同步电机模型地MATLAB仿真资料Word文档格式.docx

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（3-1）

1.2.2abc/dq转换器

派克变换是人们熟悉也是最广泛运用的坐标变换之一。

它的基础是“任何一组三相平衡定子电流产生的合成磁场，总可由两个轴线相互垂直的磁场所替代”的双反应原理。

根据这原理，将这两根轴线的方向选择得与转子正、交轴方向一致，使三相定子绕组电流产生得电枢反应磁场，由两个位于这两轴方向的等值定子绕组电流产生的电枢反应磁场所替代，就称为派克变换。

因此，简言之，派克变换相当于观察点位置的变换——将观察点从空间不动的定子上，转移到空间旋转的转子上，并且将两个位于转子正、交轴向的等值定子绕组，替代实际的三相定子绕组。

设

为abc坐标下的变量，

为dq坐标下的变量，定义P为求导算子，其转换公式为：

（3-2）

式中

（3-3）

定义

（3-4）

1.2.3电机

由式（2-14）可得出电机的基本模型，基于先有电压后有电流的习惯，且等式只在瞬间成立，可得出以下算式：

（3-5）

1.2.4电磁转矩

由（2-9）带入dq表达式输入功率可得

（3-6）

因此，电功率在电机内的终结有三个去向，第一部分消耗在定子和转子的阻抗中，转化成热能；

第二部分转化为电机内部储存的磁能；

剩下的那部分即用于输出，转化为机械能。

因此，输出的电机功率为：

（3-7）

其中

（3-8）

上式中

为极对数，

为机械速度，且转动机械功率定义为转速、时间和转矩，以此可得：

（3-9）

1.3控制反馈环节

对工业过程进行控制一般都采用PID控制，基本都能得到满意的效果。

比例控制能迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，比例系数的加大，会引起系统的不稳定；

积分控制的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，但积分作用太强会使系统超调加大，使系统出现振荡；

微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统地稳定性提高，同时加快系统地动态相应速度，减小调整时间，从而改善系统地动态性能。

基于现实中一旦加入微分环节，参数调整难度加大，因此，本设计只采用PI控制器。

其中对于输出的机械转子转速为：

（3-10）

（3-11）

为转子的机械角速度，

为负载转矩。

第2章

仿真系统详细设计

2.1总体设计

整个仿真系统总体设计如图4-1所示，共有九个变量输出到工作空间，分别为：

TEVqsidsiqswm

Vdsidrpiqrptout

其封装的子模块共有三个，重左到右分别为电源模块，坐标转换模块，中心电机

模块。

其中Tl为负载转矩，具体输入为一个短时间的脉冲函数。

图4-1系统总体框图

2.2具体设计

2.2.1电源

电源设计主要输入由一个电源频率和一个电压幅值组成，如图所示：

图4-2电源模块框图

设计中用了两个同斜率不同起始时间的斜坡函数，来模拟电机通上电源后的初始电源频率和幅值，以频率为例，首先将第一个斜坡函数斜率定义为（60－3）*2起始时间定义为0s，第二个斜坡函数斜率定义为－（60-3）*2，起始时间为0.5s然后再加上一个常数3，构成的输出函数为一个从3开始到60的一个斜坡，而后稳定的波形，如图（4-3），而后给予一个2π的增益，即为电机角速率，加上一个积分环节后接入多路信号复合器

电压值设计同上，将输出波形加上

的增益送入多路信号复合器，然后通过一个matlabfuction模块实现以下算式，从而输出三相电压：

（4-1）

x

（1）为电源频率，x

（2）为电压幅值

2.2.2abc/dq转换器

从模拟电源得到的只是三相电压，为了模型计算，需将其转化成d/q坐标下的值，转化器设计如图4-3:

图4-3坐标转换模块

其原理是将三相电流表示为矩阵格式，而后用matlabfuction模块实现矩阵乘法，乘上派克矩阵式（3-4），结果即为d/q坐标下的dq两相电压。

0相可忽略不计。

2.2.3电机

电机模块实际是一个矢量运算模块，其原理见式（3-15）

图4-4电机控制框图

运用了四个fuction模块分别实现了式（3-5）的功能，最后输出定子、转子的各相电流

设计完成后封装为如图（4-1）中的subsystem模块。

2.2.4电磁转矩

转矩的运算实现见式（3-9）将电机的输出定子、转子dq两相的电流通过相乘、相加这两个数学模块及一个增益模块得到输出的电磁转矩

设计模块如图（4-5）右上部分

图4-5转矩输出及反馈控制框图

2.3控制反馈环节

因为微分环节对系统而言动荡较大，调试费事，因此本设计的控制器是一个传统的PI控制器，经过实践检验，该控制器能很好的控制系统的稳定性。

如图（4-5）下方所示.调试中可以以改变Bm的值来调整输出。

机械转速的输出见式（3-10）。

第3章系统仿真运行

3.1输出结果稳定情况

仿真前各常量的取值如下：

Lls=Llr’=2.52mHLm=84.7mHLs=8.722mHBm=0

输入的abc三相电流经转换后得出的dq相电压时间相应如下：

图5-1q相电压时间相应

图5-2d相电压时间响应

电压流进电机内部，经过内部一系列作用后，输出定子、转子的dq相电流响应如图（5-3）-（5-8）所示。

由以下响应图可知：

由于一开始电压不是瞬间攀升，而是在短时间内由一定幅度攀升到峰值，而且由于外部负载转矩的加入，势必输出会有不稳定，在控制器的反馈控制下，由图5-7可见输出电磁转矩在经历了一开始短时间的波动后，在仿真开始2秒后即趋向于稳定，由图5-8可见输出的机械转速则稳步提高，最后稳定在1800r/m的峰值附近。

图5-3定子q相电流的时间响应

图5-4定子d相电流的时间响应

图5-5转子d相电流的时间响应

图5-6转子q相电流的时间响应

图5-7电磁转矩的时间响应

图5-8输出转速的时间响应

3.2小结

本次模拟主要仿真同步电机的起动特性，从输出图象可以看出，系统在经历了一开始的动荡后，在段时间内稳定在一定转速上，达到稳定状态。

证明设计基本达到了预期目标。