异步电机矢量控制.docx

基于Matlab／Simulink异步电机矢量控制系统仿真
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（江南大学物联网工程学院无锡·中国214122）
摘要：在分析了交流异步电动机数学模型和矢量控制理论的基础上，利用Matlab仿真软件对异步电机转差频率间接矢量控制系统进行了建模和仿真研究．给出了整个系统的仿真模型和仿真波形图，通过仿真结果。验证了所采用的矢量控制方法和仿真方法是正确和有效的．
关键词：交流异步电动机；转差频率；矢量控制；计算机仿真
中图分类号：TM30文献标识码：A
Abstract：BasedonthemathematicalmodelofACasynchronismmotorandvectorcontroltheory，avectorcontrolsystembasedonslipfrequencyindirectvectorcontrolsystemwasmodeled．Thispapergivesawholesystemsimulationmodelandwaveforms．Investigatedwithsimulation，theresultsprovethatthecontrolmethodiscorrect．
Keywords：ACasynchronismmotor；slipfrequency；vectorcontrol；computersimulation
1引言
因其结构简单、可靠性、高性能、优良输出、转矩大等特点，交流异步电机应用广泛，且随着交流异步电机应用领域的不断拓宽，对电机控制系统的设计要求越来越高，既要考虑成本低廉、控制算法合理，又需兼顾控制性能好、开发周期短等特点。因此如何建立有效的交流异步电机控制系统的仿真模型，成为电机控制算法设计人员迫切需要解决的关键问题。
本文在分析交流异步电机数学模型的基础上，借助于Matlab强大的仿真建模能力，利用Simulink中内含的功能元件，提出了一种基于Matlab/Simulink建立交流异步电机转差频率间接矢量控制系统仿真模型的新方法。其基本思想是将交流感应电机控制系统的功能单元模块化，在Matlab/Simulink中建立独立的功能模块：由给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节组成，方法简捷，效果理想。仿真结果证明了该种新型建模方法的快速性和有效性。
2交流异步电机的数学模型
异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
假设条件：
（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；
（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的；
（3）忽略铁心损耗；
（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

2.1电压方程
三相定子绕组的电压平衡方程为

与此相应，三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为

式中：
uA,uB,uC,ua,ub,uc—定子和转子相电压的瞬时值；
A,iiB,iC,ia,ib,ic—定子和转子相电流的瞬时值；
YA,YB,YC,Ya,Yb,Yc—各相绕组的全磁链；
Rs,Rr—定子和转子绕组电阻。
上述各量都已折算到定子侧，为了简单起见，表示折算的上角标“’”均省略，以下同此。
2.2磁链方程
每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕组的磁链可表达为

或写成
式中，L是6×6电感矩阵，其中对角线元素LAA，LBB，LCC，Laa，Lbb，Lcc是各有关绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。
实际上，与电机绕组交链的磁通主要只有两类：一类是穿过气隙的相间互感磁通，另一类是只与一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通，前者是主要的。
电磁转矩方程（2-1）
式中——电机极对数，q——角位移
运动方程（2-2）
式中Te——电磁转矩；——负载转矩；——电机机械角速度；J——转动惯量。
3交流异步电动机矢量控制原理
3．1矢量控制系统的基本思路
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/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流ia、ib，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im和it。
如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通Fr就是等效直流电机的磁通，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T绕组相当于伪静止的电枢绕组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。
把上述等效关系用结构图的形式画出来，便得到下图3-1。

图3-1异步电动机的坐标变换结构图
3/2——三相/两相变换;VR——同步旋转变换;
j——M轴与a轴（A轴）的夹角
从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转