D0I:10.13374/i.issm1001053x.2004.01.050 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 异步电机矢量控制系统动态仿真方法 张长军孟朔刘建政赵争鸣 清华大学电机系，北京100084 摘要介绍了应用高级语言结合图形化工具仿真动态研究异步电机矢量控制系统的方法， 异步电机模型、采用矢量控制策略的变频器模型和通用机械负载模型在Simulink中建立并组 合为完整的变频调速系统仿真模型，模型被转化嵌入到C+的主程序而得到可以进行全面、 动态、可视化仿真的异步电机变频调速系统软件.测试结果表明该方法得到的仿真模型正确， 软件功能多样，使用方便. 关键词异步电机：矢量控制：动态仿真；Simulink 分类号TM921.51:TP391,9 随着电力电子器件和装置的快速发展，应用 快捷的用户界面，并可独立运行在任意一台微机 变频调速控制的电机系统性能越来越优越，在工 上，为广大的科研设计人员服务.仿真结果证明， 业生产和人民生活中发挥着更加广泛而重要的 该方法是正确、有效的. 作用.在进行复杂系统的设计时，采用计算机仿 真的方法来辅助分析和设计变频调速系统显得 1用图形化开发工具对系统建模 更加的重要而有效.传统仿真方法的研究大体有 为了避免C+带来的繁杂的编程工作，系统 两个方向，一种是使用以C+为代表的高级语言 模型核心采用Matlab/Simulink建立，整个变频调 直接编程进行a,另一种是采用以Matlab/Simu- 速系统模型分为异步电机、变频器（包含控制 link为代表的通用工具软件进行)，前者需要对 器)、可控负载三部分，其中异步电机既可以为绕 系统建模，由于变频调速电机系统为高阶、非线 线式电机也可以为鼠笼式电机，变频器的控制策 形、多变量的复杂系统，导致其编程工作量庞大， 略采用了目前应用广泛的矢量控制， 费力费时，而且难以产生可靠稳定的结果.因此 1.1异步电机模型 采用高级语言进行的仿真研究往往要对系统作 异步电机模型的建立基于Park方程.通过三 大量的简化，并且难以从编程上实现对系统的动 相/二相变换，可以得到异步电机在dg两相坐标 态仿真计算.后者因为采用了图形化的开发工 系下的数学模型.这样才得以清晰地分别控制电 具，开发速度快而灵活便捷，但是为此付出的代 机的转矩和磁通.最终控制电机的仍然是三相电 价就是仿真运行速度慢和仿真只能在其单一的 的方式，因此还需要进行二相/三相变换.以下方 工作环境中运行.传统仿真方法已经越来越难以 程分别为定子电压和电流的三相/二相变换（转 适应复杂大系统的仿真研究， 子方程类似，从略) 本文采用将高级语言(C+)编程与图形化开 1[2cos0 cos0+V3sineV 发工具(Simulink)相结合的方法，综合了两种模 (1) 3 [2sine sin@+/3coselv 式的优势，研制出一套独立的异步电机变频调速 cose sine 系统动态仿真软件，不仅做到模型准确、仿真速 -cos0+3sine -3cos0-sine 2 3 度快，而且做到完全的动态仿真.软件具备方便 ia=-in-in (2) 将()封装在以方框表示的函数模块中，就在 收稿日期2003-10-24 张长军男，26岁，硕士研究生 Simulink中实现三相/二相变换模型如图1所示. *国家"863"计划项目(No.2002285)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 异步 电机矢量控制系统动态仿真方法 张 长 军 孟 朔 刘 建政 赵争鸣 清华大学 电机 系 ， 北京 摘 要 介 绍 了应 用高级 语 言结合 图形 化 工 具 仿真 动态研 究异 步 电机矢量控 制 系统 的方 法 异步 电机模 型 、 采用 矢 量 控制 策 略的变频 器模型和 通 用 机械 负载模型 在 中建立 并 组 合 为完 整 的变 频 调 速 系统 仿真模型 模型 被转 