《异步电机矢量控制仿真pi》.docVIP

异步电动机矢量控制d，q旋转坐标系下，内部耦合的交流异步电机实现了完全解耦，从而实现了高性能的控制。 异步电动机矢量控制.1 矢量控制方式的思路 异步电机的矢量控制又称磁场定向控制，是把定子电流作为具有垂直分量的空间矢量来处理的。通过异步电机的坐标变换可以将交流电机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制。一般采用保持主磁通不变调节电枢电流的方法，即保持转子总磁链不变，控制T轴转矩电流分量。此外电流和频率动态协调的关系也是矢量控制时必须遵循的基本原则. 2.2 矢量控制用到的坐标变换 坐标与坐标的转换关系 （2） 坐标与坐标的转换关系 （3） （4） 2.3 矢量控制基本方程 2.3.1即转子磁链方程 据交流电机统一理论，笼形异步电机在M-T坐标系数学模型中电压矩阵方程为 （5） 磁链吸在M一T轴上的分量方程为 （6） （7） 其中，、、、分别为两相旋转坐标系下定子电压和电流; 分别为两相旋转坐标系下转子电流;、为定子电阻和转子电阻;定子单相绕组的等效自感；定、转子单相绕组的等效互感；转差；同步转速；极对数；微分算子。由上两式得转子磁链方程为 （8） 式中转子电路的时间常数。 可见转子磁链 只由产生、与定子电流的转矩分量无关，且与之间的动态关系是一阶惯性环节。 2.3.2 转矩方程 （9） 由此知当不变时，定子电流转矩分量的变化会引起电磁转矩的正比变化。 转差角频率方程 由（7）知 （10） 由（5）知 （11） 代入（10）得 （12） 2.3.4 转子磁链观测模型 在进行坐标变换计算的时候，需要知道磁场定向角,即确定转子磁链矢量的位置，而控制方程式又需要计算其模值。又 （12） 又；把实测的转子速度代入，可得积分得，再对积分就可得到磁场定向角 ） （13） 磁链观测模型原理图如图所示。根据以上所述的转子磁场定向矢量控制原理，得到本系统适量控制结构原理图如图所示。包括两个反馈环节，电流反馈环和转速反馈环，反馈经过两PI控制环，其中磁链环保证整个系统在恒磁通下工作，速度环产生控制信号。 2.4. 电流滞环跟踪控制原理 电流跟踪型逆变器使逆变器的输出电流跟随给定的电流波形变化，这也是一种PWM 控制方式。电流跟踪一般都采用滞环控制，即当逆变器输出电流与给定电流的偏差超过一定值时，改变逆变器的开关状态，使逆变器的输出电流增加或减小，将输出电流与给定电流的偏差控制在一定范围内，其工作原理如图1所示。 图1 电流滞环跟踪原理 3．转子磁场定向的矢量控制系统仿真模型的建立 根据上述原理，可以搭建如图2所示的仿真模型。其中电机参数如图3所示，电流滞环跟踪脉冲产生模型如图4，接转子磁链定向两相旋转坐标系上的转子磁链电流模型如图5。仿真其它参数如表1所示 图2 异步电机矢量控制仿真模型 PI Kp Ki outputlimits 转速PI 3.8 0.8 -75~75 磁链PI 1.8 100 -13~13 转矩PI 4.5 12 -60~60 Udc 205 TL 60(t=0.5s) 图3 异步电机仿真参数 图4 电流滞环跟踪脉冲产生模型 图5 转子磁链定向两相旋转坐标系上的转子磁链电流模型 4．仿真结果及分析 图6 定子三相电流，转速，转矩波形 图7磁链、转速、转矩PI调节输出 图8 测量单元测量的磁链波形、转子磁链定向两相旋转坐标系上转子磁链电流模型输出波形 图9定子三相电流和定子三相给定电流 给定转速为1400r/min ，空载起动，在0.6s 时加载60Nom ，系统的仿真结果如图所示。在波形中可以看到，测量单元测量的磁链波形、转子磁链定向两相旋转坐标系上转子磁链电流模型输出波形基本一样，说明转子磁链电流模型是很合理的。险些之外我们可以看到这种在矢量控制下转速上升平稳，加载后略有下降但随即恢复，且在转速稳定后在0.6s 加载时，系统调节器和电流、转矩有相应的响应。由于PI 调节器输出都有一定的限制，在起动中都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子电流的给定值也不变，所以在起动过程中定子电流基本保持不变， 实现了恒流起动。但是加载前后定子电流有畸变，试调了PI还是不能消除这种畸变，不知是这种模型的缺陷还是PI没调好。总的来说这种模型转速控制得很好但是电流并不怎么理想。