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异步电动机直接转矩控制离散系统的建模和仿真

作者:时间:2009-02-10来源:网络收藏
1985年,德国鲁尔大学教授Depenbrock和日本学者Takahashi提出了转矩理论,由于它定子磁链空间向量和电磁转矩,使得得以简化,并且提高了快速相应能力。转矩控制不仅拓宽了向量控制理论,同时促进了电机现代控制技术的进一步发展。
SIMUUNK是提供用来对动态进行、分析的软件包。SIMULINK包含许多模块库,利用这些模块库可以很方便的进行复杂构建与分析,为研究者提供了一个实用的平台。本文对基于/SIMULINK的直接转矩控制系统仿真模型做出分析和介绍。

l 异步电机的数学模型
1.1 三相变两相的物理意义
原来匝数为W1的ABC三相绕组,用每相匝数为且空间位置互差90°的X、Y两相绕组替代,其中X轴与A轴夹角为θ,在X轴上ix产生的磁势应等于ABC三相电流产生的磁势在轴上的投影之和。
1.2 三相异步电机在α-β静止坐标系下的电压、磁链方程:
电机电压方程为:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/163965.htm


则电压方程的矩阵形式为:


式中usα、usβ、isα、isβ分别是定子在α、β轴上电压、电流分量;urα、urβ、irα、irβ分别是转子在α、β轴上的电压、电流分量;ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分别是定子、转子在α、β轴的磁链;Ls、Lr、Lm分别是定子绕组、转子绕组及电机励磁电感;P为微分算子;ωr是转子的角速度。
1.3 电机的转矩方程


Te为电机的电磁转矩;np为电机的极对数。
1.4 电机的运动方程


TL为负载转矩;J为电机转子和系统的转动惯量。
根据异步电机的数学模型,利用SIMULINK的基本模块及电机模块搭建异步电机的仿真模型。

2 建立仿真模型
2.1 直接转矩控制基本原理
定子、转子磁链以及电磁转矩可表示为:


在直接转矩控制中,当定子磁链矢量ψs快速变化时,在很短暂时间内,可认为ψr不变,因此可以通过改变外加电压矢量快速改变ψs,使定子磁链幅值|ψs|保持不变,同时控制定子磁链和转子磁链的夹角θ,由式(6)可知,控制θ,实质上是控制电磁转矩,即实现了转矩的直接控制。
图1所示为直接转矩控制的系统框图,包括异步电机模型、转矩和磁链观测器,滞环比较器,开关矢量选择器和逆变器等部分。通过滞环比较得到调节信号,结合磁链位置信号SN和开关矢量选择表,查表获取此刻应作用于电机的电压矢量,从而实现电机的直接转矩控制。

2.2 开关电压矢量的合理选择
逆变器不同的开关状态可产生如图2中所示的u1~u6及u7,u8两个零矢量。基于便于控制的考虑,把定子磁链所在空间位置划分为①~⑥区间,总共六个扇区。


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