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MATLAB期末作业
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型
文章摘要：本文对按转子磁链定向的矢量调速系统进行了计算机仿真研究，运用 MATLAB的SIMULINK 和POWER SY STEM等工具箱及面向系统电气原理结构图的仿真的方法，实现了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的建模和仿真，重点介绍了调速系统的建模和调节器参数的设置，给出了矢量交流调速系统的仿真模型和仿真结果。仿真结果非常接近实际情况，说明了仿真模型的正确性。
关键词：交流异步电动机、仿真建模， MATLAB、矢量控制
因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。直流电机的数学模型就简单多了。从物理模型上看，直流电机分为空间相互垂直的励磁绕组和电枢绕组，且两者各自独立，互不影响。正是由于这种垂直关系使得绕组间的耦合十分微小、，我们可以认为磁通在系统的动态过程中完全恒定。这是直流电机的数学模型及其控制比较简单的根本原因。
如果能将交流电机的物理模型等效变换成类似直流电机的模式，仿照直流电机进行控制，那么控制起来就方便多了，这就是矢量控制
的基本思想。矢量控制技术有按转子磁链定向和按定子磁链定向的控
制等策略。按转子磁链定系那个控制给出了交流电动机的基本解耦控制方法。在设计调速系统过程中，利用 MATLA仿真技术是一种重要手段。基于MATLA安转子磁链定向矢量控制的交流调速系统仿真，正确的应用坐标变换模块是建立转子磁链模型的基础。同事，转子磁
链、转矩解耦环节的模型也是放在的关键因素。
本文在调速系统数学模型的建立以及正确的设置调节器参数的基础上对此系统进行仿真，仿真结果验证了模型机参数设置的正确性。
1•坐标变换的思路
坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流 iA、iB、ic，通过三相一一两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流和i-：，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流id和iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。
把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图I。从整体上看，输人为A， B, C三相电压，输出为转速-■，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3/2变换和按转子磁链定向的同步旋转变换，便得到一台由im和it输入，由「输出的直流电动机。
图1异步电动机的坐标变换结构图
矢量控制系统结构
既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流 (代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(VectorControlSystem)，简称VC系统。VC系统的原理结构如图2所示。图中的给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号i；和电枢电流的给定信号i；，经过反旋转变换VR’ 一得到i；和i；，再经过2/3变换得到iA、 iB和iC。把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号 1加到电
流控制的变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。
(1)
Lr
ODO
给定信号
.*
It
2/3
3/2
VR
im
电流控制变频器
iA
it
勒等效直 :流电动
B
C
4机模型异步电动机
(1)
Lr
(1)
Lr
反馈信号
图2矢量控制系统原理结构图
在设计VC系统时，如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为在控制器后面的反旋转变换器VR，与电机内部的旋转变换环节 VR相抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节相抵消，则图2中虚线框内的部分可以删去，剩下的就是直流调速系统了。可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。
建立转子磁链定向的交流电动机数学模型
上面的定性分析是矢量控制的基本思路，其中的矢量变换包括三相
一两相变换和同步旋转变换。实际上异步电动机具有定子和转子，定、转子电流