異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制離散系統(tǒng)的建模和仿真
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SIMUUNK是MATLAB提供用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真、分析的軟件包。SIMULINK包含許多模塊庫，利用這些模塊庫可以很方便的進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)建與仿真分析，為研究者提供了一個(gè)實(shí)用的仿真平臺。本文對基于MATLAB／SIMULINK異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制離散系統(tǒng)仿真模型做出分析和介紹。
l 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
1．1 三相變兩相的物理意義
原來匝數(shù)為W1的ABC三相繞組，用每相匝數(shù)為
且空間位置互差90°的X、Y兩相繞組替代，其中X軸與A軸夾角為θ，在X軸上ix產(chǎn)生的磁勢
應(yīng)等于ABC三相電流產(chǎn)生的磁勢在軸上的投影之和。
1．2 三相異步電機(jī)在α-β靜止坐標(biāo)系下的電壓、磁鏈方程：
電機(jī)電壓方程為：
則電壓方程的矩陣形式為：
式中usα、usβ、isα、isβ分別是定子在α、β軸上電壓、電流分量；urα、urβ、irα、irβ分別是轉(zhuǎn)子在α、β軸上的電壓、電流分量；ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分別是定子、轉(zhuǎn)子在α、β軸的磁鏈；Ls、Lr、Lm分別是定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及電機(jī)勵(lì)磁電感；P為微分算子；ωr是轉(zhuǎn)子的角速度。
1．3 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程
Te為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩；np為電機(jī)的極對數(shù)。
1．4 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程
TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為電機(jī)轉(zhuǎn)子和系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
根據(jù)異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，利用SIMULINK的基本模塊及電機(jī)模塊搭建異步電機(jī)的仿真模型。
2 建立仿真模型
2．1 直接轉(zhuǎn)矩控制基本原理
定子、轉(zhuǎn)子磁鏈以及電磁轉(zhuǎn)矩可表示為：
在直接轉(zhuǎn)矩控制中，當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻快速變化時(shí)，在很短暫時(shí)間內(nèi)，可認(rèn)為ψr不變，因此可以通過改變外加電壓矢量快速改變?chǔ)譻，使定子磁鏈幅值|ψs|保持不變，同時(shí)控制定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角θ，由式(6)可知，控制θ，實(shí)質(zhì)上是控制電磁轉(zhuǎn)矩，即實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的直接控制。
圖1所示為直接轉(zhuǎn)矩控制的系統(tǒng)框圖，包括異步電機(jī)模型、轉(zhuǎn)矩和磁鏈觀測器，滯環(huán)比較器，開關(guān)矢量選擇器和逆變器等部分。通過滯環(huán)比較得到調(diào)節(jié)信號，結(jié)合磁鏈位置信號SN和開關(guān)矢量選擇表，查表獲取此刻應(yīng)作用于電機(jī)的電壓矢量，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制。
2．2 開關(guān)電壓矢量的合理選擇
逆變器不同的開關(guān)狀態(tài)可產(chǎn)生如圖2中所示的u1～u6及u7，u8兩個(gè)零矢量?；诒阌诳刂频目紤]，把定子磁鏈所在空間位置劃分為①～⑥區(qū)間，總共六個(gè)扇區(qū)。
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