电气系统模块库-simulink与电气系统接口

电气系统模块库-simulink与电气系统接口

2018-09-17

Powerlib

2007-05-04 23:13

转自http://hi.baidu.com/sr_rs/blog/item/33f6cb2453d989328644f934.html

模拟电气传动系统的新工具

——MATLAB5.2电气系统模块库

韦榕 许镇琳 王秀芝

摘要：通常使用电气传动控制系统的模拟MATLAB4.X或PSPICE软件，但它们都有缺点。本文以永磁同步电机变频调速系统为例MATLAB5.2中电气系统模块库Power System Blockset克服两者的不足。

关键词：MATLAB 电气系统模块库 永磁同步电机

A New Simulation Tool of Electric Drive System

——Power System Blocrset of MATLAB5.2

Wei Rong Xu Zhenlin Wang Xiuzhi

Abstract:MATLAB4.X and PSPICE are usually used in the simulation of the electric drive control system,but neither of them meets all demands.In this paper,the power system blockset of MATLAB5.2 is adopted to build the permanent magnet synchronous

motor control system model as an example,and its usage and advantage is shown.

Keywords:MATLAB power system blockset permanent magnet synchronous motor

1 引言

MATLAB凭借其强大的矩阵操作能力、简单的绘图功能、可视化的模拟环境和丰富的算法工具箱，已成为科研和工程技术人员的有力开发工具。然而，对于电气传动工人来说，一直存在一个问题，即如何准确、快速地模拟电路和更复杂的电气系统。若每个环节都用简化传递函数来表示，则会忽略许多重要细节；若使用简化传递函数，则会忽略许多重要细节；Simulink构建模型提供的基本模块(如开关和触发器)相当费时费力。虽然可以使用PSPICE实现电子电路模拟，但主要适用于微电子领域，难以与电气传动控制系统设计所需的复杂算法和先进控制理论相结合。

MATLAB5.2中电气系统模块库(Power System Blockset)这个问题终于解决了。

电气系统模块库Simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型。运行Simulink以后，打开Blocksets&Toolboxes，电气系统模块统模块库Powerlib。也可以在MATLAB命令窗口，直接键入Powerlib。它由以下6个

由子模块库组成。

(1)电源模块库:包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源和可控电流源。

(2)基本元件模块库包括串联RCL负载/支路，并联RCL负载/支路、线性变压器、饱和变压器、互感、断路器N单相分布参数线Π型集中参数传输线路和浪涌放电器等。

(3)电力电子模块库：包括二极管、晶闸管GTO、MOSFET以及理想的开关等。还有晶闸管简化模型，以满足不同目的的模拟要求，提高模拟速度。

(4)电机模块库:包括励磁装置、水轮机及其调节器、异步电机、同步电机及其简化模型、永磁同步电机等。

(5)连接模块库:包括地面、中性点和母线(公共点)。

(6)测量模块库:包括电流和电压测量。

在六个基本子模块库的基础上，常用的更复杂的模块可以根据需要组合包装，添加到所需的模块库中。实际上，附加模块库(Powerlib Extras)中的“三相电气系统”就是用6个基本子库中的各模块构造并封装起来的。可以用“Look Under Mask命令打开模块，查看其内部结构，了解结构方法和规律。附加模块库还包括：均方根计算、有功和无功功率计算、傅立叶分析、可编程定时器和同步触发脉冲发生器。

2 电气系统模块库的运行原理及应用

2.1 基本操作原理

在电气系统模块库中Powerlib常规模块Simulink模块本质上是不同的。因此，在Simulink在内部，模拟前有一个初始化的过程，包括Powerlib将模块系统转换为Simulink等效系数可以模拟，具体操作如下。

(1)调用power2sys将所有模块分为常规模块和函数Powerlib模块，其中Powerlib分为线性模块和非线性模块。

(2)调用power2sys通过函数找出模块的网络拓扑结构，得到其参数，并给每个电气结点一个结点。

(3)调用circ2sys状态空间模型(状态变量为电感电流和电容电压)。

(4)调用power2sys函数根据Simulink非线性模块的内部预定义模型Simulink模型。

初始化完成后，Simulink开始模拟这个系统。

power2sys和circ2sys函数可以以命令行的形式出现MATLAB命令窗口直接调用，使用更灵活，可以构建Powerlib这里不再赘述中没有的模块(如有三个以上绕组的互感)。

2.2 应用方法

当然，上述复杂的预处理过程对用户来说是屏蔽的。电气系统模块库中的模块与传统模块一起使用Simulink将模块复制到自己的模型中，并设置适当的参数。Powerlib常规模块Simulink毕竟，模块是两种本质不同的模块。因此，模拟模型同时使用两种模块

