异步电动机变频调速系统的设计与仿真

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三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言随着科技的发展和电力系统的逐步完善,三相异步电动机在工业和民用领域中广泛应用。

为了满足不同负载条件下的调速需求,变频调速技术成为了最为常用的方案之一、本文基于三相异步电动机的特点,设计了一个简单的变频调速系统,并通过仿真验证了系统的性能。

一、系统结构设计根据三相异步电动机变频调速系统的基本结构,本文设计了以下几个部分:输入电源模块、变频器模块、电机驱动模块和反馈传感器模块。

1.输入电源模块输入电源模块通常由整流器和滤波器组成,用于将交流电转换为直流电,并通过滤波器减小输出的纹波电压。

本文采用了简化的输入电源模块结构,以简化设计和仿真过程。

2.变频器模块变频器模块是整个系统的核心部分,用于将直流电转换为固定频率或可调频率的交流电。

本文采用的是PWM(脉宽调制)变频器,控制器利用脉宽调制技术对直流电进行精细的调节,从而实现对输出频率的控制。

3.电机驱动模块电机驱动模块主要由电机和驱动器组成,用于将变频器输出的交流电转换为机械能,驱动电机工作。

本文使用了三相异步电动机作为驱动器,并采用了传统的电动机驱动方式。

4.反馈传感器模块反馈传感器模块用于获取电机的运行状态和工作参数,实时反馈给控制器,以实现对整个系统的闭环控制。

常用的反馈传感器有电流传感器、速度传感器和位置传感器等。

二、设计流程本文设计的变频调速系统采用闭环控制方式进行控制,设计流程如下:1.确定控制策略根据系统需求,选择适合的控制策略。

常用的控制策略有PI控制、模糊控制和神经网络控制等。

本文选择了基于PI控制的控制策略。

2.设计控制器根据控制策略设计控制器,主要包括比例环节和积分环节。

比例环节用于根据偏差信号产生控制量,积分环节用于消除系统的静态误差。

本文设计了基于PI控制器的控制器。

3.仿真系统建模根据系统的物理特性,建立仿真系统的数学模型。

本文仿真系统采用母线电压法,通过电机的等效电路进行建模和仿真。

交流异步电动机变频调速系统设计报告

交流异步电动机变频调速系统设计报告

交流异步电动机变频调速系统设计报告一、引言异步电动机在工业生产中具有广泛的应用,通过变频调速系统可以实现对异步电动机的精确控制,提高生产效率和控制精度。

本文将详细介绍异步电动机变频调速系统设计的原理和过程。

二、系统设计原理异步电动机通过变频器驱动,实现调速功能。

变频器将交流电源转换为直流电源,通过PWM技术将直流电转换为交流电,进而控制电机的转速。

变频器的主要组成部分包括整流器、中间环节直流母线、逆变器和控制电路。

整流器将交流电源转换为直流电源,并通过滤波电路削波,保持直流电的稳定性。

中间环节直流母线存储电能,为逆变器提供稳定的电源。

逆变器将直流电源转换为交流电源,并通过PWM调制技术调整交流电的频率和幅值,从而控制电机的转速。

控制电路通过传感器采集电机的运行状态,并通过对逆变器的控制信号实现控制目标。

三、系统设计步骤1.确定系统需求:根据应用场景和任务要求,确定对异步电动机的调速要求,包括速度范围、控制精度等。

2.选择电机和变频器:根据系统需求,选择适合的异步电动机和变频器,确保其参数和性能满足需求。

3.设计电路连接:根据电机和变频器的技术规格,设计电机与变频器的连线方式和电路连接,确保信号传输畅通。

4.设计控制系统:根据系统需求,设计控制系统包括传感器、控制电路和控制算法等,确保对电机的精确控制。

5.实施系统调试:将设计好的电路和控制系统进行组装和调试,确保系统能够正常工作。

