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杭州电子工业学院毕业设计论文

第4章 仿真系统详细设计

4.1 总体设计

整个仿真系统总体设计如图4-1所示，共有九个变量输出到工作空间，分别为：

TE Vqs ids iqs wm Vds idrp iqrp tout

其封装的子模块共有三个，重左到右分别为电源模块，坐标转换模块，中心电机 模块。其中Tl为负载转矩，具体输入为一个短时间的脉冲函数。 Vqs Vds To Workspace To Workspace1 ABids To Workspace2iqs fasfbsfcsw fqs 0VdsVqsw Subsystemidsiqs To Workspace3TEfdsCw TEidrpiqrpwm abcTodqf0s VdrpVqrpTo Workspace4idrp3 phase voltage generator Constant1TlTL To Workspace5TorqueiqrpTo Workspace6-K- wm GainTo Workspace7 图4-1系统总体框图 4.2 具体设计 4.2.1 电源 电源设计主要输入由一个电源频率和一个电压幅值组成，如图所示： 第 13 页

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4 w Ramp 2*pi Ramp1 3 Constant2 Sum Gain 1 s Integrator Mux Mux Ramp2 -K- Ramp3 13 Constant3 Sum1 Gain1 MATLAB Function MATLAB Fcn Demux Demux 1 A 2 3 B C 图4-2 电源模块框图

设计中用了两个同斜率不同起始时间的斜坡函数，来模拟电机通上电源后的初始电源频率和幅值，以频率为例，首先将第一个斜坡函数斜率定义为（60－3）*2起始时间定义为0s，第二个斜坡函数斜率定义为－(60-3)*2，起始时间为0.5s然后再加上一个常数3，构成的输出函数为一个从3开始到60的一个斜坡，而后稳定的波形，如图（4-3），而后给予一个2π的增益，即为电机角速率，加上一个积分环节后接入多路信号复合器 电压值设计同上，将输出波形加上

2的增益送入多路信号复合器，然后通过一个3matlab fuction 模块实现以下算式，从而输出三相电压：

?Va?x(2)*cos(x(1))??Vb?x(2)*cos(x(1)-2*pi/3); (4-1) ?V?x(2)*cos(x(1)?2*pi/3)?cx(1)为电源频率，x(2)为电压幅值

4.2.2 abc/dq转换器

从模拟电源得到的只是三相电压，为了模型计算，需将其转化成d/q坐标下的值，转化器设计如图4-3:

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1 fas 2 fbs 3 fcs MATLAB Function MATLAB Fcn 1 fqs Demux Demux 2 fds 3 f0s Mux 4 w 1 s Integrator f(u) Fcn Mux 图4-3 坐标转换模块

其原理是将三相电流表示为矩阵格式，而后用matlab fuction模块实现矩阵乘法，乘上派克矩阵式（3-4），结果即为d/q坐标下的dq两相电压。0相可忽略不计。 4.2.3 电机

电机模块实际是一个矢量运算模块，其原理见式（3-15）

图4-4 电机控制框图

运用了四个fuction模块分别实现了式(3-5)的功能，最后输出定子、转子的各相电流 设计完成后封装为如图（4-1）中的subsystem模块。

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4.2.4 电磁转矩

转矩的运算实现见式（3-9）将电机的输出定子、转子dq两相的电流通过相乘、相加这两个数学模块及一个增益模块得到输出的电磁转矩

设计模块如图（4-5）右上部分

1 Vds2 Vds ids 2Vqsw ids 1Vqs3w4 iqs Product 5iqs -K- 3VdrpVdrp5idrpSumProduct1 4GainTE VqrpwrVqrp iqrp idrp 6wmSubsystem 1iqrp 6 Gain1 P/2 s Integrator Bm Gain3 1/JSum1 TL Gain2 图4-5 转矩输出及反馈控制框图

4.3 控制反馈环节

因为微分环节对系统而言动荡较大，调试费事，因此本设计的控制器是一个传统的PI控制器，经过实践检验，该控制器能很好的控制系统的稳定性。如图(4-5)下方所示.调试中可以以改变Bm的值来调整输出。机械转速的输出见式(3-10)。

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第5章 系统仿真运行

5.1 输出结果稳定情况

仿真前各常量的取值如下：

rs=0.531Ω r’r=0.408 Ω J=0.1kg/m2

Lls=Llr’=2.52mH Lm=84.7mH Ls=8.722mH Bm=0

输入的abc三相电流经转换后得出的dq相电压时间相应如下： 20018016014012010080604020time /s 0012345678910Vqs /v 图5-1 q相电压时间相应 8x 10-11 Vds /v 6420-2time /s -4012345678910图5-2 d相电压时间响应

电压流进电机内部，经过内部一系列作用后，输出定子、转子的dq相电流响应如图(5-3)-(5-8)所示。由以下响应图可知：由于一开始电压不是瞬间攀升，而是在短时间内由一定幅度攀升到峰值，而且由于外部负载转矩的加入，势必输出会有不稳定，在控制器的反馈控制下，由图5-7可见输出电磁转矩在经历了一开始短时间的波动后，在仿真开始2秒后即趋向于稳定，由图5-8可见输出的机械转速则稳步提高，最后稳定在1800r/m的峰值附近。

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