，两种模块之间必然会有信号流，这需要中间接口模块。具体来说，当Simulink发送模块信号Powerlib可控电压源或可控电流源模块应根据其性质作为中间环节；相反，当Powerlib反馈模块中的信号Simulink电流或电压应用于模块结构的控制系统。

包含非线性Powerlib模块系统(如电力电子开关器件)需要采用刚性数值积分法。一般选择ode15s通常可以达到较快的模拟速度，并使用其缺失参数(最大阶段:5；最大步长和初始步长:auto；相对容差：le-3.绝对容差的选择通常与系统中状态变量的最大值有关。一般来说，千伏系统和千安系统取0.1~1，低压系统取le-3～le-2)即可。

因为在模拟初始化的过程中，power2sys函数将逐个检查模型中的每个模块是否为电气系统模块，因此对于大型系统，模拟速度将在一定程度上降低。为了避免这种负面影响，可以人为地迫power2sys在常规模块和包含常规模块的子系统中，不检查常规模块的模块名称

前加一个“ 符号，如 PID但必须确保子系统中的模块是常规模块。

Powergui是电气系统模块库提供的有力工具。通过它，可以用图形用户界面(GUI)方便计算和显示系统中状态变量和测量变量的稳态值，修改系统的初始状态，避免长过渡过程，包括电机的三相电网趋势

愫统跏蓟 Ｊ褂肞owergui，只需将其复制到模型中，打开即可查看和设置。

3 基于电气系统模块库的基础PMSM系统模型

3.1 模型的构造

永磁同步电机(PMSM)在d-q坐标系中的状态空间模型如公式(1)和公式(2)所示。可建立电气系统模块库PMSM模拟控制系统。该系统是一种典型的双闭环结构，见图1。

(1)

(2)

图1 PMSM模拟模型控制系统

PMSM在电机模块库中直接使用基于型(1)和型(2)的模型。转速调节器为PI类型，其输出经dq/abc变换坐标，得到a、b和c三相定子电流的给定，作为电流调节器(PWM逆变器)输入。电流调节器为滞环型Simulink模块结构，如图2所示。根据电流偏差符号直接输出±155

V，然后使用可控电压源模块，这只是数学意义Simulink信号转换为电压信号，送入PMSM定子绕组输入端。当然，这只是一种简化方法，逆变器的结构也可以如图3所示。电流调节器输出功率器件的触发脉冲控制由六个功率器件模块构成的逆变器和电流控制的电压源

湍姹淦鳎 梢愿 昭密玉娟泾头治鱿鱼

图2 PWM逆变器

图3 MOSFET PWM逆变器

PMSM输出为矢量，由PMSM Measurement

Demux模块分为10个标量输出(1~3)ia、ib和ic，4和5为iq和id，6和7为uq和ud，8为电角速度ωe，9为电角度θe，10为电磁转矩Te)，可直接作为反馈和观测信号发送Simulink不需要通过电压或电流测量模块。但是，模拟的预处理过程需要等效Simulink模型存

⒃精通低车囊桓霾磕磕？ 裕 谑褂肞owerlib在模块系统中，应至少有一个电压或电流测量模块。

3.2 仿真结果

该系统的电流限值为30 A，系统空载启动，0.04 s时突加载转矩3 Nm。转速阶跃给700 rad/s在负载突变的情况下，模拟模型，得到三相定子电流和速度的响应曲线，如图4和图5所示。

图4 三相电流

图5 转速阶跃给定和突加载响应

4 结束语

由此可见，采用MATLAB5.2.电气系统模块库可在Simulink在环境中高效地模拟和分析电路、电力电子变换装置和电气传动控制系统。它为分析和设计复杂的电气系统提供了强有力的手段。

教育部博士专项基金资助项目

韦榕(天津大学)

徐镇琳(天津大学)

参考文献

1，Power System Blockset User"s Guide,Version 1.0,The MathWorks,Inc.1998

2，SIMULINK User"s Guide,Version 2.1,The MathWorks,Inc.1998

不过Simulink里面附带的Demo不知道你看了没有，那个我觉得就可以直接进行仿真了。最多需要修改参数，我正在做，一个人挺不好弄，呵呵。

看看SimPowerSystem的帮助文档，再看看它的Demo，基本类型全有。DC，AC各种调速系统(Demo具体位置：Help——Demos——Simulink——SimPowerSystems——Electric Drives Models)

<

免责声明：本文仅代表文章作者的个人观点，与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实，对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并自行核实相关内容。

http://www.pinlue.com/style/images/nopic.gif