6.测试系统性能:对系统进行性能测试,包括速度响应、负载变化等测试,验证系统的设计目标是否达到。

7.优化系统性能:根据测试结果,对系统进行调整和优化,提高系统的性能和稳定性。

8.编写设计报告:整理系统设计过程、实施步骤和测试结果,撰写设计报告。

四、系统设计考虑因素1.变频器和电机的匹配性:选择变频器时需要考虑其输出能力是否足够满足电机的需求,包括最大输出功率、额定电流等。

2.控制系统的精确性:设计控制系统时需要考虑传感器的精度、控制器的计算性能等因素,确保控制系统能够精确控制电机的转速。

异步电动机变频调速系统的设计与仿真.

异步电动机变频调速系统的设计与仿真.

异步电动机变频调速系统的设计与仿真1. 异步电动机概述交流电动机,主要指笼式异步电动机和同步电动机。

它主要用于不需要变速的电力传动系统中,其原因是:1)不论是异步电动机还是同步电动机,唯有改变定子供电频率调速最为方便,而且可以获得优异的调速特性。

而大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解决。

(2)异步电动机和直流电动机不同,它只有一个供电回路定子绕组,致使其速度控制比较困难,不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速。

然而,自20世纪50年代末开始,电气传动领域中进行着一场重要的技术革命一将原来只用于恒速传动的交流电动机实现速度控制,以取代制造复杂、价格昂贵和维护麻烦的直流电动机。

随着电力电子器件及微电子技术的不断进步以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透,现在从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统;从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应和大范围的调速传动;从单机传动到多机协调运转,几乎都可采用交流调速传动。

交流调速传动的客观发展趋势己表明,它完全可以直流传动相媲美、相抗衡,并有取代的趋势。

异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。

在交流调速诸多方式中,变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式,也是交流调速的基础和主干内容。

变频装置有交一直一交系统和交一交系统两大类。

交一直一交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制(PWM)型变频器和多重化技术方向发展,而交一交变频器应用于低速大容量可逆系统有上升趋势现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展,以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟,尤其是专用集成电路、DSP和FPGA近年来令人瞩目的发展,促进了交流调速的不断发展。

目前异步电机变频调速控制己经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。

2. 异步电机数学模型异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真

交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真

交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真异步电动机变压变频调速系统是一种常见的电动机调速系统,可以实现电动机转速的精确控制和调节。

