1、異步電動機矢量控制系統的仿真研究摘要：本文根據異步電動機矢量控制的基本原理，基于Matlab軟件構造了按轉子磁場定向的 矢量控制系統的仿真模型。通過仿真試驗驗證了模型的正確性，結果表明所建立的調速系統 具有良好的動態性能，實現了系統的解耦控制。關鍵詞：異步電動機矢量控制Matlab仿真Simulation of Vector Control System for Asynchronous MotorAbstract:According to the basic principles of induction motor vector control， this paper constructs

2、simulation 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; matla

3、b simulation（1）u0引言異步電動機具有非線性、強耦合、多變 量的性質，要獲得良好的調速性能，必須從 其動態模型出發，分析異步電動機的轉矩和 磁鏈控制規律，研究高性能異步電動機的調 速方案。矢量控制就是基于動態模型的高性 能的交流電動機調速系統的控制方案之一。 所謂矢量控制，就是通過矢量變換和按轉子 磁鏈定向，得到等效直流電動機模型，在按 轉子磁鏈定向坐標系中，用直流電動機的方 法控制電磁轉矩與磁鏈，然后將轉子磁鏈定 向坐標系中的控制量經變換得到三相坐標 系的對應量，以實施控制。1異步電動機矢量控制原理及基本 方程式1.1基本公式矢量控制系統的基本思路是以產生相 同的旋轉磁動勢為準

4、則，將異步電動機在靜止三相坐標系上的定子交流電流通過坐標 變換等效成同步旋轉坐標系上的直流電流, 并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解 耦控制，以達到直流電機的控制效果。異步電 動機在兩相同步旋轉坐標系上的數學模型 包括電壓方程、磁鏈方程和電磁轉矩方程。分別如下：usduR + LPLLPLiss1 sm1 msdLR + LPLLPi1 sss1 mmsqLPLR+ LPLim1 mrrsrrd LLP LR + LPismmsrrrrqW 一 L0L0 _i1sdsmsdw0L0Lisqsmsqw ,L0L0irdmrrdw0L0L_irqmrrqT =n L (ii-ii )epm s

5、qrdsdrq（2）（3）普ru-rq -1當兩相同步旋轉坐標系按轉子磁鏈定向時，應有Wrd =W, w rq = 0即得:T = nLmi Wri _ 1 + TP sd L rmL TOC o 1-5 h z W _ mir 1 + TP sdr HYPERLINK l bookmark42 o Current Document L. HYPERLINK l bookmark51 o Current Document w _is T W sqr r（4）（5）（6）（7）式中：w為同步轉速；w為轉子轉速;w s為轉差角速度；u為電壓；W為磁鏈；i為電流；R電阻；L為電感；np為極對 d數；

6、Tr為轉子時間常數；P _ d為微分因 子。s表示定子；r表示轉子；d表示d軸; q表示q軸；m表示同軸定、轉子間的互感。1.2解耦問題為了使兩個子系統完全解耦，除了坐標 變換以外，還應設法消除或抑制轉子磁鏈 pr對電磁轉矩Te的影響。把ASR的輸出信 號除以W r，當控制器的坐標反變換與電機 中的坐標變換對消，且變頻器的滯后作用可 以忽略時，此處的兩個子系統就完全解耦 了。這時，帶除法環節的矢量控制系統可以 看成是兩個獨立的線性子系統。其結構圖如 圖1：異虜電動機欠景交 換模型圖1.解耦矢量控制系統2仿真模型2.1空間矢量的坐標變換矢量變換是簡化交流電動機復雜模型 的重要數學方法，是交流電動

