51-基于Matlab_Simulink的异步电机直接转矩控制系统仿真

］ # 能受到了普遍的注意和得到迅速的发展［ 。
图# 直接转矩控制系统原理框图
. / 0 + / 1／ ’ ( ) * + ( , -是一个用来对动态系统进行 建模、仿真和分析的可视化软件包，用户利用该软 件包可以迅速建立起各种连续、离散或者混合的线 性和非线性系统，可以在仿真过程中方便直观地观 测系统各处的动态变化，方便地对结果进行分析。 ’ ( ) * + ( , -包含许多的模块库，利用这个仿真软件， 使得研究人员不必再将大量的精力用于编写程序， 用户只需要利用鼠标点击、拖动所需的模块进行操 作。总之，利用 ’ ( ) * + ( , - 软件来建模仿真是非常 方便的。
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图7 电机仿真模型
在直接转矩控制系统的仿真中，电机本身就是 用模型虚拟的，因此可以直接从电机模型中输出定 子磁链和电磁转矩进行仿真，但为了说明直接转矩 的控制方式，在此模型中只输出电机转速、定子电 压和定子电流。模拟实际系统采用 #6 * 模型的磁 链观测，利用定子电流和定子磁链进行转矩观测的 方式。 —4 3 —
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基于 , 1 2 & 1 3／ " # $ % & # ’ (的异步电机直接转矩控制系统仿真
* ! ! ! + ［ ］ 杨耕，罗应立 电机与运动控制系统 ［ + ,］+ 北京： 清华大学出版社， . . / + ［ ］ 李明，朱美强，马勇 + 0 , 1 2 & 1 3／ " # $ % & # ’ ( 通用异步电机 模型的分析与应用 ［ ］ ，（ ） ： 4 +工矿自动化， . . 5 0 ! 6 * 0 +
］ ! 为［
根据式 （ ）! 式 （ . :）建立的模型如图 7 所 示。; < = > 为逆变器输入电压，; ? > 为直流 母线电压，; ! 0 / @ A将逆变器输入电压转换为 电机定子相电压； *／ ! *进行三相静止坐标系到二 相静止坐标系的变换； ） A 0 ) ) ( 1 , * , / , (为根据式 （ ! 建立的模型； ）建立的磁链方程 B C 0 D为根据式 （ ）建立的模型。如 模型； , & ) 0 ( * ( ( 9为根据式 （ : E 4 F .节所述，在转速输出加上了一个 " / , 0 ) / , # & 1模 块，使电机模型与实际电机转速输出情况相符。并 且采用习惯的坐标系建立电机模型。
图! " # $ % & ’ ( ) * * , ( $ *的异步电机模型静止坐标系定义 +
# 19 ) （ ） 0( $ 08 & : " 2 49 式中，%.、%! 为定转子电阻；’ 、 )、’$ 为二 * ’ 相静止坐标系下定子、转子自感和定转子间互感； # 为电机角转速度；0( 为电磁转矩；08 为负载转 矩； 为电机极对数；# 、 " 、 ! 、 " 、! 、 " ! . # . # ! # ! * . 4 、! 、" 为二相静止坐标系下定、转子电压和 * . * ! * ! "
电流；$ 、 " 、 ! 、 " 为二相静止坐标系下 ! . $ . $ ! $ ! 定转子磁链；( 为微分算子。
图- 习惯的异步电机静止坐标系定义
（ ）采用习惯的坐标系定义方式建立模型。 . （ ）在转速输出加上一个 " ! / , 0 ) / , # & 1 模块，将 输出转速限定在 2!3 （ 为频率，" 为极 2 " !／ 4 ! 4 对数）之间。 ! " # 异步电机数学模型及仿真模型建立 交流电机在二相静止坐标系下的电压矩阵方程
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转矩模型 （ " ’4 ! ( % % ; ; "） 5 !; # # !; # —* ) —
基于 G / , C / @／ " # $ 0 C # 1 H的异步电机直接转矩控制系统仿真
电气应用 ! " " #第 ! $卷第%期
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$* ’ 2 ’$ 2# * ! / * ! ! # ! ! # $* 2 ’ 2 ’$ * * * " " $ $* ’$ 2 ’ 2 * ! ) ) !
" $ "2 $* " 转矩方程为
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（ ! 0( $ " * * * * !） 4 $* " ) $* " 运动方程为
# ! # ! ! . %.&’ ( 2 ’$ ( 2 # * * ! . ! # # . " 2 %.&’ ( 2 ’$ ( * * . " $ # ! ! ( # ’$ %!&’ ( # ’ * ’$ ) ) ! ! # " $ " $ ! ’$ ’$ ( ’ ( * )# )# ) ’ !&’ ) ! " " "$
. & ’ ( ) $ ’ * +仿真试验
. / , & ’ ( ) $ ’ * + 自带的 0 1 * 3 4 5 6 * 6 ) 1( " 3 4 ’ * 7 模块 2 存在的问题 . / 0 + / 1／ ’ ( ) * + ( , - 自 带 的 模 块 库 中 有 ? ; , 8 : 6 7 , 7 * ;) / 8 : ( , 4 模 块， 但 利 用 这 个 模 块 仿 @ ］ A 真，发现它存在两个问题［ ： ）. （ # / 0 + / 1电机模型的实现也是基于二相旋 转坐标系的，但其坐标系的定义与习惯的定义不一 致。 ’ ( ) < 7 B 4 6 ; ; 0 4 ) ;中电机模型 / 1 8坐标系与二 @ 相静止" # 坐标系的关系如图 % 所示。习惯的定义 如图A所示。
图- 开关表模型
# 仿真结果
仿真中的参数为：三相笼型异步电动机，额定 功率 &FG, H , 2 I，额定电压 ’FGD < > J，频率 (
图! 直接转矩控制系统仿真模型
，额定磁链幅值 !$ G ，定子电阻 G ! > K L > H < I 6 ，转子电阻 ，静止二相坐 )=G, H , , " ),G, H & ! " 标系下定子自感 * H ! D D= K，转 子 自 感 * @G> )G > H ! D D= K，定转子互感 *0G > H ! = EE K，极对数 +M ，仿 真 中 负 载 转 矩 为 < ・0， 给 定 转 速 ! G , F > > ，M ・ )／ 0 / 1 A调节器限值输出为= E F 0。 其中转速调节器采用 M A调节器，比例和积分 参数的调整采用试验 ／ 纠正法 （ ／ ） ， ’ ) / 5 #+ ) ) ( )0 + ’ ; ( C 即先预设一个参数观察仿真波形，然后逐步增大或 减小参数观察仿真波形，直到得到满意的结果。
电气应用 ! " " #年第! $卷第%期
・电机技术 ・
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表
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电压开关矢量表
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图< 定子磁链波形
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$ 结束语
本文利用 8 5 ’ # 5 6／ . / 0 $ # / 1 2构造了一个直接转
, 引言
直接转矩控制变频调速技术，是% "世纪2 "年 代由德国鲁尔大学的 3 4 4 , 1 6 7 8 - 教授和日本学者 5 9 / / : / ; : (提出的。它用空间矢量分析方法，在二 相静止坐标系下计算、控制异步电动机的磁链和转 矩，采用两点式调节产生 < =. 信号，直接对逆变 器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态 性能。直接转矩控制技术自诞生起就以其新颖的控 制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性
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