交流异步电机矢量控制系统仿真与实验研究

- X
- Y
另外定义 :
taon
P WM PRD - t1 - t2 = 2
tbon = taon + t1 tcon = tbon + t2
( 12 )
由以上数学模型组成 SV PWM 矢量控制系统框图
D SP内相应的寄存器设置如表 2。
表 2 DSP内比较寄存器的设置
扇区 N
CMPR1 CMPR2 CMPR3 1
图 2 矢量控制调速系统框图
图 2 中标有 3 号的控制量为指令值 , 其它为实际 值 。本次搭建成系统中图 2 所示转速调节器和电流调 节器均为 P I调节器 。
产生的磁动势沿气隙四周正弦分布 ;
b. 忽略磁路饱和 ,绕组的自感和互感是线性的 ; c. 忽略铁耗的影响 。
3 控制系统仿真分析
根据上述的模型 , 利用 M atlab / sim ulink 建立了矢 量控制变频调速仿真模型如图 3 示 ,仿真参数为 : 感应 电动机参数设置如下 :电压 380 V , 50 Hz, 2 对极 , R s = 01435 Ω , L1 s = 2 mH , R r = 01816 Ω , L1 r = 2 mH , Lm =
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机床电器 200814
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应时间快 ;从负载突变时的响应曲线可知 ,系统具有良 好的抗干扰性能 。从发展趋势看矢量控制变频调速系 统完全可达到或超过直流电机的控制指标和性能 。在 矢量控制系统中 ,由于励磁电流环采用了闭环控制 ,保 证了异步电动机有合适的磁场 ,因此 ,矢量控制是有很 好应用前景的交流调速控制方式 。
件对电压源型 SVPWM 交流调速系统进行了仿真 ,给出了仿真结果 ,在此基础上用 T M S320LF2407 为控制芯片搭建了 实验平台并进行了实验研究 ,给出了实验结果 。 关键词 : SVPWM; M atlab; 矢量控制 ; 转子磁链定向
+ 中图分类号 : T M3431 2; TP39119 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0420 ( 2008 ) 04 - 0005 - 04
图 5 空载起动时的转速波形
示波器定标 : 时间 : 250 m s/格 ; 速度 : 400 r/m in /格 ; 定 子电流 : 2 A /格 ; 由图可见 ,启动时间大约需 1125 s,启 动电流比稳态时大约大 2 倍 。
在检测感应电动机恒定负载下变频调速特性时 , 感应电动机空载起动 , 在 017 s加载 45 N ・m 恒定负
图 7 带恒定负载调速时的转速波形
图 8 带载起动时的电流波形
4 系统实验分析
基于前面的分析 ,搭建了实验平台并进行了实验 , 实验电机的额定转速为 1 440 r/m in, 频率 50 Hz, 额定 电流 9 A ,图 9 是空载启动时定子电流和转速曲线的波 形 ,图中波形 1 为定子电流波形 ,波形 2 为速度波形 ,
图 6 空载起动时的定子电流波形 图 3 矢量控制仿真模型
图 4 P I调节器仿真结构图
系统首先须检测起动性能 ,观察转速及启动电流 是否满足要求 。图 5 为空载起动过程中的转速波形 , 图 6 为动态过程的定子电流波形 。由于 A TR 和 Ap siR 都是带限幅的 P I调节器 ,在启动过程中两个调节器都 处于饱和限幅转态 , 因此定子电流的转矩和励磁分量 都保持不变 ,定子电流给定值也不变 ,故在启动过程中 基本达到了恒流启动 ,没有电流冲击 。在图 5 中可见 , 系统先空载起动 , 0152 s达到稳定转速 ; 由图 6 知 , 系 统起动电流为稳态电流的 2 倍左右 ;由仿真曲线可见 , 系统动态性能好 ,响应快 ,稳态精度高 ,电流波形好 。
0 引言
随着现代电力电子技术和微处理器的发展 , 电机 控制技术得到了快速发展 , 交流调速系统利用 FOC (磁场定向矢量控制 ) 和 D TC (直接转矩控制 ) 的性能 可以和直流传动相媲美 。目前 ,在交流调速方案中应 用适合于电机控制的 DSP 作为控制芯片 ,可使系统朝 着高可靠 、 高性能和维护方便的全数字化方向发展 。 系统具有控制精度高 、 实时性强 、 硬件简单 、 软件编程 容易等优点 。本文论述了 SV PWM 调制原理 , 推导了
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机床电器 200814
研究 ・ 开发
交流异步电机矢量控制系统仿真与实验研究
胡学芝 (黄石理工学院 , 435003 )
摘要 : 建立了三相异步电动机在旋转坐标系下的数学模型 ,论述了空间矢量脉宽调制技术原理 。利用 M atlab 软