化 嵌入 到 料 的主 程 序 而 得 到 可 以进行 全 面 、 动态 、 可视化仿 真的异步 电机变频 调速 系统 软件 测 试 结果表 明该方法 得 到 的仿 真模 型 正 确 ， 软件 功 能 多样 ， 使用 方便 关键词 异步 电机 矢量 控 制 动态 仿真 分 类号 随着 电力 电子器 件 和 装 置 的快速 发展 ， 应 用 变频 调速 控 制 的 电机 系统性 能越 来越优越 ， 在 工 业 生 产 和 人 民生 活 中发 挥 着 更 加 广 泛 而 重 要 的 作 用 在 进 行 复 杂 系 统 的设 计 时 ， 采 用 计 算机 仿 真 的方 法 来 辅 助 分 析 和 设 计 变 频 调 速 系 统 显 得 更加 的重要 而 有效 传 统仿真方法 的研 究大 体有 两个 方 向 ， 一 种 是使用 以 料 为代 表 的高级 语 言 直接 编 程 进 行 ‘冈 ， 另一 种 是采 用 以 油 为代 表 的通 用 工 具 软件 进 行 ’ 前 者 需要 对 系统 建模 ， 由于 变 频 调速 电机 系 统 为 高 阶 、 非 线 形 、 多变量 的复杂 系统 ， 导致其 编程 工 作量 庞 大 ， 费力 费时 ， 而 且难 以产 生 可 靠 稳 定 的结 果 因此 采 用 高级 语 言进 行 的仿 真 研 究 往 往 要 对 系 统 作 大量 的简化 ， 并且难 以从编程 上 实现对 系统 的动 态 仿 真 计 算 后 者 因 为采 用 了 图形 化 的 开 发 工 具 ， 开 发速 度 快 而 灵 活便 捷 ， 但 是 为此 付 出 的代 价 就 是 仿 真 运 行 速 度 慢 和 仿 真 只 能 在 其 单 一 的 工 作环 境 中运 行 传统 仿真方法 己 经越 来越 难 以 适 应 复杂 大系统 的仿 真研 究 本 文 采用 将 高级 语 言 什 编 程 与 图形 化 开 发 工 具 相 结合 的方法 ， 综 合 了两 种 模 式 的优势 ， 研制 出一套 独 立 的异步 电机变 频调速 系统 动 态 仿 真 软件 ， 不 仅做 到模 型准 确 、 仿 真速 度快 ， 而 且 做 到完全 的动 态 仿 真 软件 具 备 方 便 快 捷 的用 户 界 面 ， 并可 独 立 运行 在任 意一 台微机 上 ， 为广 大 的科研 设计 人 员服 务 仿真 结 果证 明 ， 该方 法 是 正确 、 有 效 的 用 图形 化 开 发 工 具 对 系统 建模 为 了避 免 一带 来 的繁 杂 的编 程 工 作 ， 系统 模 型 核 心 采用 汕 建立 整 个 变频 调 速 系 统 模 型 分 为 异 步 电机 、 变 频 器 包 含 控 制 器 、 可控 负载 三 部 分 其 中异 步 电机 既可 以为绕 线 式 电机 也可 以为 鼠笼式 电机 ， 变频 器 的控 制策 略采用 了 目前 应 用 广 泛 的矢 量 控 制 异 步 电机 模型 异步 电机模型 的建 立 基 于 方 程 通 过 三 相 二 相 变换 ， 可 以得 到 异 步 电机 在内两 相 坐 标 系 下 的数 学模 型 这 样 才得 以清 晰地 分 别控 制 电 机 的转 矩 和 磁通 最 终控 制 电机 的仍 然 是三相 电 的方 式 ， 因此 还 需要 进 行 二 相 三 相 变换 以下 方 程 分 别 为定 子 电压 和 电流 的三 相 二 相 变换‘，转 子 方 程 类 似 ， 从 略 标枯 口珠凡二 坛 一 忍 一 加 收稿 日期 一 一 张 长 军 男 ， 岁 ， 硕 士 研 究生 国家 ” ，，计 划项 目 将 封 装在 以方框表 示 的函数模块 中 中实现 三 相 二 相 变 换模型 如 图 ， 就在 所 示 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．04．050
