利用Matlab6.5.1中的simulink工具建立永磁同步电动机矢量控制系统控制的仿真模型,如图所示[13]:
图4.1永磁同步电动机矢量控制系统控制的仿真图
各个模块功能介绍如下:
(1)模块PI_speed是速度PI调节器,实现速度闭环控制,该调节器设置了输出限幅;模块PI_torque是转矩PI调节器,构成电流闭环控制,输出定子电流的参考值 ;图11为PI调节器的结构[14]:
图4.2 PI调节器结构图
图4.3 PI调节器参数设置窗口图
(2)模块Park实现Park变换,Park变换是三相静止坐标A,B,C到二相旋转坐标d、q的变换,对应的变换矩阵为:
(36)
模块 实现Park逆变换,Park逆变换是二相旋转坐标d、q到三相静止坐标A、B、C的变换,对应的变换矩阵为:
(37)
模块Park和模块Park-1分别如图4.4和图4.5所示:
图4.4Park变换子模块结构图
图4.5 Park-1变换子模块结构图
(3)模块Permanent Magnet Synchronous Machine是simulink中提供的永磁同步电动机仿真模型,它封装了电机的主要电压方程和机械方程,如图15所示:
图4.6 PMSM模型构造图
下表1为仿真中使用的永磁同步电动机的参数:
表1 永磁同步电动机模型的参数
定子电阻R1( )
2.875 额定转矩Tn(N.m) 3
直轴电感Ld(H) 0.0085 极对数P 4
交轴电感Lq(H) 0.0085 转动惯量( . )
0.0008
永磁体磁链 (Wb)
0.175 摩擦阻力系数
0
模块Machines Measurement Demux永磁同步电动机测量模块,输出电动机电压、电流、转速、机械角度和电磁转矩。结构图如图4.7所示:
图4.7 MMD模块结构图
电机模型得到转子的机械角度thetam,经电机极对数模块可以得到转子的电角度thetae;
(4) PMSM模块
图4.8 PMSM模块
(5) SVPWM模块
图4.9 SVPWM模块
前面已经讲过,SVPWM算法共分为四步,①判断空间矢量%所在的扇区Ⅳ;②算在该扇区晶体管的导通时间;⑧计算在该扇区空间矢量的切换点④最后根据切换点产生控制场效应管导通的PWM波形。现将各功能模块的实现。
(6) 空间矢量Uref所在的扇区Ⅳ产生模块
图4.10空间矢量Uref所在的扇区Ⅳ产生模块
(7) 场效应管的导通时间T1、T2
图4.11 X.y.z产生模块
图4.12 T产生模块
(8)空间矢量的切换点Tcm1、Tcm2、Tcm3 图4.13 Tcm1、Tcm2、Tcm3产生模块
(9) 控制晶体管导通的PWM波形
图4.14 PWM脉冲波形产生模块
(10) 参数调整流程框 图4.15 参数调整流程框
PI控制器需要设置三个参数,一个是比例系数kp,一个是积分系数ki,另一个就是限幅值。Pl控制器的参数设定对系统的性能影响很大。现将修正后的参数做一下说明。转速控制器的kp、ki分别为5、4,限幅值为-30~30;两个电流控制器的参数设定是一样的,kp、ki分别为10、2.6,限幅值为一30~30。
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