng)曲線、磁鏈輸出的響應(yīng)曲線、轉(zhuǎn)矩輸出響應(yīng)曲線和定子電流輸出響應(yīng)曲線變化圖。圖3 空載下的轉(zhuǎn)速圖4 空載下的磁鏈從圖3和圖4可以看出，在2s的時(shí)候磁鏈給定值由0.8wb跳變到0.6wb而轉(zhuǎn)速給定值保持不變，可以明顯看到磁鏈的變化只對(duì)電機(jī)磁鏈的輸出有影響而對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的輸出幾乎沒有影響；而在3s的

7、時(shí)候，給定轉(zhuǎn)速由100rad/s跳變到120rad/s而這一變化只引起電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出的變化，對(duì)電機(jī)磁鏈的輸出幾乎也沒有影響，從而證明該系統(tǒng)在電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)已經(jīng)達(dá)到了對(duì)轉(zhuǎn)速分量和磁鏈分量的解耦控制。 圖5 空載下的三相定子電流 圖6 空載下的轉(zhuǎn)矩 從圖5-6兩個(gè)仿真圖可以看出，電機(jī)在空載下運(yùn)行時(shí)，定子電流和轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的變化能夠快速的響應(yīng)。 圖9 額定負(fù)載下的定子三相電 圖10 額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)矩圖7-10是電機(jī)在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速、磁鏈、轉(zhuǎn)矩和定子三相電流的響應(yīng)曲線。在2.5s時(shí)保持轉(zhuǎn)速給定不變，磁鏈輸入從0.8wb跳變到0.6wb，磁鏈輸出響應(yīng)曲線在3s時(shí)快速過渡到0.6wb，而轉(zhuǎn)速、定子電流和轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)曲線沒有明顯的變化，基本上不受影響。在4s時(shí)保持磁鏈給定不變，轉(zhuǎn)速從100rad/s跳變到 120rad/s，定子電流和轉(zhuǎn)矩輸出響應(yīng)曲線都有明顯的變化，但是能夠快速回到穩(wěn)定狀態(tài)，而對(duì)電機(jī)的磁鏈輸出響應(yīng)幾乎沒有影響。從中看出基于電流控制模型的異步電機(jī)的矢量解耦控制系統(tǒng)在額定負(fù)載下對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速分量和磁鏈分量也有很好的解耦性能。圖7 在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速 圖8 在額定負(fù)載下的磁鏈 結(jié)論結(jié)論 本文提出了基于電流控制模型的感應(yīng)電機(jī)的矢量解耦控制方法，詳細(xì)分析了異步電機(jī)的矢量控制原理，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了鼠籠式異步電