带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真优化

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.14 转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型1.仿真模型图4.12所示带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型如图4.14所示。图4.18 定子磁链轨迹图4.19 转矩-转速特性

图4.14 转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型

1.仿真模型

图4.12所示带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型如图4.14所示。直流电源E、逆变器inverter、电动机Asynchronous Machine SI Units和电动机测量模块Machines Demux组成系统主电路。模型采用电流跟踪逆变器，逆变器驱动信号由滞环脉冲发生器模块Generation产生。系统控制由转速调节器ASR、转矩调节器ATR、磁链调节器AphiR，以及转子磁链观测Current model、转矩计算Fcn和2r/3s坐标变换等模块组成。函数模块Fcn根据式（4.58）计算转矩，dq0_to_abc模块产生三相电流给定信号，并经Generation模块驱动逆变器Inverter。

1）转子磁链观测模块（Current model）。Current model模块采用二相同步旋转坐标系上的电流磁链模型（见图4.9），模块结构如图4.15所示。

图4.15 Currentmodel模块结构

2）滞环脉冲发生器模块Generation。Generation模块结构如图4.16所示，通过三相电流给定信号与三相电流检测信号比较得到电流偏差，滞环模块Relay根据电流偏差产生逆变器的六路驱动信号，调节滞环宽度可以控制电流跟踪准确度。

2.模型仿真分析

例4.1图4.14所示带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真模型中，电动机参数同例3.1，调节器、转子磁链观测和转矩计算模块参数见表4.1，模型的仿真算法为Ode23tb。

图4.16 Generation模块结构

表4.1 磁链闭环控制模块参数

（续）

图4.17 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真结果

在给定转速为1400r/min，电动机空载起动，在0.4s时加载30N·m，0.5s时将转速给定从1400r/min减小为1000r/min，系统的仿真结果如图4.17所示。从转速波形（见图4.17a）可以看到在矢量控制下转速上升平稳，在0.32s左右达到给定转速1400r/min，在0.4s加载后转速略有下降，0.5s时转速开始降低，在0.57s左右达到新的稳定转速1000r/min，整个过程，起动、转速调节和稳定运行阶段的转速变化都是平稳的。图4.17b所示是定子磁链的时间曲线，磁链在起动时有一上升过程，0.32s后磁链基本保持稳定，即使加载引起磁链的变化也很小，在0.5～0.57s之间因为电动机工作在回馈制动状态，磁链略有增加，较好地保持了磁通不变的控制。图4.17c所示是电动机转矩响应曲线，在0.12s前转矩随磁链的上升而增加，在0.12～0.32s间电动机是恒转矩升速，0.32s后因为电机是空载起动，转矩下降为0，在加载后转矩上升，0.5s后因为转速调节，电动机运行到1000r/min的频率特性上，进入回馈制动状态，转矩变“-”，0.6s后制动结束，转矩又恢复稳态值30N·m。图4.17d所示是定子电流响应，电流变化与转矩相对应。图4.18所示是仿真得到的定子磁链轨迹，起动时电动机磁链从0开始，然后以螺旋线轨迹增加，在0.3s后形成较稳定的圆形旋转磁场。图4.19画出了电动机工作中的转矩-转速特性。特性表明，在300r/min后，电动机基本以恒转矩起动，在0.5s时，转速给定调整为1000r/min，电动机有一制动降速过程，工作在回馈制动状态，其机械特性进入第Ⅱ象限，处于发电状态，通过变流器向直流侧回馈电能，这时如果直流侧没有泵升电压限制措施，电压将升高。仿真波形表明，矢量控制与按稳态模型控制（见图3.5、图3.28）比较，无论转速、电流和磁链，波形都有显著的改善，磁链运动轨迹很清晰，除起动时磁链从0增加，进入稳定阶段后，磁链受转速、负载变化的影响很小，表现了矢量控制的特点。

图4.18 定子磁链轨迹

图4.19 转矩-转速特性

带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真优化

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