MATLAB异步电机直接转矩控制的仿真建模

第２７卷第８期

２００８年８月

煤炭技术

ＣｏａｌＴｅｃｈｎｏＩｏｇＹ

Ｖｄ．２７，Ｎｏ．８

Ａｕｇ，２００８

基于ＭＡＴＬＡＢ异步电机直接转矩控制的仿真建模

张晓强１，曹留柱２

（１．平顶山煤业集团建筑安装公司，河南平顶山４６７０００；２．河南平宝煤业有限公司系统运行部，河南平顶山４６７０００）

摘要：从异步电动机的数学模型出发，推出了在定子坐标系下直接控制定子磁链和转矩的控制规律。利用空间矢量的概念，推导出了直接转矩控制系统中电压空间矢量的选择规则，根据直接转矩控制原理，利用ＭＡＴＬＡＢ软件

，中的ＳＩＭＵＬＩＮＫ对异步电动机直接转矩控制系统进行了建模和仿真，实验结果表明直接转矩控制具有良好的动静

态性能。

关键词：异步电动机；直接转矩；ＭＡＴＬＡＢ；仿真；建模中图分类号：ＴＩ）３４

文献标识码：Ａ

文章编号：１００８—８７２５（２００８）０８—００４３—０２

ＩｍｉｔａｔｉｏｎＭｏｄｅ

ｏｆＡｓｙｎｃｈｒｏＩｌｉｓｍＥｌｅｃｔｒｉｃｓＤｉｒｅｃｔＴｏｒｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ

Ｂａｓｅｄ０ｎＭＡＴＬＡＢ

ＺＨＡＮＧＸｉａｏ—ｃｒｉａｎｇ。ＣＡ０Ｌｉｕ—ｚｈｕ

ＷｏｒｋｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ。

（ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＣｏｍｐａｎｙ．ＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＧｒｏｕｐ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ４６７０００ Ｃｈｉｎａ；２．ＳｙｓｔｅｍＨｅｎａｎＰｉｎｇｄａｏＭｉｎｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ． Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ４６７０００－Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ。ｔｈｅｃｏｎｔｍｌｍｌｅｓｆｏｒｔｈｅｄｉｒｅｃｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｔａｔｏｒｆｌｕｘａｎｄｔｏｒｑｕｅａｔｓｔａｔｏｒｆｒａｍｅｉｓｄｅｄｕｃｅｄ．Ｗｅａｃｈｉｅｖｅａｍｅｔｈｏｄｔｏｃｈｏｏｓｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｖｏｌｔａｇｅｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒｃｏｎｃｅｐｔ．ＡｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｄｉｒｅｃｔｔｏｒｑｕｅｅｏｎｔｍｌｆｏｒａｓｙｎｃｈｍｎｏｕｓｍｏｔｏｒｂａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｍａｃｈｉｎｅａｔｔａｉｎｗｅｌｌｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃｒｅ．

ｓｐｏｎｓｅ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ—ｍｏｔｏｒ；ｄｉｒｅｃｔｔｏｒｑｕｅ；ＭＡＴＬＡＢ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ

０

引言

直接转矩控制技术是上世纪ｇｏ年代中期发展起来的新

厅。——电动机的极对数。

１．４电动机的运动方程

技术，它是继矢量变换控制技术之后，且与之并行发展的一种新型的高性能的交流调速传动控制技术。本文针对其主要控制对象定子磁链幅值及电动机转矩提出了相应的控制

ｚ＝咒＝丢鲁

式中

（４）

瓦——负载转矩；

．，——电机及拖动系统的机械转动惯量。

方法，本控制系统结构简单，性能很好且应用范围广，具有很

好的实用价值…。

２

直接转矩控制系统的建模

：

１

异步电动机数学模型

ｒＲ．＋ＬｌＰ

０ＲＩ＋Ｌｌｐ

Ｌ＝ｐｏ

０Ｌ｜Ｐ∞，￡Ｒ？＋Ｌ．ｐ

ｌ－

２．１转矩、磁链控制器

在直接转矩控制系统中，转矩控制和磁链控制可分别通

过滞环比较器实现‘“，如图ｌ和２所示。

‘九

ｌ坩‘甩

●

１．１异步电动机在静止坐标系上的电压矩阵方程

睁

形式

＼０

Ｉ￡ｌｐ

、－一Ｌ，，ａｌｆ

Ｌ＿坼

Ｌ。ｐ

毋＋却

—ｍ。Ｌｒ

ｌｄ

．ｉ

△妒

０

１１

△ｐ

式中：‰，～，ｉ。，如分另０为定子口，ｐ轴的电压、电流分量；

ｉ。，ｉ，ｐ分别为转子口，口轴的电流；Ｒ．，Ｒ，分别为定子、转子绕

图１转矩控制器

图２磁链控制器

组电阻；厶，厶，ｋ分别为定子、转子、定转子绕组的电感；Ｐ为微分算子；Ｗ，为转子的角速度。

１．２电动机的磁链方程

ＳＩＭＵＬＩＮＫ实现转矩、磁链控制器如图３：

Ｉ≯Ｊ

妒Ｑ

将经过坐标变换后的异步电动机的磁链方程写成矩阵

ｔ

Ｌ

Ｏ

＝

Ｏ

Ｌ．００

Ｌ．０

Ｌ

Ｏ

ＬＬ

０Ｌｋ“山“帅Ｏ

式中儿，“，“，加分别为定子、转子ａ，卢轴磁链。

睦

ｔ．

ＴＱ

（２）

图３转矩、磁链控制器的实现

２．２磁链扇区的判断

１．３电动机的转矩方程

Ｌ＝３／２％（妒。ｉ胡一妒妒ｉ。）

‘）Ｊ

本文以磁链逆时针旋转为例进行说明，通常将两相磁链轨迹形成的圆平面均匀分成６个扇区，如图４。对于磁链所

属扇区的判断要用到两个量：定子磁链的口轴与口轴分量，

式中￡——电动机的电磁转矩；

“与儿对磁链所属区域ＳⅣ的判断方法为【．１：

收稿日期：２００８—０４—２０；修订日期：２００８—０５—１６

作者简介：张晓强（１９６２一）．男．河南平顶山人，工程师，现任平顶山煤业集团建筑安装工程有限责任公司副书记，长期从事机

电技术和理论研究工作，多次在煤炭技术杂志上发表文章。