基于Matiab/Simulink的异步电动机变频调速系统的仿真研究
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摘要
矢量变换控制的异步电动机变频调速系统是一种高性能的调速系统，已经在许多需要高精度、高性能的场合中得到应用。以矢量变换为基础的许多控制方法，诸如无速度传感器控制、自适应控制等正在发展中。本文对异步电动机变频调速系统进行了研究，利用异步电动机在二相同步旋转MT坐标系下的数学模型，使用MATLAB中的仿真工具箱SIMULINK分别对开环控制系统和闭环矢量控制变频调速系统进行了仿真。在开环控制系统的仿真中，推导出一种异步电动机在MT坐标系下的仿真模型，该模型具有结构简单、静态、动态性能良好的特点，同时这个仿真模型也用于闭环系统。在闭环控制系统的仿真中，设计了一个速度、磁链闭环的电流滞环型PWM变频调速系统，并且使这个闭环系统在SIMULINK中加以实现。本文同时还应用非线性反馈解耦理论将矢量控制的闭环系统分解为线性化的转速子系统和转子磁链子系统，两个子系统中的速度调节器和磁链调节器可按线性理论设计。仿真结果证明这两个变频调速系统具有良好的动态、静态性能。其中的一些仿真模块也可用于其它控制策略的变频调速系统中。
Vector-contorl WVF system of asynchomous motor is a high performance speed-control system and has been used in a lot of situations of high precision and high performence.In the base of vector-control,some control methods are developing, for example speed-sensorlesss control and self-adaptation control. This thesis make a study on Vector-contorl WVF system of asynchronous motor. In the course of study, making use of the mathematical model of asynchomous motor in MT axes. Then both open-loop control system and close-loop vector-control system are respectively simulated with simulation block SIMULINK in MATLAB. In the course of open-loop control system, the simulation model of asynchomous motor is obtained and realized in SIMULINK. This simulation model's structure is simple and its static and dynamic performance is good. In the process of close-loop vector-control system, the author designed a model of current delay-loop PWM vector-control WVF system which includes speed and magnetic double close-loops and rea
lized it in SIMULINK. This paper also use non-linear feedback decoupling theory to decouple die vector-control close-loop system into linear decoupling of rotor speed and rotor flux linkage subsystems.The speed regulator and flux linkage regulator of these two linear subsystems can be designed with classical linear theory. The simulation result has proved this two WVF systems has better static and dynamic performances. Some simulation models are also used in other WVF control strategy systems.
Vector-contorl WVF system of asynchomous motor is a high performance speed-control system and has been used in a lot of situations of high precision and high performence.In the base of vector-control,some control methods are developing, for example speed-sensorlesss control and self-adaptation control. This thesis make a study on Vector-contorl WVF system of asynchronous motor. In the course of study, making use of the mathematical model of asynchomous motor in MT axes. Then both open-loop control system and close-loop vector-control system are respectively simulated with simulation block SIMULINK in MATLAB. In the course of open-loop control system, the simulation model of asynchomous motor is obtained and realized in SIMULINK. This simulation model's structure is simple and its static and dynamic performance is good. In the process of close-loop vector-control system, the author designed a model of current delay-loop PWM vector-control WVF system which includes speed and magnetic double close-loops and rea
lized it in SIMULINK. This paper also use non-linear feedback decoupling theory to decouple die vector-control close-loop system into linear decoupling of rotor speed and rotor flux linkage subsystems.The speed regulator and flux linkage regulator of these two linear subsystems can be designed with classical linear theory. The simulation result has proved this two WVF systems has better static and dynamic performances. Some simulation models are also used in other WVF control strategy systems.
