感应电机直接转矩控制系统的仿真

感应电机直接转矩控制系统的仿真（江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122）摘要：通过异步电机直接转矩控制的基本原理和系统的基本构成的学习，在此基础上，运用Matlab／Simulink建立了各个模块的仿真模型，构建了直接转矩控制仿真系统，对直接转矩控制方法的特点及其存在的问题进行了仿真分析研究，验证了直接转矩控制系统的可行性.关键词：感应电机；直接转矩控制；Matlab/SimulinkTheSimulationofInductionMotorDirectTorqueControlSystemBasedonMatlab/Simulink（SchoolofIOT,JiangnanUniversity,Wuxi214122China）Abstract：Thebasicprincipleandsystemofdirecttorquecontrolforasynchronousmotorbasicstructurelearning,onthebasisofthis,usingtheMatlab/Simulinksimulationmodelwasestablishedforeachmodule,constructedthesimulationofdirecttorquecontrolsystem,thecharacteristicsofthedirecttorquecontrolmethodanditsexistingproblemsaresimulated,verifiedthefeasibilityofdirecttorquecontrolsystem.Keywords：intuctionmotor；directtorquecontrol；Matlab/Simulink1引言（Introduction）直接转矩控制系统简称DTC（DirectTorqueControl）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。SIMULINK是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。SIMULINK具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点SIMULINK已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SIMULINK。2直接转矩控制系统2.1基本原理直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s的幅值保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。2.1.1三相电动机异步电机的数学建模方法一般是把三相电动机转换成两相电动机，因为建立在-静止坐标系下的的异步电机状态方程与定、转子之间的夹角无关，可以方便地求出异步电机各状态变量。考虑到笼型电机转子侧电压为零，可建立异步电机在-静止坐标系下的数学模型如下：11122121()[()]rmmrrLiruLiriLiLdidtK11112212()[()]rmmrrdiLiruLiriLiLdtK11122122()[()]mrmrrLiruLiriLiLdidtK11112212()[()]mrmrrdiLiruLiriLiLdtK22112()mppLrriiiiLnnTDddtJ2mrsKLLL式中mL为定转子间的互感；11,uu为异步电机在,轴上定子电压分量；,srLL为定、转子自感；12,rr为定、转子电阻；pn为极对数；D为摩擦阻力矩系数。输出方程为：111122221221()rrepmiiiiiiiiTnLiiii根据如上两式，可以编写S-function模块，其结构图如图4所示。本实验使用的相关参数为：定转子互感255mLmH；转子电感258rLmH；定子电感258sLmH；定子电阻5.3sR；转子电阻5.3rR；定子额定频率50NfHz；极对数2pn；额定转速1410/minNnr；额定功率1.1NPkW；定子额定电压220NuV（Y连接）2.1.2两相静止坐标系数模异步电动机在两相静止坐标系（坐标系）下的数学模型是在任意速旋转坐标系下数学模型当转速等于零时的特例。当dqs=0时,dqr=,即转速的负值。数学模型由以下方程表述(1)电压矩阵方程：式中:sdu，squ，rdu，rqu——dq坐标定子电压与转子电压的两个分量；SR,rR——电阻；dqs,dqr——dq坐标系分别相对于定子,转子的角速度；sdi,sqi,rdi,rqi,mL,sL,rL——同上(2)磁链方程：式中:s，s，r，r——dq子磁链的两个分量；si,si,ri,ri——dq系下定子电流与转子电流的两个分量；mL——定子与转子同轴等效绕组间的互感；SL——定子等效两相绕组的自感；rL——转子等效两相绕组的自感；(3)电磁转矩方程：式中:eT——电动机转矩；pn——电动机极对数；mL,sqi,rdi,sdi,rqi——同上(4)运动方程eLpjdTTndt式中:LT——负载转矩；——电动机转速；J——电动机转动惯量；eT,pn——同上以上构成异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型2.2系统框图直接转矩控制系统原理图直接转矩控制系统图3仿真模型的构建PsiraPsirblsalsbPsisaPsisbpsir/