基于MATLAB在电机拖动中的应用
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基于ＭＡ Ｌ Ｂ 电机拖动 中的应用 ＴＡ 在
ＡｐｐＩ ｉ ｃａｔ ｏｎ ｏ ｏｔ ｉ ｅ ｂａｓ ＡＴＬＡＢ ｉ ｆｍ ｏｒ ｄｒ ｖ ｅｄ ｏｎ Ｍ
张红斌
ＺＨＡＮＧ ｎ — ｉ Ｈｏ ｇ ｂｎ
（ 重庆电子工程职 业学 院 ，重庆 ４ ０ ０ ） ０ ７ ０
摘
要 ： 本文 在忽 略了一部 分对误 差影 响较小 而使算 法复 杂度大 大增加 的 因素 ，对电机 内部 电流 、 电压 、磁通 、磁 链及 转矩 的相互 关系进 行 了一系列 定 量分析 ，构建 了在 ａ ｃ 相 变量基 础 ｂ－
之上的数 学模型 ，利用 派克转换原 理 ，从而在 ｄ ａ ／ 坐标 下进行控 制计算 。通过在ＭＡＴ Ａ ／ Ｌ Ｂ
ＳＭＵ ＩＫ Ｉ ＬＮ 封装和连接各个模 块 ，并Ｆ 置 了系统中的相关参 数进行了电机控制 系统仿真 。 ｉｌ ｌ
关键词 ： ＭＡ Ｌ Ｂ；电机 ；派克变换 ；系统仿真 Ｔ Ａ 中图分 类号 ：Ｔ ２ １ Ｇ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １４ ２ １ ）９ 上 ） ０ — ４ ９ ０ （ ０ ０ （ 一 １４ ０ ０ ３ ２ ２
Ｄｏｉ ３ ６ ／ ． ｓ １ ０ －０ ４． ０ ９ － ４ ：１ ９ ９ Ｊ ｉ ｎ． ０ ９ １ ０． ｓ ３ ２１ ２． （Ｉ）． １
０ 引 言
电机 在 当 今 工 业 中 有 着重 要 的作 用 ，同 时也 是 研 究 重 点 和热 点 。通 过 分 析 电机 的 数 学 模 型发 现 ，其模 型 中存在 多变 量 和 多项变 量 强耦 合 问题 ， 是 典 型 的 非 线 性 系统 …。其 中 ，非 线性 系统 的混 沌 和 分 支现 象 一直 引起 了大 量 相关 专 业学 者 的 关 注 ，并 经 过 近 几年 的 研 究 发 展 ， 已初 步 的 形 成 了 相 关 理 论 Ｊ 然而 ，理 论 的 非 线性 动 力 模 型 操 控 。 性 较 差 ，必 须 经 过 相 应 的 简化 才 能 进 行 应 用 该模
型 ，进而 分析 实际 中的相 关现 象 。
２ ）电机 中 的磁 路 和 绕组 完全 对 称 。具 体 假 设
如下 ：电机 的定 子 三相 相位 差为 １０ ，并且 三 相 ２。
绕 组 具 有 完全 一 致 性 ； 电机 的 转 子 中励 磁 绕组 具 有 完全 一 致 性 ；在 绕 组 中 的 阻尼 条 的在 正 、交 轴 中对称 分布 。 ３ ）在 电 机存 在 的 空 气 间隙 中 ，定 子 与转 子 的
绕组 自感 磁 场 和 互 感 磁 场 满 足 正 弦 规 律 分布 。 通
过 这 一 假 设 极 大 简 化 了 电磁 场 分 布 中 的不 可 处 理 因素 ，从 而保证 了电磁 场理 论分 析 。 本 文 所 进 行 的设 计 和 分 析 都 是 在 上 述 假设 条 件 下 ，所 分 析 计 算 的 电机 特性 满 足 实 际情 况 ，所 产生 的实验 误差 也是 在理论 允许 范 围 内。
系统 的数 学模 型能 够描 述 出系统 的动 态 特性 ，
该 模 型 用 来 表示 系统 运 动 过程 中 的各 个 参 数 的 关
系 ，是 系统 开 发和 分 析 的依据 。运 用 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ进 行 同步 电 机 的 运 行情 况 仿 真 ，不仅 能 够 促 进 相 关
１２ 模 型 的建立 ．
在 进 行 建立 ａ ｃ ｑ模 型 时 ，将 空 气 隙 中的 旋 ｂ／ ｄ 转 磁场 分 解成 两 个 脉 动 电场 ，针 对 具 有 阻尼 条 的 凸极机 完成 了实 际模 型构 建 。 如 图 １ 示 ，在 所 建 立 的 ａ ｃ ｑ模 型 中定 义 所 ｂ／ ｄ
