电机控制系统与simulink仿真

电机控制系统与simulink仿真

笔名：小san

【摘要】对simulink特点、以及工作原理进行简单的概述，并将simulink 仿真用于电机控制系统仿真研究中，同时以一个具体实例较为深入地对其进

行说明。

【关键词】simulink电机仿真

1、引言

系统仿真的通俗说法就是模拟实验，simulink是MATLAB的仿真工具箱，它从编程转向模型构造，快速、准确的实现了动态系统建模和仿真。Simulink 在建模仿真中支持各类系统，如线性系统、非线性系统、混合系统、连续和离散系统等，为我们提供了不少基本模块，我们可以根据需要从库浏览器里复制出模块，并进行修改参数就可以得到我们要的模型了，从而轻松有效的完成系统仿真。

目前，电机控制系统越来越复杂，同时也不断有新的控制算法被采用。仿真是对其进行研究的一个重要的、不可缺少的手段，而值得考虑的是采用何种软件才使得仿真方便、快速、准确且容易收敛和计算精度。simulink软件在其仿真研究中被成功方便地应用在电动车电驱动系统的研制过程中。

2、simulink 仿真软件的简介

（1）simulink的特点

a、simulink仿真软件最大的特点是非常直观，直接面向“方框图”，它可

完成控制系统模型输入与仿真分析，在simulink界面下，可以直接用鼠标“画”

出所需要的控制系统模型，然后利用simulink提供的功能来对系统进行仿真或线性化分析。这样无论多么复杂的系统，相当容易且直观地就可完成模型的输入和仿真计算,适用于科学研究与工程设计。仿真过程中和结束后都有示波器供查看、分析,所有数据都在内存，可存贮在磁盘中。

b、simulink仿真软件工具带有相应的系统模型库，当进行模型输入时可

方便地调用这些模块，并进行参数的修改，且不需要考虑系统模块内部，只要考虑系统中各类块的输入输出。

例如：动态画圆

X=cost， y=sint ；（用正弦波发生器Sine Wave）

双击图标出现相应的模块参数框，可在其中设置参数。

Sine Wave中Phase（相位）为pi／2，实际为cos t；Sine

Wavel中Phase为0

C、simulink仿真软件的核心是S函数。用户建立起simulink系统模型就会建立一个相应的S函数，这样建立的S函数除了用来对原始模型进行描述以外，还可以绘制出系统的框图结构，所以程序会显得很繁琐。用户一般不想再绘制系统的结构图，而只想对系统进行仿真分析，则可用如下S函数，其引导语句格式为： function［sys,x0］=model(t,x,u,flag）

model()为模型函数的函数名，t,x,u为对应于状态方程模型的时间、状态向量和输入向量，flag为选项位，用于标识该函数的返回结果。

在本文介绍的电机控制系统仿真研究中，电机本体的模型(即一组非线性状态方程）就是用S函数描述的，十分简单。

（3）simulink的工作原理

a、模型编译（simulink 引擎调用模型编译器，将模型编译成可执行的形式）

b、连接（分配和初始化存储空间，按执行次序排列的方法创建运行列表，以

便定位和存储每个模块的状态和当前值输出）

C、仿真执行（一般仿真模型都采用数值积分来仿真的，相邻两个时间点的长

度为步长，步长的大小取决于求解器的类型）

3 仿真实例

为了进一步说明simulink软件在电机控制系统仿真研究中的应用，在此举出三个实例。用simulink仿真软件工具对电机在以下两种条件下进行仿真研究（动态仿真）：①无矢量控制的起动过程，直接将电机接入电网；②加上矢量控制的电机起动，电机起动完成后负载突变。电机为三相鼠笼式感应电动机，其

铭牌值为：3相，4极，额定功率P

N ＝11kW,额定电压U

N

＝380V（Δ接），额定

转速n

N ＝1460r/min。参数如下（转子侧各量为归算值）：定子电阻R

s

=0．9674Ω，

转子电阻R

r =0．870Ω，定子漏电感L

s1

=0.00839H,转子漏电感L

r1

=0.0159H，激磁

电感L

m

=0.307H。

对应①的仿真给出一组仿真结果如图1～3所示。图1为起动过程电磁转矩波形图，图2为起动过程转速波形图，图3a、b分别为静止d轴和q轴定子电流波形图。

图1 电机起动过程转矩波形图

图2 电机起动过程转速波形图

图3 起动过程定子电流波形图

无需磁链闭环的滑差矢量控制模型下的电机起动和转矩突变的仿真框图如图4所示。电磁转矩波形图如图5，图6为静止d轴定子电流波形图。

图4 仿真框图

图5 矢量控制下的起动过程和负载突变的转矩波形图

图6 矢量控制下的起动过程和负载突变的

静止d轴电流波形图

用simulink软件对电动车用感应电机最大效率控制（EOC）进行了仿真研

究（稳态仿真）。所用的实际电机如上所述。

仿真过程原理简图如图7所示。

图7 仿真过程原理简图

给出一组仿真结果如图8、9所示。图8为传统V/f恒定控制下的电机功率因数曲面图

图8 传统V/f恒定控制下的电机功率因数曲面图

图9 最大效率控制(EOC)的电机功率因数曲面图

4、结论

Simulink的功能和特点已使它成为控制系统设计、仿真中不可缺少的基本软件。Simulink仿真模型能够反映电机控制系统的动态工作过程,其可视化界面具有很好的演示效果,为自动控制系统的设计和研究提供了强有力的工具。通过调整系统参数和增添校正装置改善系统性能,展示了方便灵活的动态仿真效果。充分表明simulink仿真非常适合电机控制领域内的仿真及研究，甚至可以说在在科学和工程仿真领域中同样有广阔的应用前景。

参考文献

1、《MATLAB教程及实训》第七章---主编: 曹戈机械工业出版社

2、张培强.MATLAB语言演算纸式的科学工程计算语言.中国科学技术大学出版社，1995

3、薛定宇.控制系统计算机辅助设计MATLAB语言及应用。清华大学出版社，