双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的MATLAB仿真

编辑：双鸭山矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：318

双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的MATLAB仿真 核心提示：　　北京航空航天大学学报双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的郭宏王光能（北京航空航天大学自动化科学与双鸭山矿用变压器工程学院）要：介绍了一种基于MATLAB的双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的仿真方法。在分析了直接转矩控制系统

　　北京航空航天大学学报双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的郭宏王光能（北京航空航天大学自动化科学与双鸭山矿用变压器工程学院）要：介绍了一种基于MATLAB的双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统的仿真方法。在分析了直接转矩控制系统的结构和工作特点之后，结合MATIAB提供的仿真环境和各种工具箱设计了一个能分析整个系统性能的仿真系统。包括利用功率系统工具箱实现功率部分的仿真；通过编写自定义的S-FUNCTION实现各种复杂的控制算法；以及在SIMULINK环境下结合已有的各种工具箱实现系统的建模。最后给出了一个利用MATLAB对双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统进行仿真的实例，为追求整体性能的提高提供了一个好的矿用变压器工具。

　　开关状态选抒器异少双鸭山矿用变压器模型双鸭山矿用变压器直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后的又一新技术它自诞生之日起，就以自己新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到了普遍的关注。许多文章从不同的角度提出了新的见解和方法，特别是随着各种控制理论的引入，新的控制策略还不断的出现。如何验证控制效果，提高研究效率是摆在人们面前的一个问题。

　　而许多仿真程序在对直接转矩控制系统进行仿真时，只停留在系统局部的分析上，不能很好地对系统的整体性能进行分析。这使人们对直接转矩控制的研究大多停留在局部完善的水平上，而没有达到全面提高的层次。

　　Mathworks公司的MATLAB仿真软件是一种面向科学与工程计算的高级语言，由于集成了控制系统、信号处理、模糊控制、功率系统等工具箱，使它能很好的实现双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统各种控制方案的仿真。而利用MATIABFCN及S-FUNCTION等用户自定义的函数可以非常容易的实现各种算法。同时它还有各种图形输出方式，可以非常容易的分析仿真结果。在SIMULINK环境中，将各种控制仿真工具箱和自定义函数有机的结合起来，使整个直接转矩控制系统的仿真变得很容易。

　　1直接转矩控制系统介绍直接转矩控制技术具有独特的控制思想。它用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算与控制双鸭山矿用变压器的转矩，采用定子磁场定向，借助各种调节方法产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩控制的高动态性能111.典型的双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统如所示。

　　2逆变器典型的直接转矩控制系统框图其中，双鸭山矿用变压器模型主要实现电机的转矩、磁链和转速等的观测，所用观测器有开环观测器、闭环观测器和人工智能观测器等；开关状态选择器利用各种控制方法（如Band-Band控制，模糊控制和人工神经元网络等）计算出控制所需的电压矢量，决定逆变器的开关状态，产生驱动双鸭山矿用变压器的PWM电压。

　　2功率部分的仿真如所示，系统的功率部分包括逆变器模型和双鸭山矿用变压器模型。在MATLAB的SIMULINK环境中仿真这部分是很容易的，因为功率系统工具箱中包含了各种典型功率器件的模型（如电源、双鸭山矿用变压器、功率开关管、电机等）同时还有各种测量的模型（如电压表、电流表和示波器等）。仿真时只需在SIMULINK的图形界面下进行一些简单的操作即可完成。

　　2.1逆变器部分所示为逆变器部分的仿真电路，利用功率系统工具箱中的MOSFET模型可以很方便地实现。不过这种由多个MOSFET模型组成的逆变器模型的仿真速度比较慢。在不影响仿真可信度的情况下，用所示由可控电压源实现的简单模型，可以极大地提高系统仿真速度。中输入为逆变器输入开关信号，输出为双鸭山矿用变压器定子电压。

　　2.2双鸭山矿用变压器模型在SIMULINK的功率系统工具箱中有各种已经建好的双鸭山矿用变压器模型，用户可以对各种电机进行仿真。

　　其中双鸭山矿用变压器仿真模型的等效电路如所示。图中Rs为定子电阻，Ls为定子漏感R：为转子电阻，Llr为转子漏感，Lm为定转子互感。所有电机参数都是从定子侧看过去的值。

　　3控制部分的仿真控制部分根据不同的控制策略可以有不同的实现方法，结合MATLAB的各种工具箱和用户自己设计的系统函数（-FUNCTION）可以灵活的实现各种控制策略的仿真。

　　所述的所谓预控制（predictivecontrol）方法进行直接转矩控制。该方法在每个采样周期内对电机定子磁通和输出转矩进行观测，并通过解算满足转矩和定子磁链无差拍控制的方程得出下一采样周期内控制所需的控制电压矢量。在瞬态时采用中的简化方法。而定子电压是通过检测侧电压Vdc结合逆变器开关状态（SaSbSc）利用公式得到的。

　　以上控制算法利用MATLAB中SIMULINK环境下的S-FUNCTION很容易得以实现。S-FUNCTION定义了一个非常严格的结构，它将初始化、1图V通控电压（组1成的逆变器仿I真模模块dcPubli状态态计算、输出计算、下es采样I时丨间计算等过程分i.net别放在不同的子程序中进行。系统根据函数中系统定义的*flag*变量的状态来判断系统仿真状态，从而决定该调用哪一个子程序。本文所用的控制算法的S-FUNCTION被封装到了SIMULINK下一个叫“ControlModel*的模型中。其输入为定子电流、侧电压及转矩和磁链；输出为逆变器开关状态及其持续时间以及观测的定子磁链。另外，电机参数及采样时间等在其封装模型中直接输入。

　　另外，系统中的波形发生器也是用S-FUNC-TION实现的。其输入为用0~6表示的开关状态及其持续时间，输出为逆变器开关状态。由于各开关状态持续的时间不同，所以采用可变的采样时间来实现比较容易。各采样时间为对应的开关状态持续的时间。

　　4系统仿真根据所示的双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统，在MATLAB的SIMULINK环境下建立所示的系统仿真框图。

　　双鸭山矿用变压器为星型接法，电机参数为：额定功率1.1kW额定工作频率50Hz额定电压380V，定子电阻5.411A定子自感170.67mH，转子电阻1.78U转子自感170.67mH，定转子互感163.73mH，极对数2.仿真时给定负载转矩为5N定子磁通幅值为0.62Wb.为仿真系统输出的电流波形；为仿真系统输出的转矩波形；为定子磁通轨迹图。几个输出波形都是用SIMULINK环境下的图形输出工具箱直接输出的。用户还可以根据需要将计算结果输出到MATLAB中，利用MATLAB强大的“plot*功能输出各种利于分析的图形。

　　5结束语本文给出了一种基于MATLAB的双鸭山矿用变压器矩控制系际仿真了一个双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统。实践表明，用MATIAB可以很容易的实现整个系统的仿真。这为追求双鸭山矿用变压器直接转矩控制系统整体性能的提高提供了一个好的工具。

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