三相異步電機矢量控制matlab仿真

專業(yè)整理專業(yè)整理wordword格式文檔目錄設計任務及要求 3異步電動機數(shù)學模型基本原理 3異步電機的三相動態(tài)數(shù)學模型 3異步電機的坐標變換 8三-兩相變換 8靜止兩旋轉(zhuǎn)正交變換 9異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 10按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想 10以ω-is-ψr為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程 10dq坐標系中的狀態(tài)方程 10αβ坐標系中的狀態(tài)方程 12以 w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標系上的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 13轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制原理框圖 14轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 15異步電動機矢量控制系統(tǒng)仿真 16word格式文檔仿真模型的參數(shù)計算 16矢量控制系統(tǒng)的仿真模型 17仿真結(jié)果分析 20mt坐標系中的電流曲線 20總結(jié)與體會 22參考文獻 22word格式文檔1設計任務及要求rsHrHmH，J=0.1284Nm·s2，np=2，UN=380V，fN=50Hz。采用二相旋轉(zhuǎn)坐標系（d-q）下異步電機數(shù)學模型，利用MATLAB/SIMULINK完成異步電機的矢量控制系統(tǒng)仿真實驗。2異步電動機數(shù)學模型基本原理交流電動機是個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動機數(shù)學模型的多變量非線性數(shù)學模型時，作如下假設：120氣隙周圍按正弦規(guī)律分布；忽略磁路飽和，認為各繞組的自感和互感都是恒定的；（3）忽略鐵心飽和；（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。異步電機的三相動態(tài)數(shù)學模型2-1A,B,Ca,b,cωAaAθ為空間角位移變量。規(guī)定各繞組電壓，電流，磁鏈的的正方向符合電動機慣性和右手螺旋定則異步電動機的數(shù)學模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運動方程組成。wordword專業(yè)整理專業(yè)整理圖2-1三相異步電動機的物理模型磁鏈方程每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和其他繞組對它的互感磁鏈之和，因此，六個繞組的磁鏈可表達為：式中iA，iB，iC，ia，ib，ic---定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬間值；ψA，ψB，ψC，ψa，ψb，ψc---各相繞組的全磁鏈。L---6×6電感矩陣，其中對角線元素LAA、LBB、LCC、Laa、Lbb、Lcc是各有關繞組的自感，其余各項這是繞組間的互感。實際上，與電機繞組交鏈的磁通只有兩類：一類是穿要過氣隙的相間互感磁通；另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前者是主要的。定子各相漏磁通所對應的電感稱為定子漏感，由于繞組的對稱性，各相漏感值均相等；同樣，轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應于轉(zhuǎn)子漏感。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對應于定子互感Lms，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對應于轉(zhuǎn)子互感Lmr。由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故可認Lms=Lmr。對于每一相繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通和漏感磁通之和，因此，定子各相自感為LAA=LBB=LCC=Lms+Lls （2-2）轉(zhuǎn)子各相自感：Laa=Lbb=Lcc=Lmr+Llr （2-3）兩相繞組之間只有互感?；ジ杏蟹譃閮深悾孩俣ㄗ尤嗬@組彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼此之間位置都是固定的，故互感為常值;②定子任一相之間的位置是變化的，互感是角位移θ的函數(shù)?，F(xiàn)在先討論第一類，三相繞組軸線彼此在空間的相位差是+_120度，在假定氣隙磁通為正玄分布的條件下，互感值應為于是，定子各繞組之間的互感和轉(zhuǎn)子各繞組之間的自感至于第二類與電機交鏈的磁通，即定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互間位置的變化，可分別表示為感Lms磁鏈方程可以寫成分塊矩陣的形式如下：式中:Lrs和Lsr兩個矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置角θ有關，它們的元素都是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個根源。為了把變參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成常參數(shù)矩陣須利用坐標變換。電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程組三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程式中uA，uB，uC，ua，ub，uc---定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時值；Rs，Rr---定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。將電壓方程寫成矩陣形式或者寫為將磁鏈方程代入電壓方程，即得展開后的電壓方程其中，Ldi/dt項屬于電磁感應電動勢中的脈變電動勢，dL/dθ(wi)項屬于電磁感應電動勢中與轉(zhuǎn)速w成正比的旋轉(zhuǎn)電動勢。轉(zhuǎn)矩方程用三相電流和轉(zhuǎn)角表示的轉(zhuǎn)矩方程上述公式是在線性磁路，磁動勢在空間按正玄分部的假定條件下得出來的，但對定轉(zhuǎn)子電流對時間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實際瞬時值。因此上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動機調(diào)速系統(tǒng)。運動方程若忽略電力拖動系統(tǒng)傳動機構(gòu)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，則系統(tǒng)的運動方程式為：式中J---機組的轉(zhuǎn)動慣量；TL---包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩的負載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)角方程為異步電機的坐標變換三相-兩相變換在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組α、β之間的變換，稱作三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換，簡稱3/2變換。