434。 北京科技大学学报 2004年第4期 电机的电气系统在g坐标系下的等值电路 式中，V为电压，i为电流，p为磁通，T为转矩，ω为 如图2所示，其中忽略了定子和转子的铁损. 转速，R为电阻，L为电感，F为摩擦系数，日为转子 角度.下标dq表示dg坐标量，ts表示转子/定子 量，e表示电气量，m表示机械量，转子量带撇号 fu) ()表示其为折合至定子后的量， 将上面的电气方程变形，以电压为输入量， 以不能突变的磁通作为状态变量，电流变量便可 4 以用状态变量表示，再结合电磁转矩方程和机械 系统方程，就可以在Simulink中得到异步电机的 图1三相/二相变换模型 仿真模型，如图3所示.其中abc一dg和dg→abc两 Fig.1 Model of 3/2 Transform 个模块就是上面的三相/二相，二相/三相变换模 a) R. L' (@-p'R 型封装成的子系统.Stator flux linkage,Rotor flux M -wt linkage等子系统封装了方程(3)和(4).Torque子系 统封装了机械运动方程(6) (0-u,p'n (b) 图2g轴(a)和d轴(b)等值电路 Fig.2 The g axis (a)and the d axis (b)equivalent circuit 由此得到完整的dg坐标系下的异步电机电 图3异步电机模型 气系统方程). Fig.3 Induction motor model 电压方程： V-Rim+drPaYu 12变频器模型 这里的变频器包含了逆变器和控制器两个 Vs=Riat do d山ps-wpn 部分.其中控制器采用了目前应用广泛的矢量控 (3) V.-R'ictdp'zt(o-0hg' 制策略，采用电流和转速的双闭环控制方式. 图4是变频器在Simulink中的模型框图.框 v.-Ri+dr9-(o-0hp' 图对主要计算单元进行了封装，可以看到主要的 dg坐标系下的磁链方程： 模块包括三相/二相，二相/三相变换单元，速度PI Pa=Liia+Lmi' 调节器，电流计算单元，电流积分比较器等组成. @a=Lis+Lmi't 其中的逆变器使用了Simulink提供的通用整流 P'r=L:i'xrLmin (4) o'=L:i'stL-ia 其中，L,=Lw+Lm,L,=L+Lm dg坐标系下的电磁转矩方程： =3ppo-pw） (5) 机械系统方程： 尚于 d 1 .-2H(T.-F@.-T-) (6) 图4矢量控制器、逆变器模型 Fig.4 Vector-controller model and inverter model
一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 电机 的 电气 系 统 在 内 坐 标 系 下 的 等 值 电路 如 图 所 示 ， 其 中忽 略 了定 子 和 转 子 的铁 损 图 三 相 二 相 变换模型 丫 皿，如 田卯么 十 ，、 。 一 以冲认 · 门、 十 臼卜 标 川峨 ’ 式 中 ， 为 电压 ， 为 电流 ， 尹为磁 通 ， 为转矩 ， 。 为 转 速 ， 为 电阻 ， 为 电感 ， 为摩 擦 系数 ， 为转子 角度 下 标 表 示叨奋坐 标 量 ， 表 示 转子 定 子 量 ， 表 示 电气 量 ， 表 示 机 械 量 ， 转 子 量 带撇 号 ， 表 示 其 为折 合 至 定子 后 的量 将 上 面 的 电气 方程 变 形 ， 以 电压 为输 入 量 ， 以不 能突变 的磁 通 作 为状 态变量 ， 电流变量便 可 以用状 态变 量 表 示 ， 再 结 合 电磁 转矩 方程和 机械 系统 方 程 ， 就 可 以在 川 吐 中得 到 异 步 电机 的 仿 真模型 ， 如 图 所 示 其 中 和内一 两 个 模 块 就 是 上 面 的三 相 二 相 ， 二 相 三 相 变 换模 型封 装 成 的子 系 统 ， 等 子 系 统 封 装 了方程 〔 和 子 系 统 封 装 了机械 运 动 方 程 向 多 ‘ 竺 十 与 孙 。 一 臼 砰争 十厂、 尸 铆卜 之 闷呀 珠 爪 二 云于 认 认 图 轴 和 轴 等值 电路 哈 一 伍 伪 。 