simulink帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制.doc

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1、帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制 1 矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 以典型I型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)為了將系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)表示成典型I型系統(tǒng)的形式，磁鏈調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為一個(gè)PI調(diào)節(jié)器與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)，即 其中、、待定。于是磁鏈閉環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 。當(dāng)取=時(shí)，整理可得 …（7），顯然這是典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)形式。為了便于仿真，假設(shè)電機(jī)參數(shù)如下： 定子互感和轉(zhuǎn)子互感：L_m=34.7e-3 定子電阻：R_s=0.087 轉(zhuǎn)子電阻：R_r=0.228 定子漏感和轉(zhuǎn)子漏感：L_lr=L_ls=0.8e-3 極對數(shù)：n_p=2 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J=1.662 轉(zhuǎn)子磁鏈：Psi_r=1 代

2、入上述數(shù)值到G(s)可得 。易知該I型系統(tǒng)的阻尼比和振蕩頻率有如下關(guān)系：…（8）。若今要求磁鏈調(diào)節(jié)曲線超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間。根據(jù)自動(dòng)控制理論，一旦超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間確定了，典型I型系統(tǒng)的特征參數(shù)和可由 確定，于是可解得=0.6901、=62.6483，再將和代入（8）式解得、=0.0116，=202.77， =0.2316 圖5 轉(zhuǎn)子磁鏈的開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖 2 矢量控制系統(tǒng)的仿真 在MATLAB下作系統(tǒng)仿真模型，如圖6所示。 圖6 MATLAB下作系統(tǒng)仿真模型 各個(gè)子模塊的仿真模型如圖7~12所示: 圖7電流滯環(huán)脈沖發(fā)生

3、 圖8按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型 圖9 磁鏈調(diào)節(jié)器的模型 圖10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的模型 圖11 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的模型 圖12 generation 仿真結(jié)果如圖13—23: 圖13 A相電流波形 圖14 iSq 圖形 圖15 iSd圖形 圖16 轉(zhuǎn)速輸出圖形 圖17 經(jīng)2r/3s變換的三相電流給定波形 圖18 轉(zhuǎn)速

4、調(diào)解器輸出 圖19 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出 圖20 磁鏈調(diào)節(jié)器ApsiR輸出 圖21 定子磁鏈軌跡 圖22 轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線 圖23 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩 下面對本例做出簡單的分析與說明： 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速，磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的主電路采用電流滯環(huán)控制型逆變器。在控制電路中，在轉(zhuǎn)速環(huán)后增加了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的給定Te*,而轉(zhuǎn)矩的反饋信號Te，則通過矢量控制方程計(jì)算得到。電路中的磁

5、鏈調(diào)節(jié)器ApsiR用于對電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈的控制，并設(shè)置了電流變換和磁鏈觀測環(huán)節(jié)，ATR和ApsiR的輸出分別是定子電流的轉(zhuǎn)矩分量i*st和勵(lì)磁分量i*sm。i*st ,i*sm經(jīng)過2r/3s變換后得到三相定子電流的給定值i*sA,i*sB,i*sC,,并通過電流滯環(huán)控制PWM逆變器控制電動(dòng)機(jī)定子的三相電流。 帶磁鏈和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)仿真模型如圖6所示。期中直流電源DC，逆變器inverter,電動(dòng)機(jī)motor和電動(dòng)機(jī)測量模塊組成了模型的主電路，逆變器的驅(qū)動(dòng)信號由滯環(huán)脈沖發(fā)生器模塊產(chǎn)生。三個(gè)調(diào)節(jié)器ASR,ATR和ApsiR均是帶輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)自磁鏈觀測采用二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的

6、磁鏈模型，函數(shù)模塊Fcn用于對轉(zhuǎn)矩的計(jì)算，dq0-to-abc模塊用于2r/3s的坐標(biāo)變換。調(diào)節(jié)器的參數(shù)見附錄，模型的仿真算法為ode23tb. 在給定轉(zhuǎn)速為1400r/min，空載起動(dòng)，在0.6s是加載60Nm，系統(tǒng)的仿真結(jié)果如前圖所示。在波形中可以看到，在矢量控制下，轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)，加載后稍有下降但隨即恢復(fù)，在0.35s達(dá)到給定轉(zhuǎn)速時(shí)和0.6s加載時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)器和電流，轉(zhuǎn)矩都有相應(yīng)的響應(yīng)。由于ATR和ApsiR都是帶限幅的PI調(diào)節(jié)器，在起動(dòng)中倆個(gè)調(diào)節(jié)器都處于飽和限幅狀態(tài)，因此定子電流的轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁分量都保持不變，定子的給定值i*sA,i*sB,i*sC也不變，所以在起動(dòng)的過程中，定子電流基本保持不變實(shí)現(xiàn)了恒電流起動(dòng)。 由圖可以看出，在起動(dòng)階段，磁場的建立過程比較平滑，磁鏈呈螺旋形增加，同時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不斷上升；而不帶磁鏈調(diào)節(jié)器時(shí)，起動(dòng)初期磁鏈軌跡波動(dòng)較大，也引起了轉(zhuǎn)矩的大幅度波動(dòng)。從轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線也可以看到，帶磁鏈調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 14 附 錄 仿真參數(shù)一覽表： 電動(dòng)機(jī)選擇：380V、50Hz、兩對磁極 逆變器電源為510V 定子繞組自感 轉(zhuǎn)子繞組自感 漏磁系數(shù) 轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) PI調(diào)節(jié)器參數(shù) 15