異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，矢量控制是電機(jī)控制系統(tǒng)的一種先進(jìn)控制方法，由于其交流調(diào)速時(shí)的優(yōu)越性被廣泛應(yīng)用到異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中。基于Simulink 的交流異步電機(jī)仿真可以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的有效性，在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用過程中可能遇到系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題。

本文以雙閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，在Simu-link 中進(jìn)行仿真來驗(yàn)證控制系統(tǒng)的有效性。通過分析仿真結(jié)果得到矢量控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)特性，從而證實(shí)了本設(shè)計(jì)方案的可行性。

1 矢量控制原理

矢量控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱VC 系統(tǒng)，坐標(biāo)變換是核心思想。矢量控制的基本思想是以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，將異步電動(dòng)機(jī)在靜止三相坐標(biāo)系上的定子交流電流等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流，在通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換將其等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電流，等效過程中實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達(dá)到直流電機(jī)的控制效果，得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量。便可將三相異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)來控制，獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)接近的動(dòng)、靜態(tài)性能。

矢量控制中矢量變換包括三相-兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，將d 軸沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶喀誶 的方向稱為M 軸，將q 軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°，即垂直于矢量φr 的方向稱為T 軸，經(jīng)過變換電壓-電流方程改寫為式(1)，磁鏈方程為式(2)：

化簡(jiǎn)可得轉(zhuǎn)矩方程為：

由式(2)可得轉(zhuǎn)子磁鏈φr 僅由定子電流勵(lì)磁分量isM 產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量isT 無關(guān)，而isM 和isT 是相互垂直的，這兩者是解耦的。矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖1上可以看出系統(tǒng)采用了轉(zhuǎn)速、磁鏈的閉環(huán)控制。圖中標(biāo)*的量為給定量，其余為實(shí)際測(cè)量值。

2 基于Simulink 的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型

2.1 系統(tǒng)總體模型

根據(jù)矢量控制系統(tǒng)原理，利用Matlab/Simlink軟件中的電氣系統(tǒng)工具箱SimPowerSystems對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

整體系統(tǒng)的仿真模型如圖2所示。

2.2 仿真模型中主要部分

2.2.1 異步電動(dòng)機(jī)與逆變模塊

異步電動(dòng)機(jī)選用SimPowerSystem模塊庫中的Asyn-chronous Machine SI Uints,選擇在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的籠式異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。模塊的A,B,C是異步電動(dòng)機(jī)定子繞組輸入端，與IGBT逆變器的輸出相連。逆變部分由SimPowerSystem 模塊庫中的Power Electronic 下的Universal Bridge 模塊形成，逆變器的輸入pulse 端為PWM控制信號(hào)(6路)，輸出為三相ABC交流電壓。