扮 ‘ 锰云司 佣 甸 竹 口 润 一 向 诵劝 匆 臼 匆 口 ， 山 由此 得 到 完 整 的 坐 标 系 下 的 异 步 电机 电 气 系 统 方 程‘ 电压 方 程 图 异步 电机 模 型 、 一 命加儿 。 一 伽 ‘ 一‘ 。 一 、 命洲 。 一 、 认 ’ 一 、 命 、 一 ，一 、 、 肉坐 标 系 下 的磁 链 方程 变频 器 模 型 这 里 的 变 频 器 包 含 了逆 变 器 和 控 制 器 两 个 部 分 其 中控 制 器采用 了 目前应 用 广 泛 的矢 量控 制 策 略 ， 采 用 电流 和 转 速 的双 闭环 控 制 方 式 图 是 变 频 器 在 中的模 型框 图 框 图对 主 要 计 算 单 元进 行 了封装 ， 可 以看 到主 要 的 模 块包 括三 相 二相 ， 二相 三 相 变换 单 元 ， 速度 调 节器 ， 电流 计算 单元 ， 电流积 分 比较 器等 组成 其 中 的逆 变 器 使 用 了 功 提供 的通 用 整 流 其 中 ， 。 ， 牛 飞 ， 坐 标 系下 的 电磁 转 矩 方 程 一 争帆、 一 叽‘ ， 机械 系统 方 程 ‘，， ， 、 石 。 厄万气 一户 “ 一 犷 肠吮 护 肠目 七卜 几 丁刀 。 一丁 氏 臼 工 图 矢 量 控制 器 、 逆 变器 模型 啥 、 龟 加
Vol.26 No.4 张长军等：异步电机矢量控制系统动态仿真方法 ·435 桥，由理想直流电源供电，矢量控制的思想是将 的运用使建模工作层次清晰，逻辑明了，而且便 异步电机等效为直流电机进行控制.首先通过坐 于模型的重用.例如二相/三相，三相/二相变换 标变换将反馈量变换为等效于直流电机的两相 模块，就被封装成子系统后被多次利用，从而减 量，然后通过类似于直流电机调速系统的控制器 少了工作量. 计算出励磁电流和电枢电流的给定量，最后再经 过反变换得到三相的参考电流，从而经过电流滞 2仿真模型核心的嵌入和主程序 环比较器给出逆变器的触发信号，驱动逆变器带 设计 动电机.图形化的建模工具使建模过程原理清 晰，在图4中，矢量控制的计算流程非常清晰. 2.1仿真模型核心的嵌入 13可控负载模型 仿真模型在Simulink中完成后，并不能直接 变频调速系统带负载能力是调速系统一个 在程序中利用，更不能离开Simulink环境运行. 很重要的研究内容.为了能仿真出各种负载类 因此首先使用Matlab的RTW(Realtime-Workshop) 型，这里的机械负载模型采用了通用化的设计方 工具将其转换成以C/C+描述的仿真内核，之后 法 嵌入主程序， T-a.+aw (7) 主程序由C++Builder开发，专门设计了输入 输出接口以容纳仿真模型内核，数据接口以面向 式中，n为转速，给定a,a,a2,a不同的取值组合， 对象的类实现，输入接口读取仿真内核的参数和 Tm可以仿真出恒转矩负载、风机泵类负载、恒功 仿真数据，并进行必要的数据格式转换和封装， 率负载等各种复杂的负载类型.图5是可控动态 输出接口将主程序的参数和数据进行必要的数 负载模型在Simulink中的框图 据格式转换并按照仿真内核需要的格式传给仿 真内核，从对仿真内核的所有操作都通过数据接 口完成，仿真内核被封装在接口类中，如图7所 示，从主程序这边看过去，操作仿真内核就和操 作常规的C/C+对象没有区别了，从而使整个程 序符合面向对象的开发思想，风格一致而标准. 并且仿真模型的修改将不会影响主程序，仿真内 核也不需要因为主程序的修改而修改，这将令软 件的升级和重用十分方便. 图5可控通用动态负载模型 数据 Fig.5 Controllable dynamic universal load model 主程序 输入输出 仿真内核 接口 1.4系统模型整合 将上述各个模块整合连接后，就得到如图6 图7仿真模型内核的嵌入 所示的完整的变频调速系统模型，变频器、异步 Fig.7 Embedding the simulation kernel 电机、负载等模块都被封装成为子系统.子系统 2.2仿真主程序设计 电机变频调速仿真软件的设计目的是帮助 科研设计人员进行电机产品、电机拖动系统设、 电机控制系统的设计工作，因此软件在功能设置 nduction Motee 和用户界面设计的指导思想是设计成为一个仿 真的实验平台，让用户可以以熟悉的方式在计算 图6完整系统模型 机上完成一些实验研究工作，从而帮助设计人员 Fig.6 Complete system model 更加快速有效的展开工作.整个软件的工作流程
