電機(jī)控制系統(tǒng)及simulink仿真

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1、電機(jī)控制系統(tǒng)與simulink仿真 筆名：小san 【摘　要】 對(duì)simulink特點(diǎn)、以及工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述， 并將simulink仿真用于電機(jī)控制系統(tǒng)仿真研究中，同時(shí)以一個(gè)具體實(shí)例較為深入地對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。 【關(guān)鍵詞】 simulink 電機(jī)　 仿真 1、引　言 　　系統(tǒng)仿真的通俗說(shuō)法就是模擬實(shí)驗(yàn)， simulink 是MATLAB的仿真工具箱，它從編程轉(zhuǎn)向模型構(gòu)造，快速、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真。Simulink在建模仿真中支持各類(lèi)系統(tǒng)，如線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、

2、混合系統(tǒng)、連續(xù)和離散系統(tǒng)等，為我們提供了不少基本模塊，我們可以根據(jù)需要從庫(kù)瀏覽器里復(fù)制出模塊，并進(jìn)行修改參數(shù)就可以得到我們要的模型了，從而輕松有效的完成系統(tǒng)仿真?！　? 目前，電機(jī)控制系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)也不斷有新的控制算法被采用。仿真是對(duì)其進(jìn)行研究的一個(gè)重要的、不可缺少的手段，而值得考慮的是采用何種軟件才使得仿真方便、快速、準(zhǔn)確且容易收斂和計(jì)算精度。simulink 軟件在其仿真研究中被成功方便地應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研制過(guò)程中。 2、simulink 仿真軟件的簡(jiǎn)介 （1）simulink 的特點(diǎn) a、 simulink仿真軟件最大的特點(diǎn)是非常直觀，直接面向“方框圖”，它

3、可完成控制系統(tǒng)模型輸入與仿真分析，在simulink界面下，可以直接用鼠標(biāo)“畫(huà)”出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用simulink提供的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析。這樣無(wú)論多么復(fù)雜的系統(tǒng)，相當(dāng)容易且直觀地就可完成模型的輸入和仿真計(jì)算,適用于科學(xué)研究與工程設(shè)計(jì)。仿真過(guò)程中和結(jié)束后都有示波器供查看、分析,所有數(shù)據(jù)都在內(nèi)存，可存貯在磁盤(pán)中。 　　 b、simulink仿真軟件工具帶有相應(yīng)的系統(tǒng)模型庫(kù)，當(dāng)進(jìn)行模型輸入時(shí)可方便地調(diào)用這些模塊，并進(jìn)行參數(shù)的修改，且不需要考慮系統(tǒng)模塊內(nèi)部，只要考慮系統(tǒng)中各類(lèi)塊的輸入輸出。 例如：動(dòng)態(tài)畫(huà)圓 X=cost， y=sint ；（用正弦波發(fā)生器Sin

4、e Wave） 雙擊圖標(biāo)出現(xiàn)相應(yīng)的模塊參數(shù)框，可在其中設(shè)置參數(shù)。 Sine Wave中Phase（相位）為pi／2，實(shí)際為cos t；Sine Wavel中Phase為0 C、simulink仿真軟件的核心是S函數(shù)。用戶建立起simulink系統(tǒng)模型就會(huì)建立一個(gè)相應(yīng)的S函數(shù)，這樣建立的S函數(shù)除了用來(lái)對(duì)原始模型進(jìn)行描述以外，還可以繪制出系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)，所以程序會(huì)顯得很繁瑣。用戶一般不想再繪制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，而只想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，則可用如下S函數(shù)，其引導(dǎo)語(yǔ)句格式為： function［sys,x0］=model(t,x,u,flag） 　　mode

5、l()為模型函數(shù)的函數(shù)名，t,x,u為對(duì)應(yīng)于狀態(tài)方程模型的時(shí)間、狀態(tài)向量和輸入向量，flag為選項(xiàng)位，用于標(biāo)識(shí)該函數(shù)的返回結(jié)果。 　　在本文介紹的電機(jī)控制系統(tǒng)仿真研究中，電機(jī)本體的模型(即一組非線性狀態(tài)方程）就是用S函數(shù)描述的，十分簡(jiǎn)單。 （3）simulink的工作原理 a、模型編譯（simulink 引擎調(diào)用模型編譯器，將模型編譯成可執(zhí)行的 形式） b、連接（分配和初始化存儲(chǔ)空間，按執(zhí)行次序排列的方法創(chuàng)建運(yùn)行列表， 以便定位和存儲(chǔ)每個(gè)模塊的狀態(tài)和當(dāng)前值輸出） C、仿真執(zhí)行（一般仿真模型都采用數(shù)值積分來(lái)仿真的，相鄰兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的長(zhǎng)度為步長(zhǎng)，步長(zhǎng)的大小取決于求解器的

