基于MATLAB的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真

科技论坛基于MATLAB 的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真

常伟

（华北电力大学电气学院，北京100043）

1概述

异步电机是一个高阶、非线性、强藕合的多变量系统，数学模型比较

复杂。本文利用M ATLAB /Simulink 软件对异步电动机转子磁场定向控

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。按转子磁

场定向的矢量控制系统是已经获得实际应用的高性能调速系统，控制思

想是在转子磁场定向的基础上,经过一系列的坐标变换,实现将三相异步

电机像直流电机一样对磁场和转矩的解耦控制,注重转矩与转子磁链的

解耦，实行连续控制，可获得较宽的调速范围，使异步电机的动静态性能

有很大提高，所以，异步电机矢量控制技术已被广泛应用于高性能异步

电机调速系统中。

2异步电机的数学模型

对于笼型异步电机，转子侧电压为零,根据文献[1]可以建立异步电

机在α-β静止坐标系下的数学模型以同步角速度旋转的两相直流旋

转坐标d 、q 之间的变换,可以推导出异步电机在d 、q 坐标系上的数学模

型的电压方程:

式中U sd ，U sq 为定子电压在同步坐标系上分量，R s ，R r 为定子电阻和

转子电阻，，为定子磁链在同步坐标系上的分量，，为转子

磁链在同步坐标系上的分量，，分别为同步角速度和转差角速度,

P 为微分算子。

磁链方程:

式中，L s ，L r ，L m 分别为定子电感，转子电感和互感。，为定

子电流在同步坐标系上的分量，为转子电流在同步坐标系上

的分量。

转矩方程：

T e 表示为电机的电磁转矩，p 为电机极对数。

根据上面公式，可以得到下列关系式

异步电机矢量控制系统的模型:

图1为矢量控制系统的原理图。图中转速调节器ASR 的输出是转

矩调节器的给定转矩。磁链调节器用于控制电机转子磁链，并设置

了电流变换和磁链观测环节，转矩调节器ATR 和磁链调节器的输

出分别是定子电流的转矩分量和励磁分量。和，电流滞环控制PWM 逆变器控制电机定子三相电流。图2是在M atlab/Simulink 环境下建立的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真模型[3]。3仿真结果根据建立的异步电机矢量控制模型做仿真分析，实验参数为:极对数p=2，定子电阻r 1=0.075，定子绕组漏电感=0.72mH ，转子电阻r2=0.231，转子绕组漏电感=0.72mH ，互感L m =36mH ，恒负载转矩为T m =30Nm ，结果如下：从图3可以看出转速上升的速度比较快，且超调量比较小，输出转速出与转速给定指令基本相同，电机的跟随性好，说明建立矢量控制方法是正确的。4结论本文采用M atlab/Simulink 系统仿真工具,对异步电机转子磁场定向的矢量控制系统进行了建模仿真。按转子磁链定向，实现了定子电流

励磁分量和转矩分量的解耦，使系统具有良好的调速性能。仿真试验证明该矢量控制系统可以大范围地调速,具有很好的跟随性能，动态性能良好。因此,该系统在工业应用领域中具有很好的应用前景。参考文献:

[1]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2003.[2]尔桂花.运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2004.[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动系统的MATLAB 仿真[M].北京:机械工业出版社。

摘要：异步电动机的模型特点是一多变量、强耦合的非线性系统。本文根据异步电机理论，建立了异步电动机的数学模型，给出了异步电动机转子磁场矢量控制系统基本结构和矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了所建电机模型的正确性。

关键词：异步电机；矢量控制；磁场定向；磁链

作者简介：常伟（1980-），男，工程师，华北电力大学在职研究生，首钢动力厂供电技术员。 ÁÁL ÁÁ

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