研 究 者 熟 悉 同 步 电机 的特 性 ，而且 对 于 提 高 同步
电机 的效 率 有着重 要 的作 用 ｐ 。
１ 电机建模
１１ 模型 假设 ．
电机 数 学 模 型 于 实 际 的 系统 模 型 存 在 一 定 的 差异 ，因 此 ，在 建 立 电 机 的数 学模 型 时需 要 进 行
简化 电机 的结 构 和 参 数 。实 际 中 ，精 确 地 模 拟 电
机 内部 的 磁 场 分 布 非 常 困 难 ，因 此 需 要在 数 学 模 型 中进 行 适 当的 假 设 ，从 而 进 行 电机 运转 的定 性 分形 。关于 电机模 型 的具体 假设 如下 ：
１ ）铁 芯 不 饱 和 。通过 这 一 假 设 ，磁 场 和 电流
之 间就 存 在 线 性 关 系 ，从 而保 证 了空 气 隙 进 行合 成磁 场时 运用叠 加原 理 ，方便 求解 。
图 １ 定 子和 转 子 绕 组 中 的旋 转 坐 标定 位
收 稿 日期 ：２ １－ ６ ３ ０２ ０－ ０ 作 者 简 介 ：张 红 斌 （９ ６ １６ 一） ，男 ，四 川大 竹 人 ，副 教 授 ，本 科 ，研 究 方 向 为 电路 及 电工 技 术 理 论 与 实 践 。
［２ １ 第３ 卷 １ ４ ４
第９ 期
２ １—９上 ） ０２ （
务ｌ
的正方 向如 下 ：定子 绕组 轴 线方 向 、绕 组 磁 链 方 向、幽 轴 线 的 方 向、励磁 绕组 的方 向和正 交轴 阻尼绕组 磁 链的方 向 。 通 过 分 析 图 １的 电 磁 量 可
匐 似
知 ，根 据 所定 义 的电磁 量取 向可
获 得 如下方 程 ：
其 中 ，电压 方程 ： Ｖｂ ＝ｒ ｓ ２ｂ ａｓ ｊ ｂ ＋Ｐ ： ｓ ｃ ｃ ｃ
图 ３ 电 源 模 块 框 图
１ ＝ｒ 。 ＋ ， ｉ ｆ
（） １
统 的总体设 计框 架 ， 图 ２所 示 。 如
在 式 （）中，Ｐ代 表 算 式 中 的 求导 算 子 ，其 具 １
ＡｐｐＩ ｉ ｃａｔ ｏｎ ｏ ｏｔ ｉ ｅ ｂａｓ ＡＴＬＡＢ ｉ ｆｍ ｏｒ ｄｒ ｖ ｅｄ ｏｎ Ｍ
张红斌
ＺＨＡＮＧ ｎ — ｉ Ｈｏ ｇ ｂｎ
（ 重庆电子工程职 业学 院 ，重庆 ４ ０ ０ ） ０ ７ ０
摘
要 ： 本文 在忽 略了一部 分对误 差影 响较小 而使算 法复 杂度大 大增加 的 因素 ，对电机 内部 电流 、 电压 、磁通 、磁 链及 转矩 的相互 关系进 行 了一系列 定 量分析 ，构建 了在 ａ ｃ 相 变量基 础 ｂ－
之上的数 学模型 ，利用 派克转换原 理 ，从而在 ｄ ａ ／ 坐标 下进行控 制计算 。通过在ＭＡＴ Ａ ／ Ｌ Ｂ
ＳＭＵ ＩＫ Ｉ ＬＮ 封装和连接各个模 块 ，并Ｆ 置 了系统中的相关参 数进行了电机控制 系统仿真 。 ｉｌ ｌ
关键词 ： ＭＡ Ｌ Ｂ；电机 ；派克变换 ；系统仿真 Ｔ Ａ 中图分 类号 ：Ｔ ２ １ Ｇ４ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １４ ２ １ ）９ 上 ） ０ — ４ ９ ０ （ ０ ０ （ 一 １４ ０ ０ ３ ２ ２
Ｄｏｉ ３ ６ ／ ． ｓ １ ０ －０ ４． ０ ９ － ４ ：１ ９ ９ Ｊ ｉ ｎ． ０ ９ １ ０． ｓ ３ ２１ ２． （Ｉ）． １
０ 引 言
电机 在 当 今 工 业 中 有 着重 要 的作 用 ，同 时也 是 研 究 重 点 和热 点 。通 过 分 析 电机 的 数 学 模 型发 现 ，其模 型 中存在 多变 量 和 多项变 量 强耦 合 问题 ， 是 典 型 的 非 线 性 系统 …。其 中 ，非 线性 系统 的混 沌 和 分 支现 象 一直 引起 了大 量 相关 专 业学 者 的 关 注 ，并 经 过 近 几年 的 研 究 发 展 ， 已初 步 的 形 成 了 相 关 理 论 Ｊ 然而 ，理 论 的 非 线性 动 力 模 型 操 控 。 性 较 差 ，必 须 经 过 相 应 的 简化 才 能 进 行 应 用 该模