本文将介绍异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真。

首先,异步电动机的调速原理简要介绍。

异步电动机是一种常用的交流电动机,其转速通常由额定电压和频率决定。

通过改变电动机的电压和频率,可以实现对电动机的调速。

变压变频调速系统通过调节电压和频率的大小,改变电动机的转速。

在设计异步电动机变压变频调速系统之前,首先要确定电动机的参数。

电动机的参数包括额定功率、额定电压、额定电流等,这些参数可以从电动机的标牌上获取。

另外,还需要确定变压变频器的参数,包括额定电压范围、频率范围等。

这些参数将决定整个系统的性能。

设计异步电动机变压变频调速系统的关键是选取合适的变压变频器。

变压变频器是将电网的交流电转换为可调频率和可调电压的交流电的装置。

根据电动机的额定电压和变压变频器的额定电压范围,选取合适的变压变频器,以满足调速系统的要求。

设计异步电动机变压变频调速系统的下一步是进行系统的电路设计。

电路设计包括电动机的接线和变压变频器的接线。

电动机的接线要根据电动机的型号和相数来进行,确保电机的正常运行。

变压变频器的接线要根据变压变频器的接线图进行,确保变压变频器与电动机的连接正确。

完成电路设计后,还需要进行系统的控制设计。

控制设计包括电机的启动和停止控制、电机的转速控制等。

启动和停止控制一般采用按钮控制或者遥控控制,可以通过按钮或者遥控装置来启动和停止电动机。

转速控制一般采用PID控制器进行,通过调节变压变频器的输出电压和频率,来实现对电动机转速的控制和调节。

完成设计后,可以使用仿真软件进行系统的仿真。

常用的仿真软件有MATLAB/Simulink、PSIM等。

通过仿真可以验证系统的设计是否正确,并进行性能评估。

仿真结果可以用来优化系统的设计,提高系统的性能。

综上所述,异步电动机变压变频调速系统的设计和仿真是一个系统工程,需要从确定电动机和变压变频器的参数开始,进行电路设计和控制设计,最后进行仿真验证。

交流异步电动机变频调速设计

交流异步电动机变频调速设计

交流异步电动机变频调速设计异步电动机是工业生产过程中广泛使用的一种电机,widely used in industrial production. 它的运转速度受到电源的频率和极数的影响,因此在一些应用场合需要采取变频调速技术,以满足不同负载下的运转需求。

本文将介绍异步电动机变频调速设计的基本原理和具体实现方法。

一、异步电动机变频调速的原理异步电动机通过电源提供的交流电源驱动,其转速 n与电网频率 f 和定子极数 P 相关,公式为:n=60f/P 。

如图1所示,当电网频率为50Hz、极数为4极时,异步电动机的转速为1500 rpm。

当需要在同一台异步电动机下实现不同转速时,可以采用变频调速技术。

变频调速的原理是通过变频器改变电网电源的频率和电压,从而改变异步电动机的转速。

变频器通过将电源中的直流信号转换成相应的交流信号进行调节,例如通过将电源中的50Hz的电信号转换为30~50Hz的交流信号,使得异步电动机的转速得到调节。

二、异步电动机变频调速的实现方法1.输入电源与三相异步电动机连接。

2.将电源中的交流信号转换为直流信号,通过功率恒定的逆变器将直流信号转换为变频输出的交流信号。

3.通过多种控制方法调节电压频率,从而实现异步电动机转速的控制。

通常采用矢量控制和定速控制两种控制方式。

3.1 矢量控制矢量控制是一种高精度、高性能的控制方法,可以使异步电动机在不同的负载下达到相同的速度和扭矩。

矢量控制适用于较高的调速要求,可以在满足较高控制精度的同时,实现更好的动态性能。

3.2 定速控制定速控制是一种简单、常用的变频控制方法。

该方法通过设定电机的运行速度来调节输出频率和电压,使得异步电动机具有稳定的转速和扭矩。

三、结论本文通过介绍异步电动机变频调速的原理和实现方法,可以实现异步电动机在不同负载条件下达到相同的转速和扭矩,提高了运行效率和能源利用率。

异步电动机变频调速技术的应用将得到更加广泛的推广和应用。

异步电动机两种变频调速系统的仿真及其比较

异步电动机两种变频调速系统的仿真及其比较
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交 流 变 频 调 速 是 异 步 电机 最 有 发 展前 途 的 调 速方 法 。 同时 , 着 电力电子 、 随 汁算 机 和 自动控 制 技 术 的迅 猛 发展 , 交流 电机变 频调 速 已经 逐步
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异步 电动机两种 变频 调速 系统 的仿真及 其 比较

异步电动机变频调速系统的MATLAB建模与仿真

异步电动机变频调速系统的MATLAB建模与仿真

基金项目:福建省自然科学基金项目(2008J04016)作者简介:陈四连(1984- ),女,硕士研究生,研究方向为控制系统的控制策略;林瑞全(1971- ),男,副教授,硕士生导师,博士,研究方向为控制系统的控制策略; 丁旭玮(1987- ),男,硕士研究生,研究方向为控制系统的控制策略。

异步电动机变频调速系统的MATLAB建模与仿真摘 要:为了研究异步电动机正弦脉宽调制变频调速系统在不同频率作用下的速度响应曲线,分别利用MATLAB 软件中的SIMULINK、S-function 以及微分方程编辑器(DEE)等功能模块建立两相静止坐标系下的异步电动机仿真模型。

