Simulink异步电机矢量控制.docx

异步电动机矢量控制系统的仿真研究摘要：本文根据异步电动机矢量控制的基本原理，基于Matlab软件构造了按转子磁场定向的 矢量控制系统的仿真模型通过仿真试验验证了模型的正确性，结果表明所建立的调速系统 具有良好的动态性能，实现了系统的解耦控制关键词：异步电动机矢量控制Matlab仿真Simulation of Vector Control System for Asynchronous MotorAbstract:According to the basic principles of induction motor vector control， this paper constructssimulation model of rotor magnetic field oriented vector control system based on theMATLAB software.It verifies the accuracy of the model by simulation. Results show that it hasgood dynamic performance， andit realizes the decoupling control system.Key words: asynchronous-motor; vector control; matlab simulation（1）u0引言异步电动机具有非线性、强耦合、多变 量的性质，要获得良好的调速性能，必须从 其动态模型出发，分析异步电动机的转矩和 磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调 速方案。

矢量控制就是基于动态模型的高性 能的交流电动机调速系统的控制方案之一 所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子 磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按 转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方 法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定 向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标 系的对应量，以实施控制1异步电动机矢量控制原理及基本 方程式1.1基本公式矢量控制系统的基本思路是以产生相 同的旋转磁动势为准则，将异步电动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, 并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解 耦控制，以达到直流电机的控制效果异步电 动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型 包括电压方程、磁链方程和电磁转矩方程分别如下：usduR + LP—①LLP—①Lis s1 sm1 msd①LR + LP①LLPi1 sss1 mmsqLP—①LR+ LP—①Lim1 mrrsrrd® LLP® LR + LPismmsrrrrqW 一~ L0L0 _「i1sdsmsdw0L0Lisq—smsqw ,L0L0irdmrrdw0L0L_irqmrrqT =n L (ii-ii )epm sqrdsdrq（2）（3）普ru-rq -1当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，应有Wrd =W「, w rq = 0即得:T = n Lmi Wri _ 1 + TP sd L rmLW _ m—ir 1 + TP sdrL .w _—— is T W sqr r（4）（5）（6）（7）式中：w］为同步转速；w为转子转速;w s为转差角速度；u为电压；W为磁链；i为电流；R电阻；L为电感；np为极对♦ d数；Tr为转子时间常数；P _ d为微分因 子。

s表示定子；r表示转子；d表示d轴; q表示q轴；m表示同轴定、转子间的互感1.2解耦问题为了使两个子系统完全解耦，除了坐标 变换以外，还应设法消除或抑制转子磁链 pr对电磁转矩Te的影响把ASR的输出信 号除以W r，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其结构图如 图1：异虏电动机欠景交 换模型图1.解耦矢量控制系统2仿真模型2.1空间矢量的坐标变换矢量变换是简化交流电动机复杂模型 的重要数学方法，是交流电动机矢量控制的 基础矢量变换包括三相静止坐标系和两相 静止坐标系的变换，两相静止坐标系和两相 旋转坐标系的变换，以及直角坐标和极坐标 的变换等2.1.1三相静止坐标系和两相静止坐标系的 变换（简称3s/2s变换）在交流电动机中三相对称绕组通以三 相对称电流可以在电动机气隙中产生空间 旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动 势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋 转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静 止坐标系和两相静止坐标系的变换则建立 了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组 电压、电流和磁动势之间的关系。

设为两相 对称绕组的电流，为三相对称绕组的电流，它 们之间的变换关系为：iiPi0」•2301_、21—2仕2131—223.—21_■- 2iiAAi=C ■iB■32Bii1- C Jc(8)（1）式中，是便于逆变换而增加的一相零 序分量C3/2为3s/2s变换矩阵2.1.2两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换（简称2s/2r变换）两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度，则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换，称为两相旋转一两相静止变换，简称C变换其变换关系为:cos9 一 sin9] isin 9 cos9 “（9）式中，为d-q坐标系d轴与坐标系 轴之间的夹角，是d-q旋转坐标系的旋转角 速度为两相旋转到两相静止坐标系的变换「i 1a=•iL p Ji.d iq」(9)矩阵即cos 9 一 sin 9 sin 9 cos 9(10)对（3 ）式进行逆变换可以得到两相静止到两相旋转的变换矩阵为C 2 / = C 2■/2r 2 scos 9—sin 9sin 9cos 9(11)2.1.3三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换在得到三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换和两相静止到两相旋转的变换矩阵后，也可以得到三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换i・。

iPi0」=C2 s 2riiPi0」=C C2 s 3 s 2r 2 si.AiBiC」iAiBiL C」(12)式中，三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换矩阵为cos9一 sin 9-1-2cos(9 —120)—sin(9—120)_1-2cos(9 +120)—sin(9 +120)工■- 2(13)相应的两相任意旋转坐标系到三相静止坐标系的变换矩阵为•2'.'3cos叩一120cos聊+120)—sin(中一120)—sin聊+120)＞由山1-cn►I -sln(L)Pmd j(!)FE 皿 Fe卫 布11-：21（14）Frodu口崎:>urn2 ix图2 C2r/3s仿真模型2.2建立dq坐标系下，电机模型dq坐标系下，可得异步电机的基本公式：Te = n 也(i V - i V )p Lr sq rd -e e J dwTe — T = r-L n dtpsd rq(15)(16)i = sd —V msd L s + R rd L L s + Ri =U —Vsq L s + R rq L L s + Rsc ssc s(17)(18)V = \ (i L Rrd R + L s sd m 1V = —1——(i L Rrq R + L s sq m r(19)(20)图3异步电机仿真模型2.3建立整个系统仿真模型图4系统仿真模型给定转速 w=120—100，Flux=0.5ACR中调节器各个参数为：Ki=10，Ti=0.1，限幅为-10〜10。

3仿真参数及仿真结果3.1仿真参数交流异步电机模型各个参数如下：Lsc=9.136，Rs=9.53，Lr=0.505，Lm=0.447, Rr=5.619, TL=2, np=2, J=0.00263.2仿真结果(1) wr仿真曲线(2) flux仿真曲线MATLAB环境下的SIMULINK仿真工具,(3) Ia, Ib, Ic仿真曲线可以快速地完成一个电动机控制系统的建100-10 , , 摸、仿真且无须编程，仿真直观、方便、灵 ' 活对于开发和研究交流传动系统有着十分1哪邮螺瞄*临帅洲g重崂*义并为系统从设计到实现提供了［1］黄忠霖.控制系统MATLAB计算及…、［M］.北京:国防工业出版社,2001也加；国 ⑵ 陈伯时.电力拖动自动控制系统［M］.北京：机械工业出版社，199810 —i 太—；一考文献-IH ! ! 1 1 L- - ‘3 ■. 晶［3］朝泽云，康勇，钟和清等.异步电机矢］ I 量控制系统的建模与仿真［J］.电机与控制■-阡啊W蜘岷浩恻•应用2007,34⑶:11214.：0u 0.5。