MATLAB在无速度传感器交流调速系统仿真中的应用

MATLAB应用于无速度传感器交流调速系统模拟

MATLAB 摘要：采用先进的科学计算软件，介绍了无速度传感器交流调速系统仿真的应用 MATLAB 计算机模块异步电机无速传感器交流调速系统的方法。根据模型参考自适应原理，采用直转矩控制技术 MATLAB 语言计算和绘图功能强大，实现了调速系统的模拟。模拟研究表明，该方法可以避免传统计算机模拟的复杂编程过程，减少工作量，提高系统的综合效率。关键词：MATLAB 语言 无速度传感器 直接转矩控制 在交流电机无速度传感器的变频调速控制系统中，通常需要编程电机的数学模型，并使用模拟结果来指导系统的调试和安装。由于交流电机的数字模型是一个高级微分方程组，具有强耦合多变量，因此采用了传统的编程语言 FORTRAN)导致程序庞大，调试困难。MATLAB 语言是一种先进的科学计算软件，具有非常强大的计算和绘图功能，可以方便地解决微分方程组，避免复杂的编程过程，减少工作量，是电气工人研究交流电机变频调速系统的有力工具。1 异步电机数学模型1985 年，德国鲁尔大学 M.Depenbrock 在研究交流电机变频调速系统时，教授提出了异步电机直接转矩控制技术。与矢量控制技术不同，直接扭矩控制技术直接优化了定子磁链坐标系上电压逆变器的开关状态，使整个控制系统具有优异的性能。根据直接转矩控制技术，异步电机静止 α-β 参相定子坐标参考系下的电压议程如下类型：usα、isα 分别为定子 α 轴的电压和电流分量；usβ、isβ 分别为定子 β 轴的电压和电流分量；irα、irβ 分别为转子 α 轴和 β 轴的电流分量；Rs、Ls 分别为字子 α-β 定子绕组在坐标系上的电阻和自感；Rr、Lr 分别为定子 α-β 转子绕过坐标系的电阻和自感；Lm 为 α-β 固定转子绕组间坐标系的互感；p=d/dt 微分算子，ωr 为转速。磁链方程为:公式:ψsα,ψsβ 分别为定子 α 轴和 β 轴磁链;ψrα,ψrβ 分别为转子 α 轴和 β 轴磁链。磁链方程为:公式:ψsα,ψsβ 分别为定子 α 轴和 β 轴磁链;ψrα,ψrβ 分别为转子 α 轴和 β 轴磁链。转矩方程为：Te=np(ψsαisβ-ψsβisα) (3)式中：Te 电磁力矩；np 对电机的极对数。定子磁链各分量的表达式可通过公式(1)获得:ψsα=∫(usα-isαRs)dt (4)ψsβ=∫(usβ-isβRs)dt (5)定子磁链的振幅为:从公式(1)可以看出，电机的数学模型是四阶微分方程组，考虑到电机的转矩方程(3)，整个系统是五阶微分方程组。显然，如果使用传统的编程语言，程序必然会非常庞大和复杂。2 根据上述步异步电机的静止速度识别方法 α-β 两相定子坐标参考系下的数学模型和模型参考自适应原理，参考模型采用转子磁链方程，其状态方程为：并联可调模型，由于电机在运行过程中，Rr 和 ωr 是随时间变化的量，因此在公式(8)中识别为可调参数。状态误差方程为：当误差方程趋于零时，估计的磁链基本等于实际磁链，识别的转速例可视为实际转速，用于计算转矩。3 MATLAB 语言模拟的基本思想MATLAB 语言是一种性价比高的计算机对话模拟软件，在国外很受欢迎。目前，美国大多数大学都使用它 MATLAB 语言是教学和科研的辅助工具。MATLAB 语言表达几乎与数学公式完全相同，特别适用于数值分析和矩阵操作。采用 MATLAB 语言缩写程序避免了传统计算机算法中复杂的编程过程，将许多复杂问题的解决归因于执行一个或多个命令。MATLAB 语言提供了丰富的函数命令、图形绘制、数据处理、Windows 功能强大的编程等工具。而在MATLAB 基于软件 SIMULINK 该软件非常适合动态系统的建模和模拟。从电机的数学模型和直接扭矩控制技术可以看出，交流电机无速度传感器的调速系统需要大量的数学操作，特别是微分和积分操作。根据模型参考自适应原理，系统分为逆变器、电机、检测和坐标变换、电机自适应模型和速度识别算法、扭矩比较、磁链比较、开关信号选择和区域判断七部分。首先，找出每个部分的数学表达式，然后根据直接扭矩控制原理调整每个部分。整个交流电机无速度传感器直接转矩控制系统的结构图如图所示 1 所示。在图 1 中,ωr*、ψs*、Te*它们是速度、定子磁链和电磁力矩的给定值 ωr、ψs、Te 分别是相应的估计值和计算值。4 在建立了调速系统的模拟模型后，可以考虑模拟系统。模拟的关键是解决微分方程组。用其他语言编写四/五阶龙格库塔法需要较长的句子，而使用 MATLAB 语言只需要一条简单的命令 ode45(函数名,t0,ft,x0,to1,trace)微分方程可以解决。模拟结束后，可以使用绘图命令，如 plot(t,x)绘制模拟结果。电机参数为：定子电阻 Rs=4.05Ω,转子电阻 Rr=4.036Ω,定子电感 Ls=148.63mH,转子电感 Lr=146.47mH,互感Lm=149.06mH。根据直接扭矩控制技术的原理，电机定子磁链呈六边形，图形 2 磁链仿真结果给出。由图 2 理论分析与模拟结果基本一致。图 3 在不同坐标系中给出电机的电流分量、扭矩和速度波形图。MATLAB 语言具有较强的计算功能和绘图能力，非常适合工程使用，特别适合控制系统的建模和模拟。实践表明,MATLAB 语言函数多样性和完善的控制功能可以满足无速度传感器交流调速系统的高性能要求，为电气传动自动化计算机辅助设计提供强有力的技术支持。