6、類(lèi)型） 3 仿真實(shí)例 　　為了進(jìn)一步說(shuō)明simulink 軟件在電機(jī)控制系統(tǒng)仿真研究中的應(yīng)用，在此舉出三個(gè)實(shí)例。用simulink 仿真軟件工具對(duì)電機(jī)在以下兩種條件下進(jìn)行仿真研究（動(dòng)態(tài)仿真）：①無(wú)矢量控制的起動(dòng)過(guò)程，直接將電機(jī)接入電網(wǎng)；②加上矢量控制的電機(jī)起動(dòng)，電機(jī)起動(dòng)完成后負(fù)載突變。電機(jī)為三相鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其銘牌值為：3相，4極，額定功率PN＝11kW,額定電壓UN＝380V（Δ接），額定轉(zhuǎn)速nN＝1460r/min。參數(shù)如下（轉(zhuǎn)子側(cè)各量為歸算值）：定子電阻Rs=0．9674Ω，轉(zhuǎn)子電阻Rr=0．870Ω，定子漏電感Ls1=0.00839H,轉(zhuǎn)子漏電感Lr1=0.0159H，激磁電感

7、Lm=0.307H。 　　對(duì)應(yīng)①的仿真給出一組仿真結(jié)果如圖1～3所示。圖1為起動(dòng)過(guò)程電磁轉(zhuǎn)矩波形圖，圖2為起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)速波形圖，圖3a、b分別為靜止d軸和q軸定子電流波形圖。 圖1　電機(jī)起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)矩波形圖 圖2　電機(jī)起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)速波形圖 圖3　起動(dòng)過(guò)程定子電流波形圖 　　無(wú)需磁鏈閉環(huán)的滑差矢量控制模型下的電機(jī)起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩突變的仿真框圖如圖4所示。電磁轉(zhuǎn)矩波形圖如圖5，圖6為靜止d軸定子電流波形圖。 圖4　仿真框圖 圖5　矢量控制下的起動(dòng)過(guò)程和負(fù)載突變的轉(zhuǎn)矩波形圖 圖6　矢量控制下的起動(dòng)過(guò)程和負(fù)載突變的 靜止d軸電流波形圖 　　用simulink 軟件對(duì)

8、電動(dòng)車(chē)用感應(yīng)電機(jī)最大效率控制（EOC）進(jìn)行了仿真研究（穩(wěn)態(tài)仿真）。所用的實(shí)際電機(jī)如上所述。 　　仿真過(guò)程原理簡(jiǎn)圖如圖7所示。 圖7　仿真過(guò)程原理簡(jiǎn)圖 　　給出一組仿真結(jié)果如圖8、9所示。圖8為傳統(tǒng)V/f恒定控制下的電機(jī)功率因數(shù)曲面圖 圖8　傳統(tǒng)V/f恒定控制下的電機(jī)功率因數(shù)曲面圖 圖9　最大效率控制(EOC)的電機(jī)功率因數(shù)曲面圖 4、結(jié)　論 　 Simulink的功能和特點(diǎn)已使它成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真中不可缺少的基本軟件。Simulink仿真模型能夠反映電機(jī)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作過(guò)程,其可視化界面具有很好的演示效果,為自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究提供了強(qiáng)有力的工具。通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和增添校正裝置改善系統(tǒng)性能,展示了方便靈活的動(dòng)態(tài)仿真效果。充分表明simulink仿真非常適合電機(jī)控制領(lǐng)域內(nèi)的仿真及研究，甚至可以說(shuō)在 在科學(xué)和工程仿真領(lǐng)域中同樣有廣闊的應(yīng)用前景。　　 參考文獻(xiàn) 1、《MATLAB教程及實(shí)訓(xùn)》第七章---主編: 曹戈 機(jī)械工業(yè)出版社 2、張培強(qiáng).MATLAB語(yǔ)言演算紙式的科學(xué)工程計(jì)算語(yǔ)言.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995 　3、薛定宇.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)MATLAB語(yǔ)言及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社，1996