引文
[1]．苏彦民．交流调速系统的控制策略．北京：机械工业出版社，1998
[2]．陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，2001
[3]．何冠英．异步电动机变频调速的矢量变换控制系统(上)．电气传动，1984，(5)：
[4]. R.Krishna and F.D.Doran. A Method of Sensinc-line Voltages for Parameter Adaptation in Enter-feed Induction Motor Drives IEEE Trans. Ind. Appl. 1987,IA-23(1).p45—50
[5]. A.J.Pollman. Software Pulsewidth Modulation for Microprocessor Control of AC Drives,IEEE Trans.Ind.Appl.1986,IA-22(1).p13—18
[6]. A.Nabae, K.Tska, H.Uchino,R.Kurosawa. An Approach to Flux Control of Induction Motors Operated with Variable Frequency Supply IEEE Trans.Ind. Appl. 1981,IA-16(1).p268—276
[7]．许大中，贺益康．电机控制．浙江：浙江大学出版社，1995
[8]．周绍英，储方杰．交流调速系统．北京：机械工业出版社，1996
[9]．竺伟，陈伯时．异步电动机仿真模型的研究．电气传动，1996，(3)：21—25
[10]．黎英，时伟国．考虑铁损时异步电动机数学模型及其仿真研究．电气传动，1998，(3)：23—27
[11]．项世军，谢宗安．MATLAB语言在异步电动机同步旋转坐标系下模型仿真研究。计算机仿真，2000，(5)：70—72
[12]．薛定宇．控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言及应用．北京：清华大学出版社．1996，7
[13]．周克亮，陈坚等．基于MATLAB/SIMULINK的逆变器—交流电机系统的建
模与仿真．第二届交流调速会议论文集：109—112
[14]．赵相宾，年培新．谈我国变频调速技术的发展和应用．电气传动，2000，(2)：3—5
[15]．陈坚．交流电机数学模型及调速系统．北京：国防工业出版社，1989，3
[16]．王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2001，4
[17]．陈伯时．交流传动系统的控制策略．第六届中国交流电机调速传动学术会议论文集，1999，10。P1—7
[18]．薛定宇．反馈控制系统设计与分析—MATLAB语言应用．北京：清华大学出版社．2000，4
[19]．范影乐，杨胜天等．MATLAB仿真应用详解．北京：人民邮电出版社。2001，7
[20]．易继锴。电气传动自动控制原理与设计．北京：北京工业大学出版社．1997，4
[21]．冯志和，何济民．变频电机的双闭环系统．电气传动自动化．1994，(2)：23—27
[22]．陈一秀．异步电动机的矢量控制系统．华侨大学学报(自然科学版)．1996，(7)：271—276
[23]．李汉强等．磁通观测器异步电机矢量控制系统建模与仿真．武汉交通科技大学学报．1997，(5)：476—482
[24]．李汉强等．磁通观测器异步电机矢量控制方式与极点配置．电气传动．1995，(2)：40—46
[25]．沙玛拉．高性能PWM逆变器供电的异步电机调速系统数字仿真．清华大学硕士学位论文．1994
[26]．林琪，魏金声等．变频调速系统和计算机优化设计的研究．电气传动自动
化．1994，(6)：34—41
[27]．胡佑德等．反馈控制系统设计．北京：北京工业学院出版社．1987，5
[28]．刘竟成．交流调速系统．上海：上海交通大学出版社．1984，3
[29]. R.Mecke,B.Neumann, U.Riefenstahl. PWM current source inverter with recuced filter elements and sinusoldal line as well as motor current. Power Electronics and Variable Speed Drives. Conference Publication No.456 IEE 1998, 9: 612—616
[30]．王晓毛，邓则名等．在MATLAB中实现三相电压型逆变器仿真．广东工业大学学报．2000，(6)：24—28
[31]．付杨．笼型异步电机的建模及SIMULINK仿真．抚顺石油学院学报．2000，(3)：73—77
[32]．张捍东，张志献等．1420CAPL机组PWM式矢量控制交流调速系统．电工技术杂志．1999，(5)：18—20
[33]．解宏基，任光等．交流三相异步电动机建模及仿真研究．大连海事大学学报．2000，(5)：60—64
[34]．马晓亮．大功率交—交变频调速及矢量控制技术(第二版)．北京：机械工业出版社．1996，6
[35]．董玮，秦忆．用C语言和MATLAB构造PWM控制仿真模型的一种方法．电气传动．2001，(1)：60—62
[36]．李家荣，邓智泉．三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真．淮海工学院学报．2001，(6)：23—26
[37]．刘国海，杨正堂，成立等．一种感应电动机的MATLAB仿真模型．第三届交流调速会议论文集，1996，9．p69—72
[38]．郭前岗，张宇飞等．异步电动机直接转矩控制系统的仿真研究．中小型电机．2000，(5)：5—9
[39]．成立，刘国海等．基于MATLAB语言及SIMULINK仿真环境的CIM矢量控制系统研究．农业工程学报．2000，(3)：123—126
[40]．刘桂英，袁运科等．矢量控制的无刷交流电动机调速系统仿真．南昌航空工业学院学报．2000，(6)：25—32
[41]. Krzeminski, Z. Nonlinear Control of Induction motor. Proc.of IFAC'87, vol.3,p349—354
[42]. Chen Boshi,Ruan Yi,XuYinding,Liang Qinglong. Nonlinear Decoupling Control of Inverter-fed Induction Motor System with Feedback Linearization.Proe.of IFAC's,Vol.8, p191—196
[43]. Bose B K. Adjustable speed AC drive System. IEEE Press, 1981,4
[44]. KazmierkoWski M P,etal. A novel vector control scheme for transistor PWM haverter fed IM driver, IEEE IA,1991(1).p182—190
[45]．陈伯时，徐荫定．电流滞环型PWM逆变器异步电动机的非线性解耦控制系统．自动化学报．1994，(1)：52—58
[46]. Ohinishi K,etal. Decoupling control of Secgndary Flux and Secondary Current in Induction motor Drive with Controlled Voltage Source and Its Comparison with Volts/hefts Control. IEEE IA, 1985(1).p34—38
[47]. Tarn,T.J. Lecture on Nonlinear control.shanghai University of Technology, 1987
[48]. Nabae A,etal. An approach to flux control of induction motor operated with variable frequency supply.IEEE EA, 1981,16.p282-288
[49]．刘豹．现代控制理论．北京：机械工业出版社．2000，9
[2]．陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，2001
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