三相異步電機(jī)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(shè)計(jì)任務(wù)及要求 3異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型基本原理 3異步電機(jī)的三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 3異步電機(jī)的坐標(biāo)變換 8三-兩相變換 8靜止兩旋轉(zhuǎn)正交變換 9異步電動(dòng)機(jī)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(biāo)系中的狀態(tài)方程 10αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 12以 w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標(biāo)系上的異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 16word格式文檔仿真模型的參數(shù)計(jì)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(biāo)系中的電流曲線 20總結(jié)與體會(huì) 22參考文獻(xiàn) 22word格式文檔1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求rsHrHmH，J=0.1284Nm·s2，np=2，UN=380V，fN=50Hz。采用二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d-q）下異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB/SIMULINK完成異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。2異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型基本原理交流電動(dòng)機(jī)是個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在研究異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時(shí)，作如下假設(shè)：120氣隙周圍按正弦規(guī)律分布；忽略磁路飽和，認(rèn)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(jī)的三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)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(dòng)機(jī)慣性和右手螺旋定則異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由下述電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成。wordword專業(yè)整理專業(yè)整理圖2-1三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型磁鏈方程每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)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(guān)繞組的自感，其余各項(xiàng)這是繞組間的互感。實(shí)際上，與電機(jī)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(yīng)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(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對應(yīng)于定子互感Lms，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對應(yīng)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(rèn)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)。現(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(yīng)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(jī)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(gè)矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置角θ有關(guān)，它們的元素都是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個(gè)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(biāo)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(shí)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(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢中的脈變電動(dòng)勢，dL/dθ(wi)項(xiàng)屬于電磁感應(yīng)電動(dòng)勢中與轉(zhuǎn)速w成正比的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)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(dòng)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(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實(shí)際瞬時(shí)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)方程若忽略電力拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，則系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為：式中J---機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；TL---包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)角方程為異步電機(jī)的坐標(biāo)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(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)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(gè)坐標(biāo)系，為方便起見，取A軸和α軸重合。當(dāng)三相總磁動(dòng)勢與兩相總磁動(dòng)勢相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢在α、β軸上的投影都應(yīng)相等:圖2-2 三相、兩相靜止坐標(biāo)系與磁通勢空間矢量C3/2是三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的電流變換陣，根據(jù)變換前后產(chǎn)生相同的磁動(dòng)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(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系，簡稱2/3變換:iA+iB+iC=0，于是三相坐標(biāo)系與兩相坐標(biāo)系之間的電流變換可進(jìn)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(biāo)系與磁動(dòng)勢空間關(guān)系2-3iαiβidiq，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速ω1Fs2-3iq兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為：兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣是:3異步電動(dòng)機(jī)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(biāo)系的對應(yīng)量，以實(shí)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(yùn)動(dòng)方程：轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)：電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系數(shù)：狀態(tài)方程：輸出方程：αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系的一個(gè)特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?，稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系，簡稱αβ坐標(biāo)系。將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式圖3-1 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系由于m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希簩I(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?zhǔn)噶渴冀K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(biāo)系中的狀態(tài)方程：由式（3-9）第三行得:導(dǎo)出αβ坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度:αβ坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式:學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型相當(dāng)。以w-is-Φr為狀態(tài)變量的αβ坐標(biāo)系上的異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)αβ坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程,可以畫出αβ坐標(biāo)系中的異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)動(dòng)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(biāo)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(biāo)系中定子電壓給定值。反旋轉(zhuǎn)變換得到靜止兩相坐標(biāo)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(shè)計(jì)利用的是第二種方法。圖3-4 定子電流勵(lì)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(lì)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(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真仿真模型的參數(shù)計(jì)算已知異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)：根據(jù)已知條件計(jì)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(biāo)系下的ACMotor的仿真模型如下：4-2mt轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子磁鏈和兩個(gè)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(shè)計(jì)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(shí)其傳遞函數(shù)也可寫為：系統(tǒng)中的K/P模塊用來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和角度圖4-4轉(zhuǎn)子磁鏈和角度計(jì)算結(jié)構(gòu)圖在此次設(shè)計(jì)中，由于電動(dòng)機(jī)模型是根據(jù)兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)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