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1、帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制
1 矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
以典型I型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)為了將系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)表示成典型I型系統(tǒng)的形式,磁鏈調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)為一個(gè)PI調(diào)節(jié)器與一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián),即
其中、、待定。于是磁鏈閉環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為
。當(dāng)取=時(shí),整理可得
…(7),顯然這是典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)形式。為了便于仿真,假設(shè)電機(jī)參數(shù)如下:
定子互感和轉(zhuǎn)子互感:L_m=34.7e-3
定子電阻:R_s=0.087
轉(zhuǎn)子電阻:R_r=0.228
定子漏感和轉(zhuǎn)子漏感:L_lr=L_ls=0.8e-3
極對數(shù):n_p=2
轉(zhuǎn)動慣量:J=1.662
轉(zhuǎn)子磁鏈:Psi_r=1
代
2、入上述數(shù)值到G(s)可得
。易知該I型系統(tǒng)的阻尼比和振蕩頻率有如下關(guān)系:…(8)。若今要求磁鏈調(diào)節(jié)曲線超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間。根據(jù)自動控制理論,一旦超調(diào)量和調(diào)整時(shí)間確定了,典型I型系統(tǒng)的特征參數(shù)和可由
確定,于是可解得=0.6901、=62.6483,再將和代入(8)式解得、=0.0116,=202.77, =0.2316
圖5 轉(zhuǎn)子磁鏈的開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖
2 矢量控制系統(tǒng)的仿真
在MATLAB下作系統(tǒng)仿真模型,如圖6所示。
圖6 MATLAB下作系統(tǒng)仿真模型
各個(gè)子模塊的仿真模型如圖7~12所示:
圖7電流滯環(huán)脈沖發(fā)生
3、
圖8按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型
圖9 磁鏈調(diào)節(jié)器的模型
圖10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的模型
圖11 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的模型
圖12 generation
仿真結(jié)果如圖13—23:
圖13 A相電流波形
圖14 iSq 圖形
圖15 iSd圖形
圖16 轉(zhuǎn)速輸出圖形
圖17 經(jīng)2r/3s變換的三相電流給定波形
圖18 轉(zhuǎn)速
4、調(diào)解器輸出
圖19 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器輸出
圖20 磁鏈調(diào)節(jié)器ApsiR輸出
圖21 定子磁鏈軌跡
圖22 轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線
圖23 電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
下面對本例做出簡單的分析與說明:
帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速,磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)的主電路采用電流滯環(huán)控制型逆變器。在控制電路中,在轉(zhuǎn)速環(huán)后增加了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出是轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的給定Te*,而轉(zhuǎn)矩的反饋信號Te,則通過矢量控制方程計(jì)算得到。電路中的磁
5、鏈調(diào)節(jié)器ApsiR用于對電動機(jī)的定子磁鏈的控制,并設(shè)置了電流變換和磁鏈觀測環(huán)節(jié),ATR和ApsiR的輸出分別是定子電流的轉(zhuǎn)矩分量i*st和勵(lì)磁分量i*sm。i*st ,i*sm經(jīng)過2r/3s變換后得到三相定子電流的給定值i*sA,i*sB,i*sC,,并通過電流滯環(huán)控制PWM逆變器控制電動機(jī)定子的三相電流。
帶磁鏈和轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)仿真模型如圖6所示。期中直流電源DC,逆變器inverter,電動機(jī)motor和電動機(jī)測量模塊組成了模型的主電路,逆變器的驅(qū)動信號由滯環(huán)脈沖發(fā)生器模塊產(chǎn)生。三個(gè)調(diào)節(jié)器ASR,ATR和ApsiR均是帶輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)自磁鏈觀測采用二相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的
6、磁鏈模型,函數(shù)模塊Fcn用于對轉(zhuǎn)矩的計(jì)算,dq0-to-abc模塊用于2r/3s的坐標(biāo)變換。調(diào)節(jié)器的參數(shù)見附錄,模型的仿真算法為ode23tb.
在給定轉(zhuǎn)速為1400r/min,空載起動,在0.6s是加載60Nm,系統(tǒng)的仿真結(jié)果如前圖所示。在波形中可以看到,在矢量控制下,轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn),加載后稍有下降但隨即恢復(fù),在0.35s達(dá)到給定轉(zhuǎn)速時(shí)和0.6s加載時(shí),系統(tǒng)調(diào)節(jié)器和電流,轉(zhuǎn)矩都有相應(yīng)的響應(yīng)。由于ATR和ApsiR都是帶限幅的PI調(diào)節(jié)器,在起動中倆個(gè)調(diào)節(jié)器都處于飽和限幅狀態(tài),因此定子電流的轉(zhuǎn)矩和勵(lì)磁分量都保持不變,定子的給定值i*sA,i*sB,i*sC也不變,所以在起動的過程中,定子電流基本保持不變實(shí)現(xiàn)了恒電流起動。
由圖可以看出,在起動階段,磁場的建立過程比較平滑,磁鏈呈螺旋形增加,同時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩不斷上升;而不帶磁鏈調(diào)節(jié)器時(shí),起動初期磁鏈軌跡波動較大,也引起了轉(zhuǎn)矩的大幅度波動。從轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速曲線也可以看到,帶磁鏈調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)起動轉(zhuǎn)矩較大。
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附 錄
仿真參數(shù)一覽表:
電動機(jī)選擇:380V、50Hz、兩對磁極
逆變器電源為510V
定子繞組自感
轉(zhuǎn)子繞組自感
漏磁系數(shù)
轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)
PI調(diào)節(jié)器參數(shù)
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