异步电动机直接转矩matlab仿真,异步电动机直接转矩控制系统的MATLAB仿真
0引言1985年,德国鲁尔大学Depenbrock教授首次提出直接转矩控制理论。直接转矩控制(DirectTorqueControl,DTC)的基本思想是通过控制电机的瞬时电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度,从而达到直接控制电机输出的目的。近20年以来,直接转矩控制理论以它简明的系统结构,优良的静、动态性能得到迅猛发展和应用。MATLAB是国际控制界应用最广泛的计算机软件,具有强大的矩阵运算能力和完美的图形可视功能。Simulink是MATLAB的一个应用工具箱,可用来对动态系统进行建模、仿真和分析。笔者利用MATLAB/Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统动态过程建立仿真模型,并对控制方案进行仿真研究。1直接转矩控制系统原理图1为异步电机直接转矩控制系统。直接转矩控制(DTC)是交流传动系统中一种新型的、具有高性能的交流调速技术,它强调的是对转矩的直接控制。根据异步电动机转矩公式可知转矩的大小由定、转子磁链的幅值和磁通角(定、转子磁链矢量的夹角)决定。转子磁链的幅值是由负载决定的,在直接转矩控制中一般不考虑,这样在保持定子磁链的幅值稳定的情况下,通过调整磁通角就可以保证转矩始终在容差范围内波动。由于定子磁链空间矢量的运行轨迹以及磁通角的大小都受定子电压空间矢量的影响,所以合理地安排电压空间矢量是保证转矩稳定的关键。直接转矩控制系统中,电压空间矢量的选取一般是通过查表的方式完成的。电压空间矢量表根据磁链调节信号、转矩调节信号以及磁链所在扇区的扇区号给出合理的电压空间矢量,以保证转矩和磁链幅值的稳定。两电平逆变器可产生8个不同的电压空间矢量,分别对应逆变器的8种开关状态。通过不同的电压空间矢量的选取,就可以改变逆变器的开关状态,也就改变了异步电动机的输入电压,从而实现对异步电动机直接转矩的控制。也就是说,直接转矩控制是用空间矢量的分析方法直接在定子坐标系中计算定子磁链和转矩,由磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号,对逆变器的开关状态进行最佳选择。2直接转矩控制系统仿真模型系统的仿真模型将在MATLAB65中进行。这里利用了MATLAB提供的Simulink仿真模块及其附带的各种工具箱,使得建立仿真模型既快捷又方便。最终建立的系统仿真模型如图2所示。可以看出,仿真模型的结构与图1所示的系统原理是基本吻合的。图2的上部分属于系统的主回路部分,也就是强电部分,其中主要包括逆变器模块、异步电机模块以及测量模块。得益于Simulink提供的SimPowerSystems模块库,这一部分模型实现起来极大简化,只需要简单地设置一些参数即可。这里使用了模型库中提供的标准VSI逆变器模块、异步电机模块、电源模块和测量模块。图2的下半部分是控制部分,属于弱电部分。DTC算法在这一部分中实现。在实际系统中,通常在DSP中完成。控制部分大体分为六个模块:电流电压变换模块、磁链与转矩的估算模块、磁链和转矩调节器、位置判断模块,逆变器开关状态模块以及PI速度控制器模块。21磁链、转矩观测器磁链观测器采用定子磁链的U-N模型,通过检测出定子电压、电流和转速计算出定子磁链,即s=Us-IsRs。(1)根据定子电流、定子磁链,可以计算出电磁转矩,即Te=32pn(sIs-sIs)。(2)根据式(1)、(2)可以构成磁链、转矩观测器仿真模型,如图2中的磁链模型和转矩模型。22磁链、转矩调节器传统的直接转矩控制是使定子磁链运动为一个六边形,它控制过程简单,开关频率低,但转矩脉动大。为了使电动机的动态性能改善,笔者采用的是使定子磁链的轨迹近似为一圆形的控制方法。
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