】 一 张 长 军 等 异步 电机 矢 里控制 系统 动 态仿真 方 法 桥 ， 由理 想 直 流 电源 供 电 矢量 控 制 的思 想 是将 异 步 电机等 效为直 流 电机进 行控 制 首先 通 过 坐 标 变 换 将 反馈 量 变 换 为等 效于 直 流 电机 的两 相 量 ， 然 后通 过类似 于 直流 电机调速 系统 的控 制器 计算 出励 磁 电流和 电枢 电流 的给 定量 ， 最 后 再经 过 反变 换 得 到三相 的参考 电流 ， 从而 经 过 电流滞 环 比较器 给 出逆变器 的触 发信 号 ， 驱 动 逆 变器 带 动 电机 图形 化 的建 模 工 具 使 建 模 过 程 原 理 清 晰 ， 在 图 中 ， 矢 量 控 制 的计 算流 程 非 常清 晰 可 控 负载模 型 变 频 调 速 系 统 带 负载 能 力 是 调 速 系 统 一 个 很 重 要 的研 究 内容 为 了能 仿 真 出各 种 负载 类 型 ， 这里 的机械 负载模 型采用 了通用 化 的设计 方 法 二 一 命 ，， 式 中 ， 为转速 ， 给 定 ， ， 伪 ， 不 同的取 值 组 合 ， 可 以仿 真 出恒 转 矩 负载 、 风 机 泵 类 负载 、 恒 功 率 负载等 各 种 复杂 的负载类 型 图 是 可 控 动 态 负载模 型在 中 的框 图 的运 用 使 建 模 工 作 层 次清 晰 ， 逻 辑 明 了 ， 而 且 便 于 模 型 的重 用 例 如 二 相 三 相 ， 三 相 二 相 变 换 模 块 ， 就 被 封 装 成 子 系 统 后 被 多 次利用 ， 从 而 减 少 了工 作 量 】峪 告 十 · 仿 真模 型 核 心 的嵌 入 和 主 程 序 设 计 仿 真模型核 心 的嵌 入 仿 真模 型在 中完 成 后 ， 并 不 能 直接 在 程序 中利用 ， 更 不 能 离 开 环 境 运 行 因此 首先 使用 的 爪勺 工 具将 其 转 换 成 以 什描 述 的仿 真 内核 ， 之 后 嵌入 主 程序 主 程 序 由 什 开 发 ， 专 门设计 了输 入 输 出接 口 以容纳 仿真模 型 内核 数据 接 口 以面 向 对 象 的类 实现 ， 输入接 口 读取 仿 真 内核 的参数 和 仿 真 数 据 ， 并 进 行 必 要 的数 据 格 式转 换 和 封 装 输 出接 口 将 主 程 序 的参 数 和 数据 进 行 必 要 的数 据 格 式 转 换 并 按 照 仿 真 内核 需 要 的格 式传 给 仿 真 内核 从对 仿真 内核 的所 有操 作都通 过数据 接 口 完成 ， 仿 真 内核被封 装 在接 口 类 中 ， 如 图 所 示 ， 从 主 程 序 这边 看 过 去 ， 操 作 仿 真 内核 就和 操 作 常 规 的 料对 象 没 有 区 别 了 ， 从 而 使 整 个 程 序 符合面 向对 象 的开 发 思 想 ， 风 格 一 致 而 标 准 并且 仿 真模 型 的修 改将 不会 影 响主程序 ， 仿真 内 核 也不 需 要 因为 主程 序 的修 改而 修改 ， 这 将令 软 件 的升 级 和 重 用 十 分 方便 图 可 控通用 动 态 负载模 型 咭 系统模 型 整 合 将上 述 各个 模 块 整 合 连 接 后 ， 就 得 到 如 图 所 示 的完整 的变频 调 速 系 统 模 型 变 频 器 、 异 步 电机 、 负载 等 模 块 都 被 