214 转差频率 ωs 与转矩间关系为 :
ωs = pm
6 - Y - Z
1
Z Y
2
Y
3 - Z
X
4 -X
Z
5
X
ψ2 2
Te
( 11 )
式中 : R1 , R2 为定子和转子等效电阻 ; p为微分算 子 ; pm 为电机极对数 ; um 1 ; ut1 为定子在 M - T 轴上的 电压分量 ; im 1 , it1 , im 2 , it2为定子和转子电流在 M - T 轴 上的电流分量 ; Te 为电磁转矩 ; 转差频率为 : ωs =ω1 - ω = ω s 1 如图 2 所示 。
211 电压方程 :
um 1 R1 + Ls p
[3 ]
。即 ψ2 =ψ m 2 , ψt2 = 0, 因转子绕组短路 ,
故 : um 2 = ut2 = 0,这样异步电机在 M - T 坐标系下的数
410 V。
调节器 A SR , ATR , Ap siR 均用 P I调节器 , 其仿真
-ω Ls 0 0
B : = 1, 否则 B : = 0; 如果 vc > 0, 则 C: = 1, 否则 C: = 0;
212 磁链方程 :
ψ m1 ψt1 ψ m2 ψt2
213 转矩方程 : =
Ls Ls Lm Lm
Lm Lm Lr Lr Lm it1ψ2 Lr R2
i m1 it1 i m2 it2 ( 9)
Research on the si m ula tion and exper i m en t of AC a synchronous m otor vector con trol system
HU Xue 2zhi ( Huangshi Institute of Technology, 435003 )
ut1
0 0
=
- ω1 Ls R1 +Ls p ω1 Lm
Lm p R2 +L r p
0
R2
分器限幅为 : 40 ～ - 40; Ap siR: Gain = 118, Ga in1 = 100,积 分器限幅为 : 15 ～ - 15,积分器限幅为 : 14 ～ - 14。
ωs Lm
ωs L r
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Abstract: The mathematical model of three 2 phase asynchronous motor in rotating coordinate system is established, and PWM technology of space vector is discussed. The sim ulation of voltage source SVPWM Frequency2varying and speed2adjus2 ting system based on M atlab is made, the results are given. Based on theory and research, the experim ent system is construc2 ted w ith T M S320LF2407A as the p rocessor, and the experi m ent is done, then the result is given. Key words: SVPWM; M atlab; vector control; rotating coordinate system
Lm p
-ω Lm
Lm p
i m1 it1 i m2 it2 ( 8)
模型如图 4 示 ,所选参数为 : A SR: Gain = 60, Gain1 = 018, 积分器限幅为 : 75 ～ - 75, 积分器限幅为 : 95 ～ - 95;
ATR: Gain = 415, Gain1 = 12,积分器限幅为 : 60 ～ - 60,积
参考文献 : 图 9 空载启动时定子电流和转速曲线的波形
[1] 朱 涛 ,等 . 基于交流异步电动机的矢量控制的高性能
5 结束语
本文建立了矢量控制系统在 M - T 坐标系上的数 学模型 ,对 SV PWM 矢量控制原理进行了详尽的分析 , 利用 SV PWM 控制 ,实现转子磁链定向控制 ,最后建立 了矢量控制的仿真模型 , 模型中采用了速度 P I调节 器 ,磁链电流 P I调节器和转矩电流 P I调节器三个调 节器 ,分别对转速 、 磁链电流和转矩电流进行控制 。仿 真结果表明 :本文所用的变频调速矢量控制算法是成 功的 ,从起动过程的曲线可见 ,系统动态性能优良 ,响
1 电压空间矢量控制原理及 SVPWM
图 1 空间矢量图
波形的产生
在目前的 PWM 调制方法中 , 空间矢量调制法可 以获得更高的直流电压利用率和更低的输出谐波 , 因 而受到广泛的应用 。另外 ,由于目前 2000 系列 D SP内 部都有空间矢量发生器 , 从而使得这一调制方法应用
为了便于计算扇区 ,定义下列各量 :