圖2-2中繪出了A、B、C和α、β兩個坐標系，為方便起見，取A軸和α軸重合。當三相總磁動勢與兩相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在α、β軸上的投影都應相等:圖2-2 三相、兩相靜止坐標系與磁通勢空間矢量C3/2是三相坐標系變換到兩相坐標系的電流變換陣，根據(jù)變換前后產(chǎn)生相同的磁動勢的原則和變換前后功率不變的原則，可以得到：如果從兩相坐標系變換到三相坐標系，簡稱2/3變換:iA+iB+iC=0，于是三相坐標系與兩相坐標系之間的電流變換可進一步簡化為：靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換圖2-3 兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標系與磁動勢空間關系2-3iαiβidiq，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速ω1Fs2-3iq兩相旋轉(zhuǎn)坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣為：兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣是:3異步電動機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想系中的控制量反變換得到三相坐標系的對應量，以實施控制。以ω-is-ψr為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程dq選取狀態(tài)變量：輸入變量：輸出變量：電壓方程：轉(zhuǎn)矩方程：運動方程：轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)：電動機勵磁系數(shù)：狀態(tài)方程：輸出方程：αβ坐標系中的狀態(tài)方程旋轉(zhuǎn)正交dq坐標系的一個特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量同步旋轉(zhuǎn)的坐標系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量重合，稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系，簡稱αβ坐標系。將靜止正交坐標系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復數(shù)形式圖3-1 靜止正交坐標系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系由于m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量重合：專業(yè)整理專業(yè)整理word格式文檔為了保證m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈矢量始終重合，還必須使word格式文檔將式（3-12）和式（3-13）代入式（3-9）,得到αβ坐標系中的狀態(tài)方程：由式（3-9）第三行得:導出αβ坐標系的旋轉(zhuǎn)角速度:αβ坐標系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達式:學模型與直流電動機動態(tài)模型相當。以w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標系上的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)αβ坐標系中的狀態(tài)方程,可以畫出αβ坐標系中的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:wordword格式文檔專業(yè)整理專業(yè)整理圖3-2 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制原理框圖2r/2s2/3圖3-3 矢量控制系統(tǒng)原理框圖轉(zhuǎn)速閉環(huán)后的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖而轉(zhuǎn)速通道存在積分環(huán)節(jié)，必須加轉(zhuǎn)速外環(huán)使之穩(wěn)定常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：2/3PWM3/2αβ坐標系中的電流反饋值，采用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器的輸出為αβ坐標系中定子電壓給定值。反旋轉(zhuǎn)變換得到靜止兩相坐標系的定子電壓給定值，再經(jīng)SVPWM控制逆變器輸出三相電壓。本次設計利用的是第二種方法。圖3-4 定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中，ASR是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，AΦR是轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器，ACMR是定子電流勵磁分量調(diào)節(jié)器，ACTR是定子電流轉(zhuǎn)矩分量調(diào)節(jié)器。4異步電動機矢量控制系統(tǒng)仿真仿真模型的參數(shù)計算已知異步電動機的額定數(shù)據(jù)：根據(jù)已知條件計算如下：根據(jù)式可得：根據(jù)式可得：轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速可得轉(zhuǎn)差角頻率又根據(jù)轉(zhuǎn)差角頻率的公式則可得：mt（2MATLAB圖4-1矢量控制系統(tǒng)仿真模型ASRK/P4-4其中mt坐標系下的ACMotor的仿真模型如下：4-2mt轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子磁鏈和兩個電流調(diào)節(jié)器均采用帶有積分和輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。專業(yè)整理專業(yè)整理word格式文檔4-3PIword格式文檔本次仿真設計中的調(diào)節(jié)器都是采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為；Ki—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；Ti 同時其傳遞函數(shù)也可寫為：系統(tǒng)中的K/P模塊用來計算轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和角度圖4-4轉(zhuǎn)子磁鏈和角度計算結(jié)構(gòu)圖在此次設計中，由于電動機模型是根據(jù)兩相靜止αβ坐標系下的數(shù)學模型建立，（2s/2r正交變換sB56wordword格式文檔專業(yè)整理專業(yè)整理