封 装 成 为子 系统 子 系 统 仿真内核 主程序 图 仿真模 型 内核 的嵌 入 电 加 六厂州 “ ‘ 】 丫一州叫 一 吮 即 ， 卜 叫 之， 门叫 口 目 月 玩 此 一一 图 完整 系统模型 仿 真 主 程 序 设 计 电机 变 频 调 速 仿 真 软 件 的 设 计 目的 是 帮 助 科 研 设计 人 员进 行 电机 产 品 、 电机 拖 动 系 统 设 、 电机控 制 系统 的设计 工 作 因此 软件 在 功 能设 置 和 用 户 界面 设 计 的指 导 思 想 是 设 计 成 为一 个 仿 真 的实验 平 台 ， 让用 户可 以以熟悉 的方 式在计算 机 上 完成 一 些 实验研 究工 作 ， 从 而 帮助 设计 人 员 更加快 速 有 效 的展 开工 作 整 个 软件 的工 作流程
·436- 北京科技大学学报 2004年第4期 可以简单的概括为设定参数→开始仿真→观察 实验B: 结果三个部分 (1)改变变频器参数为K,=30,K=60,Tm= 图8显示了软件的主要界面，包括图形化的 400Nm,重复实验A(1). 参数设定页面、动态多路示波器页面和极坐标示 (2)改变变频器参数为K,=30,K=60,Tm= 波器，这里的变频调速仿真系统，在人机界面上 400N·m,重复实验A(2). 最重要的功能是展示各种仿真数据.专门设计的 实验A结果见图(a)图10(a),实验B结果见 动态多路示波器可以以不同颜色同时显示多路 图96)图10b). 信号.在软件实际运行中，这一过程将和实际的 (a 示波器一样是动态地展示出来的.用户可以任意 选择同时显示所关心的信号，随时放大观察任意 局部的细节波形，还可以保存任何时刻的信号波 形或读取曾经保存的波形，便于进行对比分析， (b) 图y电机转速和证通轨迹图.(a)买验A(1)(b)实验B1) Fig.9 Motor speed and track of flux.(a)Experiment A(1); (b)Experiment B(1) 图8程序主要界面 Fig.8 Program main interface 至此完成了此动态仿真软件的开发.高级语 言与图形开发工具相结合的仿真方法，充分发挥 了这两种不同开发模式的优势，将开发工作的不 同阶段采用不用的模式进行，从而在保证功能的 情况下得到了快速可靠开发的优势. 3仿真实验 图10电机转速、负载和磁通轨迹图.(@)买验A(2):b) 实验系统中异步电机主要参数：P=4,R,= 实验B(2) 0.0872,L,-0.0008H,R=0.2282,L,=0.0008H,Lm= Fig.10 Motor speed,load and track of flux.(a)Experi- 0.0347H,=1.662kgm2,F=0.1.变频器主要参数： ment A(2);(b)Experiment B(2) 速度PI控制器K,=13,K=26,转矩限制T=200N m,电流比较器滞环H=20A. 4结果分析与结论 实验A: 从仿真结果图9和图10可以看到，不同的给 (1)初始转速设定为120rads,空载启动，稳定 定操作和不同的参数设定，仿真软件给出了不同 后增速至140rads,之后减速至90rad/s. 的仿真结果.对比图9(a)和(b),由于控制器转矩 (2)电机稳定后突然加挂100Nm的恒转矩 限制Tm的增加，实验B中电机启动后更快的达 负载，再次稳定后撤去负载. 到设定转速，对每次控制信号的响应也更快.也
