基于Matlab Simulink异步电机矢量控制系统仿真

第２７卷第６期增刊

２００６年６月

仪器仪表学报

ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

Ｖ０１．Ｚ７ＮＯ。６Ｊｕｎ．２００６

基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ异步电机矢量控制系统仿真

刘

欢樊后世魏立峰

王健

（沈阳化工学院信息工程学院沈阳

１１０１４２）

摘要根据异步电机的模型，提出了一种异步电机矢量控制系统建模仿真方案，重点介绍了电机模型的建立，仿真结果证明了所建电机模型的正确性。关键词

异步电机矢量控制

Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍｏｔｏｒｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄ

ｏｎ

Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ

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ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄ

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ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ

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ｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅａｒｉｔｈｍｅｔｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｉｓｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ。Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｏｎｆｉｒｍｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ

ｍｏｔｏｒ

ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ

ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ

组，ｉ。相当于与转矩成正比的电枢电流。

１

引言

由于交流异步电机是一个高阶、非线性、多变量、强耦合的系统。数学模型比较复杂。对于其数学模型人们已经进行过大量的分析和研究。矢量变换控制理论的提出和成功应用开创了交流调速与直流调速相竞争的时代，为高性能的交流传动控制奠定了理论基础。本文根据ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统模型，并给出了仿真结果。

图１

异步电机坐标变换结构图

２异步电机矢量控制控制系统模型

如图１所示，在三相坐标系下的定子电流ｉ。、ｉ。、ｉ。通过３／ｚ变换得到两相静止坐标系下的交流电流ｉ。、ｉ。，再通过ＶＲ变换等效为同步旋转坐标系下的直流电流ｉ。、ｉ。。从内部看，经过３／２变换和矢量旋转变换，变成一台由ｉ。和ｉ，输入，由∞输出的直流电动机。３／２为三相一两相变换，ＶＲ为矢量旋转变换，甲为Ｍ轴与ａ轴（Ａ轴）的夹角），Ｍ绕组相当于直流电机的励磁绕组，ｉ。相当于励磁电流。Ｔ绕组相当于伪静止电枢绕

３基于Ｍａｔｌａｂ的交流异步电机模型的建立

这里利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ强大的仿真能力，建立交流异步电机控制系统的仿真模型。基于模块化思想，将控制系统分为几个功能模块：矢量控制模块、坐标变换模块、电流滞环控制模块、转矩计算模块和电压逆变器模块等，将这些模块有机组合，就可在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中搭建出交流异步电机系统的仿真模型。３．１矢量控制模块

矢量控制结构如图２所示。该模块实现的是交流

万方数据　

２０００

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第２７卷

电机的矢量控制方法，模块输入为转子参考磁链９７和参考转矩Ｔ：，输出为ｄｑ两相参考电流ｉ：、０和转差角０。其关系式可以参考式：

ｒ一丽Ｌｍ

ｉｄ。

㈩

Ｔｅ＊一ｎ。导∥ｉｄ＊

转葬频率：

∞一粤ｉｄ∞一丽ｈ

Ｔｒ＝一／Ｒ＝Ｌｒ／，

‘

（２）

经积分环节得到转差角０。

图４矢量控制结构图

３．２坐标变换模块

其主要功能是实现３／２相变换和２／３相变换。其中３／２相变换为式（３），如图３所示。２／３相变换可以通过矩阵变换得到。

图３

３／２相变换图

１

１

９

Ｃ３８／２

ｓ：＝

后

（３）

Ｏ

√３

２

３．３电流滞环控制模块

通过比较三相参考电流ｉ。’、ｉ。’、ｉ。‘和三相实际电流ｉ。、ｉ。、ｉ。来决定逆变器控制信号，如图４所示。当实际电流低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，对应正向导通负向关断；当实际电流超过参考电流且偏差大于滞环比较器环宽时，对应相正向关断，负相导通。选择适当的滞环宽度，可实现电流不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控制。

万　

方数据图４电流滞环控制模块结构图

３．４转矩计算模块

根据交流电机数学模型的转矩方程式，进行３／２变换，得到其电磁转矩计算方程式为：

Ｔ。一ｎ。导（ｉ。。甲一一ｉ。。甲。。）

（４）

图５转矩计算模块结构框图

建立如图５所示的转矩计算模块，模块输入为两相相电流ｉ。。和ｉ。转子绕组磁链甲。和午州通过加减模块即可求得电磁转矩。利用电磁转矩Ｔ。和负载转矩Ｔ。，通过加减积分环节，可以得到转速信号ｑ，求得的转速经过积分就可以得到转子位置信号。