仿真结果表明,以上三种不同的建模方法效果是一样的,均是较为方便高效的异步电动机仿真方法。

关键词:异步电动机;正弦脉宽调制;SIMULINK 建模;S-function 建模;DEE 建模中图分类号:TM921.51 文献标识码:A 文章编号:1007-3175(2009)11-0032-04陈四连,林瑞全,丁旭玮(福州大学 电气工程与自动化学院,福建 福州 350108)CHEN Si-lian LIN Rui-quan, DING Xu-wei(College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China )Abstract: In order to study speed response curves of asynchronous motor under different frequency actions, SIMULINK in MAT-LAB ,S-function and differential equation editor(DEE) etc functional Modular were used to establish asynchronous motor simula-tion model under two-phase stationary coordinate system. Simulation results show that the effects of the above three methods for modeling are the same and they are highly effective asynchronous motor simulation methods.Key words: asynchronous motor; sinusoidal pulse width modulation; SIMULINK modeling; S-function modeling; differential equation editor modelingMATLAB Modeling and Simulation of Frequency Control System forAsynchronous Motor在变频调速系统中异步电机是一个非线性、强耦合、高阶次的控制对象,如果忽略其非线性、强耦合、高阶次的条件,近似求出线性单变量动态结构,得到的控制系统的动态性能往往不高[1-2]。

「异步电动机变频调速系统的设计与仿真」

「异步电动机变频调速系统的设计与仿真」

「异步电动机变频调速系统的设计与仿真」异步电动机变频调速系统是一种常见的电力传动系统,具有调速范围广、动态响应好、控制精度高等优点。

本文将介绍异步电动机变频调速系统的设计与仿真,包括系统的结构、控制方案以及仿真结果评估。

首先,异步电动机变频调速系统由变频器、电机、传动装置以及控制系统组成。

变频器作为系统的核心,通过改变输入电压的频率和幅值,控制电机的转速。

电机是系统的执行器,通过转动输出机械功。

传动装置用于将电机的转动传递到负载物体上。

控制系统则根据系统的反馈信号来调节变频器的输出,实现对电机转速的精确控制。

在控制方案的设计中,可以采用电流矢量控制算法。

该算法通过测量电机的转子电流和转速,根据电机的模型推算出合适的电压矢量,以实现对电机转速的控制。

具体的控制步骤包括电机速度测量、电机参数辨识、电机模型预测、电压矢量计算和电压输出等。

为了评估异步电动机变频调速系统的性能,需要进行仿真实验。

仿真实验可以通过模拟各种状态和故障条件,得到系统的输出结果,并评估控制方案的有效性和性能。

在进行仿真实验时,可以设定电机的负载变化、输入电压变化等参数,并根据实际应用需求设定系统的性能指标。

通过对系统的输出结果进行分析和比较,可以评估系统的控制性能和稳定性,并进行相应的调整和优化。

总之,异步电动机变频调速系统的设计与仿真是一个复杂的过程,需要考虑到电机的特性、负载情况以及控制系统的性能指标。

通过合理的设计和仿真实验,可以得到一个性能优越的调速系统,满足实际应用需求。

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异步电动机变频调速系统的设计与仿真1. 异步电动机概述交流电动机,主要指笼式异步电动机和同步电动机。

它主要用于不需要变速的电力传动系统中,其原因是:1)不论是异步电动机还是同步电动机,唯有改变定子供电频率调速最为方便,而且可以获得优异的调速特性。

而大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解决。

(2)异步电动机和直流电动机不同,它只有一个供电回路定子绕组,致使其速度控制比较困难,不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速。

然而,自20世纪50年代末开始,电气传动领域中进行着一场重要的技术革命一将原来只用于恒速传动的交流电动机实现速度控制,以取代制造复杂、价格昂贵和维护麻烦的直流电动机。

随着电力电子器件及微电子技术的不断进步以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透,现在从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统;从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应和大范围的调速传动;从单机传动到多机协调运转,几乎都可采用交流调速传动。

