同步電機模型的MATLAB仿真資料

1、杭州電子工業(yè)學院畢業(yè)設計論文仿真系統(tǒng)總體設計1.1 系統(tǒng)對象 本次研究對象為典型的5馬力（3.73kW），三相三線，230V，4極同步凸極機，其參數如下：rs=0.531 rr=0.408 J=0.1kg/m2Lls=Llr=2.52mH Lm=84.7mH1.2 系統(tǒng)分塊1.2.1 電源假設電機瞬間連接到穩(wěn)定的60Hz，正弦輸出230V rms電壓源，則三相電壓定義為： （3-1）1.2.2 abc/dq轉換器派克變換是人們熟悉也是最廣泛運用的坐標變換之一。它的基礎是“任何一組三相平衡定子電流產生的合成磁場，總可由兩個軸線相互垂直的磁場所替代”的雙反應原理。根據這原理，將這兩根軸線的方向選擇

2、得與轉子正、交軸方向一致，使三相定子繞組電流產生得電樞反應磁場，由兩個位于這兩軸方向的等值定子繞組電流產生的電樞反應磁場所替代，就稱為派克變換。因此，簡言之，派克變換相當于觀察點位置的變換將觀察點從空間不動的定子上，轉移到空間旋轉的轉子上，并且將兩個位于轉子正、交軸向的等值定子繞組，替代實際的三相定子繞組。設為abc坐標下的變量，為dq坐標下的變量，定義P為求導算子，其轉換公式為： (3-2)式中 (3-3)定義 (3-4)1.2.3 電機由式(2-14)可得出電機的基本模型，基于先有電壓后有電流的習慣，且等式只在瞬間成立，可得出以下算式： (3-5) 1.2.4 電磁轉矩由（2-9）帶入dq

3、表達式輸入功率可得（3-6）因此，電功率在電機內的終結有三個去向，第一部分消耗在定子和轉子的阻抗中，轉化成熱能；第二部分轉化為電機內部儲存的磁能；剩下的那部分即用于輸出，轉化為機械能。因此，輸出的電機功率為： (3-7)其中 （3-8）上式中 為極對數，為機械速度，且轉動機械功率定義為轉速、時間和轉矩，以此可得： （3-9）1.3 控制反饋環(huán)節(jié)對工業(yè)過程進行控制一般都采用PID控制，基本都能得到滿意的效果。比例控制能迅速反應誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，但積

4、分作用太強會使系統(tǒng)超調加大，使系統(tǒng)出現振蕩；微分控制可以減小超調量，克服振蕩，使系統(tǒng)地穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)地動態(tài)相應速度，減小調整時間，從而改善系統(tǒng)地動態(tài)性能?；诂F實中一旦加入微分環(huán)節(jié)，參數調整難度加大，因此，本設計只采用PI控制器。其中對于輸出的機械轉子轉速為：  （3-10） (3-11)為轉子的機械角速度，為負載轉矩。第2章 仿真系統(tǒng)詳細設計2.1 總體設計整個仿真系統(tǒng)總體設計如圖4-1所示，共有九個變量輸出到工作空間，分別為：TE Vqs ids iqs wm Vds idrp iqrp tout 其封裝的子模塊共有三個，重左到右分別為電源模塊，坐標轉換模塊，中心電機模

5、塊。其中Tl為負載轉矩，具體輸入為一個短時間的脈沖函數。 圖4-1系統(tǒng)總體框圖2.2 具體設計2.2.1 電源電源設計主要輸入由一個電源頻率和一個電壓幅值組成，如圖所示： 圖4-2 電源模塊框圖設計中用了兩個同斜率不同起始時間的斜坡函數，來模擬電機通上電源后的初始電源頻率和幅值，以頻率為例，首先將第一個斜坡函數斜率定義為（603）*2起始時間定義為0s，第二個斜坡函數斜率定義為(60-3)*2，起始時間為0.5s然后再加上一個常數3，構成的輸出函數為一個從3開始到60的一個斜坡，而后穩(wěn)定的波形，如圖（4-3），而后給予一個2的增益，即為電機角速率，加上一個積分環(huán)節(jié)后接入多路信號復合器 電壓值設

6、計同上，將輸出波形加上的增益送入多路信號復合器，然后通過一個matlab fuction 模塊實現以下算式，從而輸出三相電壓： (4-1) x(1)為電源頻率，x(2)為電壓幅值2.2.2 abc/dq轉換器從模擬電源得到的只是三相電壓，為了模型計算，需將其轉化成d/q坐標下的值，轉化器設計如圖4-3: 圖4-3 坐標轉換模塊其原理是將三相電流表示為矩陣格式，而后用matlab fuction模塊實現矩陣乘法，乘上派克矩陣式（3-4），結果即為d/q坐標下的dq兩相電壓。0相可忽略不計。2.2.3 電機電機模塊實際是一個矢量運算模塊，其原理見式（3-15） 圖4-4 電機控制框圖運用了四個fu

7、ction模塊分別實現了式(3-5)的功能，最后輸出定子、轉子的各相電流設計完成后封裝為如圖（4-1）中的subsystem模塊。2.2.4 電磁轉矩轉矩的運算實現見式（3-9）將電機的輸出定子、轉子dq兩相的電流通過相乘、相加這兩個數學模塊及一個增益模塊得到輸出的電磁轉矩設計模塊如圖（4-5）右上部分 圖4-5 轉矩輸出及反饋控制框圖2.3 控制反饋環(huán)節(jié)因為微分環(huán)節(jié)對系統(tǒng)而言動蕩較大，調試費事，因此本設計的控制器是一個傳統(tǒng)的PI控制器，經過實踐檢驗，該控制器能很好的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖(4-5)下方所示.調試中可以以改變Bm的值來調整輸出。機械轉速的輸出見式(3-10)。第3章 系統(tǒng)仿真運

8、行3.1 輸出結果穩(wěn)定情況仿真前各常量的取值如下：rs=0.531 rr=0.408 J=0.1kg/m2Lls=Llr=2.52mH Lm=84.7mH Ls=8.722mH Bm=0 輸入的abc三相電流經轉換后得出的dq相電壓時間相應如下：圖5-1 q相電壓時間相應圖5-2 d相電壓時間響應電壓流進電機內部，經過內部一系列作用后，輸出定子、轉子的dq相電流響應如圖(5-3)-(5-8)所示。由以下響應圖可知：由于一開始電壓不是瞬間攀升，而是在短時間內由一定幅度攀升到峰值，而且由于外部負載轉矩的加入，勢必輸出會有不穩(wěn)定，在控制器的反饋控制下，由圖5-7可見輸出電磁轉矩在經歷了一開始短時間的波動后，在仿真開始2秒后即趨向于穩(wěn)定，由圖5-8可見輸出的機械轉速則穩(wěn)步提高，最后穩(wěn)定在1800r/m的峰值附近。圖5-3 定子q相電流的時間響應圖5-4 定子d相電流的時間響應圖5-5 轉子d相電流的時間響應圖5