型 ，进而 分析 实际 中的相 关现 象 。
２ ）电机 中 的磁 路 和 绕组 完全 对 称 。具 体 假 设
如下 ：电机 的定 子 三相 相位 差为 １０ ，并且 三 相 ２。
绕 组 具 有 完全 一 致 性 ； 电机 的 转 子 中励 磁 绕组 具 有 完全 一 致 性 ；在 绕 组 中 的 阻尼 条 的在 正 、交 轴 中对称 分布 。 ３ ）在 电 机存 在 的 空 气 间隙 中 ，定 子 与转 子 的
绕组 自感 磁 场 和 互 感 磁 场 满 足 正 弦 规 律 分布 。 通
过 这 一 假 设 极 大 简 化 了 电磁 场 分 布 中 的不 可 处 理 因素 ，从 而保证 了电磁 场理 论分 析 。 本 文 所 进 行 的设 计 和 分 析 都 是 在 上 述 假设 条 件 下 ，所 分 析 计 算 的 电机 特性 满 足 实 际情 况 ，所 产生 的实验 误差 也是 在理论 允许 范 围 内。
系统 的数 学模 型能 够描 述 出系统 的动 态 特性 ，
该 模 型 用 来 表示 系统 运 动 过程 中 的各 个 参 数 的 关
系 ，是 系统 开 发和 分 析 的依据 。运 用 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ进 行 同步 电 机 的 运 行情 况 仿 真 ，不仅 能 够 促 进 相 关
１２ 模 型 的建立 ．
在 进 行 建立 ａ ｃ ｑ模 型 时 ，将 空 气 隙 中的 旋 ｂ／ ｄ 转 磁场 分 解成 两 个 脉 动 电场 ，针 对 具 有 阻尼 条 的 凸极机 完成 了实 际模 型构 建 。 如 图 １ 示 ，在 所 建 立 的 ａ ｃ ｑ模 型 中定 义 所 ｂ／ ｄ
研 究 者 熟 悉 同 步 电机 的特 性 ，而且 对 于 提 高 同步
电机 的效 率 有着重 要 的作 用 ｐ 。
１ 电机建模
１１ 模型 假设 ．
电机 数 学 模 型 于 实 际 的 系统 模 型 存 在 一 定 的 差异 ，因 此 ，在 建 立 电 机 的数 学模 型 时需 要 进 行
简化 电机 的结 构 和 参 数 。实 际 中 ，精 确 地 模 拟 电
机 内部 的 磁 场 分 布 非 常 困 难 ，因 此 需 要在 数 学 模 型 中进 行 适 当的 假 设 ，从 而 进 行 电机 运转 的定 性 分形 。关于 电机模 型 的具体 假设 如下 ：
１ ）铁 芯 不 饱 和 。通过 这 一 假 设 ，磁 场 和 电流
之 间就 存 在 线 性 关 系 ，从 而保 证 了空 气 隙 进 行合 成磁 场时 运用叠 加原 理 ，方便 求解 。
图 １ 定 子和 转 子 绕 组 中 的旋 转 坐 标定 位
收 稿 日期 ：２ １－ ６ ３ ０２ ０－ ０ 作 者 简 介 ：张 红 斌 （９ ６ １６ 一） ，男 ，四 川大 竹 人 ，副 教 授 ，本 科 ，研 究 方 向 为 电路 及 电工 技 术 理 论 与 实 践 。
［２ １ 第３ 卷 １ ４ ４
第９ 期
２ １—９上 ） ０２ （
务ｌ
的正方 向如 下 ：定子 绕组 轴 线方 向 、绕 组 磁 链 方 向、幽 轴 线 的 方 向、励磁 绕组 的方 向和正 交轴 阻尼绕组 磁 链的方 向 。 通 过 分 析 图 １的 电 磁 量 可
匐 似
知 ，根 据 所定 义 的电磁 量取 向可
获 得 如下方 程 ：
其 中 ，电压 方程 ： Ｖｂ ＝ｒ ｓ ２ｂ ａｓ ｊ ｂ ＋Ｐ ： ｓ ｃ ｃ ｃ
图 ３ 电 源 模 块 框 图
１ ＝ｒ 。 ＋ ， ｉ ｆ
（） １
统 的总体设 计框 架 ， 图 ２所 示 。 如
在 式 （）中，Ｐ代 表 算 式 中 的 求导 算 子 ，其 具 １