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仅供个人参考 异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得应用的 高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控 制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 [1] 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统 ， 如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转 子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4） 不得用于商业用途 仅供个人参考 （5） 上列各式中， 是转子励磁电流参考值； 是转差角频率给定值； 是 定子电流的励磁分量； 是定子电流的转矩分量； 是定子频率输入角频率； 是转子速度； 是转子磁场定向角度； 是转子时间常数； 和 分别是电机互 感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速 与实际电机转速 相比较，误差信号送 入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号 ，电机的激磁电流给定信 号 根据电机实际转速 由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激 磁分量给定信号 ，定子电流转矩分量给定信号 则根据式（2）所示的电机电 磁转矩表达式生成。 、 和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号 ， 与 ωr相加生成转子磁场频率给定信号 ，对 积分则得到转子磁场空间角度给定 信号 。 和 经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号 、 和 ， 与定子三相电流实测信号 、 和 相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的 三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电 机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的 主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、 不得用于商业用途 仅供个人参考 磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量 和显示模块。这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参 数。在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机的模型是最重要的元件，在 Powerlib 中给出了各种电机模型，这大大减少了交流调速系统的建模难度。 控制系统采用转速电流双闭环控制，其中的磁场定向模块提供矢量控制 坐标变换需要的磁链位置角，电机模型如图3所示。 图3 矢量控制电机模型仿真框图 1.3异步电机转差型矢量控制系统仿真 由于系统中包含非线性Powerlib模块(电机、逆变器),因此仿真采用变步长 算法,这样异步电机非线性部分和逆变器的过零点才能精确的计算出来,但是这 样会增加仿真步数减少仿真速度。由于在仿真初始化过程中,Power2sys函数将 逐个检查模型中的各个模块是否为Powerlib模块,这样对一个复杂系统在一定 程度上会降低仿真速度。为此我们可以人为迫使Power2sys不去检查那些常规模 块,方法是在常规模块以及包含常规模块的子系统的模块名字前加一个“$”符号, 这样可以提高仿真速度。仿真过程中由于初始值选择不当或者系统中存在分式, 会出现奇异点使仿真过程停止,可以在分母中加上一个很小地值或选择适当的初 值避免奇异点的出现。 图2中的电压测量单元和电机输出测量单元是Simulink模块与Powerlib 模块间的接口模块，分别把电机定子电压信号和电机输出信号反馈回Simulink 模块。电压控制信号作为Simulink模块的信号送入到Powerlib模块—异步电机