异步电机的双闭环控制.docx

1、异步电机的双闭环控制电机电子系统计算机控制与仿真学 院： 信息工程学院 专业班级： 电机与电器 学生姓名： 仪轩杏学 号： 406107016001指导老师： 张景明异步电机的双闭环控制引言矢量控制是目前交流电机的先进控制方式， 一般将含有矢量变换的交流电机 控制都称之为矢量控制， 实际上只有建立在等效直流机模型上， 并按转子磁场准 确定向的控制，电机才能获得最优的动态性能。2基本原理矢量控制的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则， 将异步电机在静止 三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电 流，分别加以控制，以达到直流电机的控制效果。异步电机在两相同步旋转坐标系

2、上的数学模型为：Te np Lm ist i sm ismi rt当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，应有 rm r , rt 0，即得其中， we为同步转速， wr 为转子角频率， ws为转差角速度， Tr 为转子时间 常数，np 为极对数， Rs、Rr为定子、转子电阻， Ls、Lr、Lm为定子、转子电感及 定转子之间的互感， p为微分算子， r为转子磁链。3系统原理带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的电气原理如图 1 所示。在图 1 中，主电路采用了电流滞环控制型逆变器。 在控制电路中， 在转速环后增加了转 矩控制内环，转速调节器 ASR的输出是转矩调节器 ATR的给定 Te*，而转

3、矩的反 馈信号 Te，则通过矢量控制方程计算得到的。 电路中的磁链调节器 ApsiR 用于对 电机定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节。 ATR和 ApriR 的输出 分别是定子电流的转矩分量 ist*和励磁分量 ism*。ist*和 ism*经过 2r/3s变换后得 到三相定子电流的给定值 isA*、isB*、isC*，并通过电流滞环控制 PWM 逆变器控 制电机定子的三相电流。图 1 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的电气原理带转矩内环的转速、 磁链闭环矢量控制系统仿真模型如图 2 所示。其中直流 电源、逆变器、 电机和电机测量模块组成了模型的主电路， 逆变器的驱动信号由

4、带滞环脉冲发生器模块产生。三个调节器 ASR、ATR和 ApsiR 均是带输出限幅的 PI 调节器。转子磁链观测使用两相同步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块 Fcn 用于计算转矩， dq0_to_abc模块用于 2r/3s 的坐标变换。4仿真模型Continuous+vpow erguiVoltage MeasurementDC Voltage SourceDC Voltage Source1ABUniversal Bridgei*abc1.5psir*1400nASR*0.069/0.071Gain1psir* ism* psirApisRProductTe*TeATRn3DemuxStep

5、TmABCMachines Measurementphis_qd mAsynchronous MachineSI UnitspulsesiabciabcSubsystem2psiriabcistsincoswrn1n4Subsystem1dq0sin_cosdq0_to_abcTransformationis_abcwmTe9.55Gain图 2 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型图 3 转速调节器 ASR图 4 转矩调节器 ATRpsir图 5 磁链调节器 ApsiR图 6 按转子磁链定向转子磁链电流模型1i*abcRelay2iabcRelay2Relay3Relay4Rela

6、y11pulsesRelay5图7 滞环脉冲发生器5 相关参数系统参数：电机参数：逆变器直流电源 205*2=510V定子绕组自感 Ls=Lm+Lis=0.069+0.002=0.071mH转子绕组自感 Lr=Lm+Lir=0.069+0.002=0.071mH漏磁系数 =1-Lm2/LsLr=0.056转子时间常数 Tr=Lr/Rr=0.071/0.816=0.087转速给定值 1400磁链给定值 1.5空载起动，在 0.6s时加载 60 N*m。调节器参数：调节器比例放大倍数积分放大倍数积分器限幅调节器输出限幅上限下限上限下限转速调节器 ASR3.80.880-8075-75转矩调节器 A

7、TR4.51260-6060-60磁链调节器 ApsiR1.810015-1513-136 结论与波形分析转矩t(s)三相电流t(s)转速t(s)转速调节器输出908070605040302010-100.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9t(s)80转矩调节器输出t(s)磁链调节器输出t(s)100经 2r/3s 变 换 的 三 相 电 流t(s)定子磁链轨迹0.80.60.40.2-0.2-0.4-0.6-0.8-0.8 -0.6 -0.4 -0.20.2 0.4 0.6 0.81500转 矩 - 转 速 曲 线从波形中可以看出， 在矢量控制下转速上升平稳，

8、 加载后略有下载但随即恢 复，在 0.35s 达到给定转速时和 0.6s 加载时，系统调节器和电流、转矩都有相 应的响应。由于转矩和磁链调节器都是带限幅的 PI 调节器，在起动中两个调节 器都处于饱和限幅状态， 因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变， 定子电流 的给定值也不变，所以在起动过程中定子电流基本保持不变，实现了恒流起动。 在起动阶段， 磁场的建立过程比较平滑， 磁链呈螺旋形增加， 同时电机转矩也不 断上升。从转矩 - 转速曲线可以看到，系统起动转矩较大。参考文献1、陈伯时 电力拖动自动控制系统 M 北京 : 机械工业出版社， 19972、周凯汀，郑力新 基于 MATLAB 的双闭环直流调速系统仿真及参数进化设 计 J .计算技术与自动化， 2001，20( 2) : 10 143、李威震，于敬玲 基于 MATLAB 的双闭环可逆直流调速系统的仿真环境 J. 计算机仿真， 2004，21( 11) : 42 444、张传伟，郭卫 直流电机双闭环调速系统仿真研究 J 机床与液压， 2005， 39( 2) : 128 130