交流异步电机矢量控制(四)——simulink仿真搭建
前言:前面的三篇文章已将理论部分基本分析完了,下阶段就是对异步电机的矢量控制仿真模型进行搭建,结合前面梳理的理论知识看看矢量控制是不是那回事儿,能不能够实现这个转矩、电流和转速三个指标的控制,另外,验证第三篇磁场定向中转子磁链观测器是否能够实现磁链观测呢?
针对以上问题,本篇博客解决的目标问题:异步电机矢量控制仿真模型搭建
需要这个博客相关资料的,博客私聊我发我邮箱,请勿评论留下个人信息,避免信息泄露,看到就会发过去滴!
1 仿真模型原理框图
仿真的整体框图,下面就是对每个模块的理论与仿真的对应过程。这个结构比较简单,但是这个里面涉及的理论知识每一步实现还是有些东西的。
1.1 电机模型及其参数设置
异步电机的英文为 Asynchronous Machine ,在 Simulink Library Browser 里面搜索Asynchronous Machine SI Unit。把他添加至模型中,模型参数如下图所示。 这里就是设置电机参数的地方,拿到一个电机参数,把他的额定功率、额定电压、额定频率,电感电阻什么的设置好了,这控制对象就有了,后面就可以对他进行控制了。
1.2 三相/两相坐标变换模块
首先是三相/两相静止坐标变化,按照等功率变换,坐标变换的公式如下所示。这个是前面的文章,具体的推导过程传送入口:交流异步电机矢量控制(一)——电机模型及其坐标变换https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/123008450?spm=1001.2014.3001.5502
模型搭建如下所示:
1.3 两相静止/两相旋转坐标变换
然后是两相静止/两相旋转坐标变换,按照两相静止/两相旋转的坐标变换公式,公式如下所示:
模型搭建如下,然后后面还有逆park变换,咱们就把这里面的方程用后面的矩阵替代了就行嘞。
1.4 转子磁链观测模块
转子磁链观测可以说是模型搭建最关键的一个模块了,因为转子磁链角要用来做坐标变换,矢量控制实现的好不好就看这个角观测准不准了,另一个就是这个地方有些难理解一下。具体的磁场定向原理推导传送入口:交流异步电机矢量控制(三)——磁场定向https://blog.csdn.net/sy243772901/article/details/123067981?spm=1001.2014.3001.5501
磁链方程与电压方程联立即可得到转子磁链和转差频率的表达式:(这里m=d,t=q。推导大家有不会的可以评论留言,私信发你们推导过程)
式中 taor = Lr/Rr 为转子时间常数。根据转子磁链的公式,可以搭建同步旋转坐标系下的转子磁链观测器模型,观测器结构如下图所示:
其建立的原理是:三相定子电流经过三相/两相静止坐标变换得到 isalpha 和 isbeta,再按转子磁链定向,经过同步旋转坐标变换后得到 isd 与 isq。利用磁场定向方程即可获得转子磁链 和 转差频率 wsl。wsl 与实际测得的转速信号 wr 相加即可求得定子同步角速度 ws,对其进行积分运算即可得到转子磁链的瞬时空间角度 theta,从而完成转子磁链定向。
仿真模型搭建的结构,这个结构是我封装了的,Lm就是互感,Tr = Lr/Rr,Pn是极对数。想要省力的同志下面邮箱就行,我把搭建好的和一些分析直接给你发过去。
1.5 PI调节器
双闭环里面就是有转速调节器和电流调节器,调节器其实就是PI这种结构,由这个P环节和I环节共同组成,其仿真模块的搭建如下图所示,这个其实比较简单哈,就是需要注意后面加个限幅。
1.6 SVPWM发波模块
在控制部分搭建好了之后,就发波模块的搭建,也就是SVPWM模块的搭建了。这个东西呢,他里面包含的内容就很多,原理也是好多地方有说,咱们就直接点,直接把模块搭建过程和组成直接摆上来。具体的SVPWM解释文档直接去我上传的文件里面下载,都是0积分下载的。
1.6.1 SVPWM模块整体结构
1.6.2 基础矢量时间计算模块
1.6.3 扇区计算模块
1.6.4 基本矢量作用时间分配模块
1.6.5 电平切换时间计算
1.6.6 PWM脉冲生成模块
1.6.6 PI参数的简单计算
仿真条件:直流测电压600V,PWM开关频率10kHz,采样周期10us。
依据电流环带宽和电机时间常数有关系,即时间常数
带宽
选取转速环带宽为:
各个参数求解如下:
电流环参数计算:
PI参数的计算:
转速环PI参数的计算:
注意:计算出来的PI参数有时候不是最优质的,在仿真过程中,可以进行调试以达到最优的效果
经过调试,
转速环: P=0.5,I=10
电流环: D :P=3 I=120
Q:P=1 I=220
总结:
犹豫模块比较多,所以篇幅比较长点。到这里,模型里面的关键模块就都搭建完按了,大家按照原理框图组装一下就可以了,搭建这个模型大概需要1-2天的时间,建议可以先自己搭建试试。如果遇到了问题,可以把邮箱留在评论,我看到就发过去。下面呢是前面几篇理论知识的传送入口,搭建过程中和这些理论对应着搞,就比较透彻了。PI参数大家带进去直接用就行了,如果要换个电机参数也基本是按照上面公式进行计算就可以了。
其实啊,到这里如果搭建出来了模型,并且把仿真效果跑出来了,这个内心的成就感呀,一下就来了,这个东西一下就变得有意思了,这个相对于搞这个实验我感觉是非常有趣味的,搞实验有时候跑的不好IGBT炸了,炸得自己脑袋懵懵的,这个不会炸!!!
综上,本篇博客解决的目标问题:异步电机矢量控制仿真模型搭建。解决完成,觉得还不错的话来个一键三~连。
系列文章传送门:
1、交流异步电机矢量控制(一)——电机模型及其坐标变换
2、交流异步电机矢量控制(二)——矢量控制原理
3、交流异步电机矢量控制(三)——磁场定向
4、交流异步电机矢量控制(四)——simulink仿真搭建
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