交流调速传动的客观发展趋势己表明,它完全可以直流传动相媲美、相抗衡,并有取代的趋势。

异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。

在交流调速诸多方式中,变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式,也是交流调速的基础和主干内容。

变频装置有交一直一交系统和交一交系统两大类。

交一直一交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制(PWM)型变频器和多重化技术方向发展,而交一交变频器应用于低速大容量可逆系统有上升趋势现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展,以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟,尤其是专用集成电路、DSP和FPGA近年来令人瞩目的发展,促进了交流调速的不断发展。

目前异步电机变频调速控制己经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。

2. 异步电机数学模型异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

基于稳态数学模型的异步电机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速,要实现高动态性能的系统,必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。

假设条件:(1)忽略空间谐波,设三相绕组对称,在空间互差120°电角度,所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布;(2)忽略磁路饱和,各绕组的自感和互感都是恒定的;(3)忽略铁心损耗;(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

这时,异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。

2.1 电压方程将电压方程写成矩阵形式,并以微分算子 p 代替微分符号 d /d tA A A sB B B sC C C s a a a r b b b r c c c r 000000000000000000000000000u i R u i R u i R p u i R u i R u i R ψψψψψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦可改写为: u Ri ψ=+p 2.2 磁链方程每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和,因此,六个绕组的磁链可表达为:可改写为: Li ψ=由于折算后定、转子绕组匝数相等,且各绕组间互感磁通都通过气隙,磁阻相同,故可认为:Lms Lmr =⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡c b a C B A cC cbcacCcBcAbc bb ba bC bB bA ac ab aa aC aB aA Cc Cb Ca CC CB CA Bc Bb Ba BC BB BA Ac Ab Aa AC AB AAc b a C B A i i i i i i L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L ψψψψψψ对于每一相绕组来说,它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和,因此,定子各相自感为转子各相自感为可得完整的磁链方程:sssr s s rsrr r r LL i L L i ψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 2.3 转矩方程根据机电能量转换原理,在多绕组电机中,在线性电感的条件下,磁场的储能和磁共能为:'m m 1122T T W W i i L ψ===而电磁转矩等于机械角位移变化时磁共能的变化率 (电流约束为常值),且机械角位移 θm = θ / n p ,于是:''rssr mme pp r s s r mconst.const.12T T i i L L W W T n n i i i i θθθθ==∂∂∂∂⎡⎤===⋅+⋅⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦异步电机数学模型的过程中可以看出,这个数学模型之所以复杂,关键是因为有一个复杂的 6⨯6 电感矩阵,它体现了影响磁链和受磁链影响的复杂关系。

因此,要简化数学模型,须从简化磁链关系入手。

坐标变化主要有2/3变换、2s/2r 变换、K/P 变换3. 变频调速交流异步电动机的转速可由下式表示:n =60 f /p (1-s )其中n 为电动机转速(r/min);p 为电动机磁极对数;f 为电源频率;s 为转差率。

影响电动机转速的因素有:电动机的磁极对数p ,转差率s 和电源频率f 。

其中,改变电源频率来实现交流异步电机调速的方法效果最理想,这就是所谓变频调速。

变频调速的方法主要有:V/F 控制、矢量控制、直接转矩和电压空间矢量(SVPWM)控制方法。

在进行电机调速时,常须考虑的一个重要因素是:希望保持电机中每极磁通量 Φm 为额定值不变。

如果磁通太弱,没有充分利用电机的铁心,是一种浪费;如果过分增大磁通,又会使铁心饱和,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕s ms CC BB AA l L L L L L +===rms cc bb aa l L L L L L +===组过热而损坏电机。

定子每相电动势:S g 1s N m 4.44E f N k φ=只要控制好 E g 和 f 1 ,便可达到控制磁通Φm 的目的,对此,需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况。