４仿真结果

本文基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了交流异步电机控制系统的仿真模型并对该模型进行了仿真测试。电机参数如下：相电压Ｕ一２２０Ｖ，Ｒ。一４．１Ｑ，Ｒ，一２．５Ｄ，，

Ｌ。一０．５４５Ｈ，Ｌ，一０．５４２Ｈ，Ｌ。一０．５１０Ｈ，Ｊ一０．０４

ｋｇ ｒｆｌ２，ｎ。＝２。在ｔ一０．５Ｓ时突加负载Ｔｌ一５Ｎｍ，可

得系统转速、转矩分别如图６～７所示。

（下转第２００８）

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第２７卷

程序有：与主控制器通信模块，电流电压采样处理模于浙江某镇４８６只路灯集约化管理控制系统中，经半块，路灯光电耦合控制模块３个部分，通信模块采用年多的使用，系统稳定可靠，表明系统的设计是可行，ＩＮＴｌ中断服务程序。

有效的。该系统只要对监控中心的ＰＣ机与主控制器监控中心的ＰＣ机数据库管理，命令界面操作及的功能更进一步地扩展，完全可以用于大中城市大规故障地理位置显示用ＶＢ和ＧＩＳ开发。实现三大功模区域路灯的智能化控制。

能，一是路灯数据库的管理（包括编号，名称，材料，维参考文献

修记录，故障记录等数据）；二是命令操作，用键盘实现对每组路灯的开关设置，并即刻通过主控制器发送到［１］何立明．ＭＣＳ５１单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北京

从机上，实时完成对路灯的开关控制；三是故障地理位航空航天大学出版社，１９９０．

置线路图的绘制与显示，通过事先绘制的路灯地理位［２］李雨，丁鸿杰．双供电系统实时监控和自动切换装置的

置电子地图，当某一路灯发生故障，发来故障状态信息研制［Ｊ］．工业仪表与自动化装置，２００３，５：５８—６２．

时，能在ＰＣ机上准确及时地显示故障发生地点与原［３］

陈德桂．智能电器与电力质量监控［Ｊ］．低压电器，

因，便于维修。

２００４．３：２１—２５．

４结束语

该城镇路灯智能控制系统设计开发完成后，已用

（上接第２０００页）

出了一种基于Ｍａｔｌａｂ的交流异步电机矢量控制系统仿真建模的方法，将该方法应用于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下交流异步电机模型的设计，采用模块建模方法。仿真结果表明：波形符合实际，系统平稳运行，具有较好的静、动态特征。

参考文献

由仿真波形可以看出，在参考转速下，系统响应快速，［１］姜泓，赵洪恕．电力拖动交流调速系统［Ｍ］．武汉：华中

在ｔ一０．５ｓ时突加负载，转速发生突变，但是又能恢复科技大学出版社，１９９６．

到平衡状态，电磁转矩脉动有增大。仿真结果说明这［２］程卫国．ＭＡＴＬＡＢ５．３应用指南［Ｍ］．北京：人民邮电

种仿真模型建模方法的合理性和有效性。

出版社，１９９９．

５

结论

本文在分析交流异步电机数学模型的基础上，提

万　

方数据

基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘欢， 樊后世， 魏立峰， 王健， Liu Huan， Fan Houshi， Wei Lifeng， Wang Jian沈阳化工学院信息工程学院,沈阳,110142仪器仪表学报

CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT2006,27(z3)1次

参考文献(2条)

1.姜泓.赵洪恕 电力拖动交流调速系统 19962.程卫国.冯峰.姚东 MATLAB5.3应用指南 1999

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1. 魏伟.Wei Wei 基于SIMULINK异步电机矢量控制仿真实验研究[期刊论文]-实验技术与管理2009,26(1)

2. 张春喜.廖文建.王佳子.ZHANG Chun-xi.LIAO Wen-jian.WANG Jia-zi 异步电机SVPWM矢量控制仿真分析[期刊论文]-电机与控制学报2008,12(2)

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引证文献(1条)

1.金星.梁琦.王旭.闫冬梅 基于dsPIC的预冷水泵电机变频调速的控制[期刊论文]-电气自动化 2009(6)

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