7、機矢量控制的 基礎。矢量變換包括三相靜止坐標系和兩相 靜止坐標系的變換，兩相靜止坐標系和兩相 旋轉坐標系的變換，以及直角坐標和極坐標 的變換等。2.1.1三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系的 變換（簡稱3s/2s變換）在交流電動機中三相對稱繞組通以三 相對稱電流可以在電動機氣隙中產生空間 旋轉的磁場，在功率不變的條件下，按磁動 勢相等的原則，三相對稱繞組產生的空間旋 轉磁場可以用兩相對稱繞組來等效，三相靜 止坐標系和兩相靜止坐標系的變換則建立 了磁動勢不變情況下，三相繞組和兩相繞組 電壓、電流和磁動勢之間的關系。設為兩相 對稱繞組的電流，為三相對稱繞組的電流，它 們之間的變換關系為：iiPi023

8、01_、212仕2131223.21_- 2iiAAi=C iB32Bii1- C Jc(8)（1）式中，是便于逆變換而增加的一相零 序分量。C3/2為3s/2s變換矩陣。2.1.2兩相靜止坐標系和兩相旋轉坐標系的變換（簡稱2s/2r變換）兩相靜止繞組，通以兩相平衡交流電流，產生旋轉磁動勢。如果令兩相繞組轉起來，且旋轉角速度等于合成磁動勢的旋轉角速度，則兩相繞組通以直流電流就產生空間旋轉磁動勢。從兩相靜止坐標系到兩相旋轉坐標系的變換，稱為兩相旋轉一兩相靜止變換，簡稱C變換。其變換關系為:cos9 一 sin9 isin 9 cos9 “（9）式中，為d-q坐標系d軸與坐標系 軸之間的夾角，是d

9、-q旋轉坐標系的旋轉角 速度。為兩相旋轉到兩相靜止坐標系的變換i 1a=iL p Ji.d iq(9)矩陣。即cos 9 一 sin 9 sin 9 cos 9(10)對（3 ）式進行逆變換可以得到兩相靜止到兩相旋轉的變換矩陣為C 2 / = C 2/2r2 scos 9sin 9sin 9cos 9(11)2.1.3三相靜止坐標系和兩相旋轉坐標系的變換在得到三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換和兩相靜止到兩相旋轉的變換矩陣后，也可以得到三相靜止坐標系到兩相任意旋轉坐標系的變換i。iPi0=C2 s 2riiPi0=C C2 s 3 s 2r2 si.AiBiCiAiBiL C(12)式中，三

10、相靜止坐標系到兩相任意旋轉坐標系的變換矩陣為cos9一 sin 9-1-2cos(9 120。)sin(9120。)_1-2cos(9 +120。)sin(9 +120。)工- 2(13)相應的兩相任意旋轉坐標系到三相靜止坐標系的變換矩陣為2.3cos叩一120。）cos聊+120。)sin(中一120。)sin聊+120。)由山1-cnI -sln(L)Pmd j(!)FE 皿 Fe衛 布11-：21（14）Frodu口崎:urn2 ix圖2 C2r/3s仿真模型2.2建立dq坐標系下，電機模型dq坐標系下，可得異步電機的基本公式：Te = n 也(i V - i V )p Lr sq rd

11、 -e e J dwTe T =r-L n dtpsd rq(15)(16)i = sd VmsdLs + RrdLLs + Ri =U VsqLs + RrqLLs + Rscsscs(17)(18)= (i L RrdR+ L ssdm1= 1(i L RrqR+ L ssqmr(19)(20)圖3異步電機仿真模型2.3建立整個系統仿真模型圖4系統仿真模型給定轉速 w=120100，Flux=0.5ACR中調節器各個參數為：Ki=10，Ti=0.1，限幅為-1010。3仿真參數及仿真結果3.1仿真參數交流異步電機模型各個參數如下：Lsc=9.136，Rs=9.53，Lr=0.505，Lm=0.447, Rr=5.619, TL=2, np=2, J=0.00263.2仿真結果(1) wr仿真曲線(2) flux仿真曲線MATLAB環境下的SIMULINK仿真工具,(3) Ia, Ib, Ic仿真曲線可以快速地完成一個電動機控制系統的建100-10, 摸、仿真。且無須編程，仿真直觀、方便、靈 活。對于開發和研究交流傳動系統有著十分1哪郵螺瞄*臨帥