矢量控制系统仿真课程设计.doc

矢量控制系统仿真课程设计初始条件：根据转差频率矢量控制系统原理图设计相应的simulink仿真模型，电机参数为：额定功率power=2.2KW,线电压,额定频率；定子电阻,漏感;转子电阻,漏感;互感,转动惯量,极对数,其余参数为0。规定完毕的重要任务:（1）用MATLAB建立矢量控制系统仿真模型；（2）根据仿真结果分析起动时定子电流励磁分量和转矩分量；（3）根据仿真结果分析起动时转速与转子磁链。摘要由于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。假如把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简朴模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。并用MATLAB最终得到了仿真结果。关键词：矢量控制非线性MATLAB仿真矢量控制系统仿真1设计条件及任务1.1设计条件根据转差频率矢量控制系统原理图设计相应的simulink仿真模型，电机参数为：额定功率power=2.2KW,线电压,额定频率；定子电阻,漏感;转子电阻,漏感;互感,转动惯量,极对数,其余参数为0。1.2设计任务（1）用MATLAB建立矢量控制系统仿真模型；（2）根据仿真结果分析起动时定子电流励磁分量和转矩分量；（3）根据仿真结果分析起动时转速与转子磁链。2异步电动机矢量控制原理及基本方程式2.1矢量控制基本原理矢量控制系统的基本思绪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,以达成直流电机的控制效果。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相应量，以实行控制。其中档效的直流电动机模型如图2-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流,通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流和再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流和。m绕组相称于直流电动机的励磁绕组，相称于励磁电流，t绕组相称于电枢绕组，相称于与转矩成正比的电枢电流。其中矢量控制系统原理结构图如图2-2所示。图2-1异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型图2-2矢量控制系统原理结构图通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量和转矩分量，转子磁链仅由定子电流分量产生，而电磁转矩正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图2-3所示。图2-3简化后的等效直流调速系统2.2按转子磁链定向的基本方程异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型涉及电压方程、磁链方程和电磁转矩方程。分别如下:（2-1）（2-2）（2-3）当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时,应有（2-4）（2-5）得到dq坐标系的状态方程（2-6）得到旋转角速度：（2-7）得到电磁转矩表达式：（2-8）得到转子磁链表达式：（2-9）式中:为同步转速；为转子转速；为电压；为磁链；为电流；电阻；为电感；为极对数；为转子时间常数且；为电动机漏磁系数且；为微分因子。表达定子；表达转子；表达轴；表达轴；表达同轴定、转子间的互感。3坐标变换3.1坐标变换原理由于异步电动机三相原始动态数学模型相称复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难。在实际应用中必须予以简化，由于直流电动机的主磁通基本上由励磁绕组的励磁电流决定，这是直流电动机的数学模型及其控制系统比较简朴的主线因素。假如能将交流电动机的物理模型等效地变换成类似直流电动机的模式，分析和控制就可以大大简化。所以，三相绕组可以用互相独立的两相正交对称绕组等效代替，等效的原则是产生的磁动势相等。其中图3-1和图3-2分别为三相坐标系和两相坐标系物理模型和静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型。图3-1三相坐标系和两相坐标系物理模型图3-2静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型三相绕组A、B、C和两相绕组之间的变换，称作三相坐标系和两相正交坐标系间的变换，简称3/2变换。图3-3中绘出ABC和两个坐标系中的磁动势矢量，将两个坐标系原点重合，并使A轴和轴重合。设三相绕组每相有效匝数为，两相绕组每相有效匝数为按磁动势相等的原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组在，轴上的投影都应相等。图3-3三相坐标系和两相正交坐标系中的磁动势矢量因此，（3-1）（3-2）写成