‘ 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 可 以简 单 的概 括 为 设 定 参 数 开 始 仿 真 一 观 察 结果 三 个 部 分 图 显 示 了软 件 的 主 要 界 面 ， 包 括 图形 化 的 参数 设 定 页面 、 动 态 多路 示波器 页 面 和 极坐 标 示 波器 这 里 的变 频 调 速 仿 真 系统 ， 在 人 机 界 面 上 最 重要 的功 能 是展 示 各种仿 真数据 专 门设 计 的 动 态 多路 示 波 器 可 以 以不 同颜色 同 时 显 示 多路 信 号 在 软 件 实 际运 行 中 ， 这 一 过程 将和 实 际 的 示 波 器 一 样 是动 态 地展 示 出来 的 用 户可 以任 意 选 择 同时显 示所 关心 的信 号 ， 随 时放 大观 察任 意 局 部 的细 节 波 形 ， 还 可 以保存任何 时刻 的信 号 波 形 或 读 取 曾经 保 存 的波 形 ， 便 于 进 行 对 比分 析 实验 改 变 变 频 器 参 数 为凡 ， 式 ， 几 · ， 重 复 实验 改 变 变 频 器 参 数 为凡 ， 风 ， 几 · ， 重 复 实验 实验 结 果 见 图 图 ， 实验 结果 见 图 伪 图 伪 图 ， 电 机转速和班通轨还 图 买猫 句买骚 落 加 。 弹 口 吧 图 程 序 主要 界面 嗯 口 恤 加加到阮 至 此 完成 了此 动 态 仿 真 软 件 的开 发 高级 语 言与 图形 开 发 工 具 相 结合 的仿 真方 法 ， 充 分 发挥 了这 两种 不 同开 发模 式 的优 势 ， 将 开 发工 作 的不 同阶段采用 不用 的模 式进 行 ， 从 而 在保 证 功 能 的 情况 下 得 到 了快速 可 靠 开 发 的优 势 仿 真 实验 实 验 系 统 中 异 步 电 机 主 要 参 数 尸二 ， 。 ， ， 无司 ， 百 ， ， · ， 变频 器 主 要 参 数 速 度 控 制 器凡 ，尤二 ， 转矩 限制 不‘ · ， 电流 比较器 滞 环 介 实验 初 始转 速 设 定 为 ， 空载 启 动 ， 稳 定 后 增 速 至 ， 之 后 减速 至 电机 稳 定 后 突 然 加 挂 · 的恒 转矩 负载 ， 再 次稳 定 后 撤去 负载 图 电 机 转 速 、 负 载和破通轨迹 图 实验 伪 实验 馆 ， ， 肠 如 盯 脚 伪 结 果 分 析 与结 论 从仿 真 结 果 图 和 图 可 以看 到 ， 不 同 的给 定操 作 和 不 同的参 数 设 定 ， 仿 真 软件给 出 了不 同 的仿 真 结 果 对 比 图 和 伪 ， 由于 控 制器转矩 限制 不， 的增 加 ， 实验 中 电机启动 后 更 快 的达 到 设 定 转 速 ， 对 每 次 控制 信 号 的 响应 也 更 快 也
VoL.26 No.4 张长军等：异步电机矢量控制系统动态仿真方法 ·437 因此B的磁通轨迹螺旋比A要少.而速度控制器 开发过程效率提高，程序稳定可靠 K,K的增加使实验B中每次转速变化的超调量 减小，这在图中也可以明显看到.同理，图10中 参考文献 实验B中的电机转速因负载变化带来的扰动也 1陈伯时.电力拖动自动控制系统M.第二版.北京： 小于实验A,因此这一过程的磁通轨迹B窄于A, 机械工业出版社，2000. 改变系统中其他部分的参数，将同样的到对应的 2贺益康.交流调速系统计算机仿真M.北京：科学 结果.模型的动态仿真过程与实际的矢量控制变 出版社，1990. 3 Mohan N.Electric Drives-An Integrative Approach [M]. 频调速系统基本吻合，充分验证了仿真模型的正 Published by MNPERE,2001. 确性和有效性. 4 Orille A L,Sowilam G MA,Valencia J A.A new simula- 此异步电机变频调速系统动态仿真软件模 tion of symmetrical three phase induction motor under 型准确，做到了对变频调速系统动态的、全面的、 transformations of park [J].Comput Ind Eng,1999,37 可视化的仿真，得到了优于以往仿真软件的性 (10):359 能，这三者的结合使用户能够方便快捷地在动态 5 Balanathan Ragu,Pahalawaththa Nalin C,Annakkage 中调整系统的各个参数，直观地观察对比各种仿 Udaya D.Modelling induction motor loads for voltage 真结果，这将给实际的变频调速系统的设计和研 stability analysis [J].Int J Electr Power Energy Syst,2002, 24(8):469 究带来帮助.