由异步电机的数学模型有以下两种控制方案:按转子磁链定向的矢量控制方案;按定子磁链控制的直接转矩控制系统。

3.1矢量控制系统矢量控制系统具有控制精度高、低频特性优良、转矩响应快等优点,因此矢量控制技术己被广泛地应用于高性能异步电动机调速系统中。

矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。

然而,由于异步电动机是一个高阶、多变量、非线性、强祸合的对象,在实时控制中存在严重的外部干扰、参数变化和非线性不确定因素,基于精确电机参数的准确解祸很难实现,并且磁通和转矩的动态性能也受到严重的影响,尤其是基于转子磁场定向的矢量控制系统通常采用的PI(比例一积分)控制器无法跟随转子电阻等参数的变化而实现正确的磁场定向,大大降低了矢量控制的控制性能。

因此如何提高矢量控制变频调速系统的动静态性能和鲁棒性成了当前科技攻坚的热点和难点。

3.2矢量控制思想矢量控制系统是以产生同样的旋转磁动势为准则,在三相坐标系上的定子交流电流 i A 、i B 、i C ,通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 i α、i β,再通过同步旋转变换,可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 i m 和i t 。

异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机,那么,模仿直流电机的控制策略,得到直流电机的控制量,经过相应的坐标反变换,就能够控制异步电机了。

由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量,所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(Vector Control System )。

3.3矢量控制原理框图把ASR 的输出信号除以ψr ,当控制器的坐标反变换与电机中的坐标变换对消,且变频器的滞后作用可以忽略时,此处的(÷ψr )便可与电机模型中的(⨯ψr )对消,两个子系统就完全解耦了。

这时,带除法环节的矢量控制系统可以看成是两个独立的线性子系统,可以采用经典控制理论的单变量线性系统综合方法或相应的工程设计方法来设计两个调节器AψR和ASR。

模型中的转子磁链ψr 和它的定向相位角ϕ都是实际存在的,而用于控制器的这两个量都难以直接检测,只能采用观测值或模型计算值。

矢量控制系统4. MATLAB仿真模型建立在Matlab6.5 的Simulink 环境下,利用SimPowerSystemToolbox2.3 丰富的模块库,在分析交流异步电机数学模型的基础上,建立了交流异步电机控制系统的仿真模型,整体设计框图如图所示。

系统采用双闭环控制方案:转速环由PI 调节器构成,电流环由电流滞环调节器构成。

根据模块化建模的思想,将控制系统分割为各个功能独立的子模块,其中主要包括:交流异步电机本体模块、矢量控制模块、帕克变换模块、坐标变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、转矩计算模块和电压逆变模块。

这些功能模块的有机整合,Matlab/Simulink 中搭建出交流异步电机控制系统的仿真模型,并实现双闭环的控制算法,图中各功能模块的作用与结构简述如下。

在Simulink环境中建立的矢量控制仿真模型4.1 交流异步电机本体模块在整个控制系统的仿真模型中,交流异步电机本体模块是最重要的部分,反映的是交流异步电机的本质属性。

交流异步电机本体模块的输入为电机转速wr 和坐标变换模块输出的dq 两相相电压U sd 、U sq ,输出为dq 两相相电流i sd 和i sq 、转子绕组磁链Φrd 和Φrd ,模块结构框图如下图所示,图中的Frd 、Frq 分别指代Φrq 、Φrq 。

图中,i sd 子模块和i sq 子模块负责求取dq 两相相电流i sd 、i sq ,计算方程:对交流异步电机数学模型的电压进行abc/dq 变换。

()/()/sd s sc sd m r sqs sc sq m r U R L P i L L PU R L P i L L P =++⎧⎨=++⎩ 式中:Φrd 、Φrq ——d 、q 两相转子绕组磁链;R s ——定子绕组电阻; 2 L sc = L s -L m L r ;L s ——定子绕组电感;L r ——转子绕组电感; L m ——定、转子间互感。

异步电动机模块结构图4.2 矢量控制模块异步电机是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统,采用矢量控制方法可使之降阶、解耦,使控制方法变得更为简单、精确,使电机系统具有更优的动态品质。

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