psis1.5023psir*303.5W*TorquedPsisdTesectorSASBSCVoltageVetorchooseTLScopeP/NPsiraPsirbPsirangleK/PanglesectorAtomicSubsystem1UsaUsbTLWPsiraPsirblsalsbTeAcMotorTe*TedTeATRW*WTe*ASRPsisPsis*dPsisAPsiRSASBSCUsaUsb3/2transform3.1异步电机6Te5lsb4lsa3Psirb2Psira1WProduct3Product2Product1Product1sIntegrator41sIntegrator31sIntegrator21sIntegrator11sIntegrator-K-Gain94.3991Gain88.9819Gain70.9783Gain69.1718Gain52.603Gain48.9819Gain3-K-Gain215.5763Gain131.9596Gain129.1718Gain112.603Gain104.3991Gain10.9793GainAdd5Add4Add3Add2Add1Add3TL2Usb1Usa3.2磁链模型仿真模块1dTewpznormproddTe/22GainConvertDataTypeConversionAdd-dTe/22Te1Te*1dPsisdPhi2Psis*1Psis3.3磁链选择器1sectorSaturationRelationalOperator9=RelationalOperator8RelationalOperator7=RelationalOperator6RelationalOperator5=RelationalOperator4RelationalOperator3=RelationalOperator2RelationalOperator11=RelationalOperator10RelationalOperator1=RelationalOperatorORLogicalOperator5ANDLogicalOperator4ANDLogicalOperator3ANDLogicalOperator2ANDLogicalOperator1ANDLogicalOperator6Gain55Gain44Gain33Gain22Gain11GainConvertDataTypeConversion5ConvertDataTypeConversion4ConvertDataTypeConversion3ConvertDataTypeConversion2ConvertDataTypeConversion1ConvertDataTypeConversion-150Constant9-150Constant8150Constant7150Constant6150Constant590Constant390Constant2-30Constant12-90Constant11-90Constant1030Constant1-30Constant1angle3.4电压矢量选择3SC2SB1SAsbb0S-Function4sector3dTe2dPsis1Torque3.5两相坐标变换2Psisb1Psisa0.003976Gain30.97183Gain20.003976Gain10.97183GainAdd1Add4lsb3lsa2Psirb1Psira3.6K/P变换2angle1Psir1W*Product1Product2Gainatan(u)Fcn1sqrt(u)FcnDivideAdd1Add2Psirb1Psira3.7电流环1Te*Saturation1sIntegrator1Gain11Gain2W1W*3.83/2变换2Usb1Usaabcsin_cosdq0abc_to_dq0TransformationFreqSin_CoswtDiscreteVirtualPLL3SC2SB1SA4仿真结果及分析4.1磁链波形图4.2电流波形图0123456x104-150-100-500501001504.3转矩波形图0123456789-40-30-20-1001020304050604.4转速波形图01234567890204060801001201405心得体会通过这次课程设计，我对异步电机数学模型和直接转矩控制原理的进一步的学习，最重要的是作为一名自动化的学生，必须熟练掌握Matlab的基本使用方法，刚开始做设计时会有一些困难，首先对于模型的构建不是很熟悉，通过上网查阅资料了解到各个模型的内部结构，并将课本第六章进行了通读，可以算是做到了理论与实践的相互结合。虽然对于某些知识点的学习还不深刻，但基本了解了交流异步电机变频调速系统的直接转矩化的建模和仿真，使我收获颇控制方案进行的系统丰。参考文献(References)[1]阮毅陈伯时.电力拖动自动控制系统—运动控制系统-4版-.北京：机械工业出版社，2009.8一、[2]直接转矩控制系统的相关技术研究刘，永超--《中小型电机》2004第3期[3]李夙．异步电动机直接转矩控制[M]．北京．机械工业出版社，1994．1-25[4]基于MATLAB的异步电机直接转矩控制系统仿真，高辉李翔江明陈其工--《机电工程》2007第3期[5]转矩滞环幅值可调的直接转矩控制方法研究，高圣伟蔡燕汪友华张闯--《天津工业大学学报》2010第3期[6]直接转矩控制电励磁同步电机初始转子位置估计，周扬忠胡育文黄文新--《电工技术学报》2007第12期