此外Simulink结合C+的新方法使 Dynamic Simulation for Induction Motor Vector-Control System ZHANG Changjun,MENG Shuo,LIU Jianzheng,ZHAO Zhengming Department of Electrical Engineering.Tsinghua University,Beijing 100084 ABSTRACT A method to implement the dynamic simulation for an induction motor vector-control system was investigated.The complete simulation model was created with the help of the graphical toolbox of Simulink,being embedded into C++program,and was transferred to stand-alone software that can generally,dynamically and vis- ually do kinds of simulations for the induction motor control system.The results show that the model derived by the method is accurate and the software is functional well and easy to use. KEY WORDS induction motor;vector control;dynamic simulation;Simulink
张长 军 等 异步 电机矢 量控制系统 动 态仿 真方 法 因此 的磁 通 轨迹 螺 旋 比 要 少 而 速 度 控 制 器 凡 ，茂 的增 加 使 实验 中每 次 转速 变 化 的超 调量 减 小 ， 这 在 图 中也 可 以 明显 看 到 同理 ， 图 中 实验 中 的 电机 转速 因 负载 变化 带 来 的扰 动 也 小 于 实验 ， 因此 这 一 过 程 的磁 通 轨 迹 窄于 改变 系统 中其他部 分 的参 数 ， 将 同样 的到对应 的 结果 模 型 的动 态 仿真过 程 与 实 际 的矢 量控 制变 频 调速 系统基 本 吻合 ， 充 分验 证 了仿 真模 型 的正 确 性 和 有 效性 此 异 步 电机 变 频 调 速 系 统 动 态 仿 真 软 件 模 型准 确 ， 做 到 了对 变频 调速 系 统 动态 的 、 全面 的 、 可 视 化 的仿 真 ， 得 到 了优 于 以往 仿 真 软 件 的性 能 这 三 者 的结合 使用 户 能够 方便 快 捷 地 在 动态 中调 整系统 的各个参数 ， 直观 地 观 察对 比各种仿 真结果 ， 这 将给 实际 的变 频 调速 系统 的设计 和研 究带 来 帮助 此 外 如 结合 料 的新方 法 使 开 发过 程 效率提 高 ， 程 序 稳 定 可 靠 参 考 文 献 陈伯 时 电力拖动 自动控 制系统 【 」第 二版 北 京 机械工 业 出版 社 ， 贺益康 交流 调速 系统 计算机仿 真 」北 京 科 学 出版 社 ， 一 】 ， ， ， 打 ， ， ， ， 内阴公次 月 ， ， 一 月月刀 舒 ， 龙历万 “ ， 必 乙阮 陇墓职 别由叮 ， ， 涌 而 ， 什 别 ， 明 加川 ， 而 汕 而