MATLAB在圆筒型直线感应电动机瞬态特性仿真中的应用

资源类型:pdf 资源大小:299.00KB 文档分类:工业技术 上传者:闫林秀

文档信息

【作者】 刘同娟  金能强  王厚生 

【关键词】MATLAB 圆筒型直线电动机 仿真 

【出版日期】2005-04-28

【摘要】针对圆筒型直线感应电动机的特点,建立了数学模型,利用Matlab语言的Simulink功能给出该电动机的通用而简单的动态仿真模型。通过实例验证了模型的正确性和快捷、灵活、方便、直观等一系列优点,从而为圆筒型直线感应电动机调速系统及控制系统的仿真研究提供了一种性能可靠和使用方便的仿真模型。

【刊名】微电机(伺服技术)

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0 引 言圆筒型直线感应电动机结构简单,初级绕组利用率高,在往复运动机构中得到广泛的应用。由于圆筒型直线感应电动机的初、次级长度相差不多,大部分时间都在瞬态特性下运行,所以对瞬态特性的分析尤为重要。可采用的方法较多,例如“场”的方法、“每相”等效电路的方法和d-q模型方法等。针对圆筒型直线感应电动机磁路的特点,本文采用对其瞬态特性易分析而且误差较小的d-q模型法[1]。由于d-q模型需要对电动机的每一级建立数学模型,如果采用传统的计算机编程语言,如Fortran、C语言编出的程序冗长,调试费时,大部分时间和精力都花在矩阵的处理和图形生成上。虽然可以用Pspice来实现电子电路仿真,但由于其传递函数不足,因而在涉及复杂算法的仿真中(如电气传动系统)许多环节都要用简化传函表示,不但忽略了许多重要环节,而且仿真精度不高。而采用计算机语言的Matlab,则能够很好地解决矩阵的运算和图形处理。它提供的Simlink动态仿真工具可以用鼠标点击或拖拉模块的图标建模,使得仿真更具有直观性和实时性。1 d-q坐标系下的数学模型基于以下假设建立模型1)初、次级铁心的磁导率无限大,即忽略铁心磁阻。2)初、次级铁心的电导率σ=0,即忽略铁心涡流损耗。3)初、次级铁心的表面光滑,以卡氏系数修正气隙。4)次级绕组为导电薄板,放在次级表面,等效的原则是两者的每级铜截面积相等。—92—1.1 电压方程的建立[1]将d-q坐标系固定在初级上,并且q轴与初级a相绕组的轴线一致。通过式(1)进行坐标变换,将初级每相的电压、电流、磁链变换到d-q坐标系中。矩阵中f代表电压、电流、磁链。fdsfqsfos23-12-13012-12131313fasfbsfcs为了计及纵向边端效应,初级铁心和次级在纵向的出端增加两极,在入端增加一极。将所有的电压方程写成矩阵形式为:[U]=[R][I]+[dΨdt]+[Ex](2)式中, [U]—电压矩阵,[I]—电流矩阵,n=P(极数)+3[R]—电阻矩阵,[Ψ]—磁链矩阵,[Ex]—速度电压矩阵,图1 初级d轴电压仿真模型1.2 磁链方程的建立[1]磁链[Ψ]=[L][I](3)式中,[L]—电感矩阵,[L]=[Lm]+[Lδ];[Lm]—主电感矩阵;[Lδ]—漏电感矩阵。1.3 速度电压方程的建立[1]电势[Ex]=Vx[dLdx][I](4)式中,Vx—电机的运行速度;[dLdx]—主电感元素对位移的微分。1.4 机械运动方程的建立[1]νx=ν0+∫ttoadt(5)图2 初级d轴磁链仿真模型图3 初级d轴速度电压仿真模型α=dνxdt=F-fm(6)式中, ν0—初级的初始速度,在起动瞬时为零;α—加速度;m—质量;f—电机运动过程中的摩擦力。1.5 电磁力的计算[1]F=32[I]T[dLdx][I](7)2 Simulink仿真模型的建立Simulink是MATLAB的动态仿真库。它与用户的接口是基于Windows的图形编程方法。—03—图4 机械运动仿真模型Simulink有许多分类的系统工具箱,用户只需将所用的方块图从打开的库中拖到工作空间即可。用户也可以将自定义的方框图放入某一库中保存起来备用。基于建好的数学模型,利用Simulink可方便地建立电动机电压、磁链、速度、电压、机械运动和电磁力的仿真模型如图1~图5。根据(2)~(7),形成5个系统模块。把上述5个子系统模块对应的输入、输出端口连接并封装起来,就可形成整个圆筒直线感应电动机系统仿真模型,如图6所示。使用时只要打开了系统并输入相应模块的参数即可进行仿真研究了。由于级数较多,方程较多,模型中的模块较多,在此不一一列举,所以在电压、磁链和速度、电压模型中只以初级d轴为例。3 瞬态仿真实验从上述圆筒直线感应电动机仿真模型可以看出,仿真时给出三相对称电压,内部参数填写到各个子系统中,即可仿真得出初级电流曲线,推力曲线和速度曲线。利用该模型,对文献[2]给出的实例进行仿真,得到与文献[2]基本吻合的曲线,从而证明动态仿真模型的正确性。图7~图9给出了仿真曲线。图5 电磁力仿真模型4 结 论仿真曲线和实验曲线基本吻合,证明了模型的正确性。利用d-q轴分析圆筒型直线感应电机,需建立每一轴每一级的数学模型,这样就造成方程多,矩阵大等特点。而本文所利用的MATLAB,具有强大矩阵运算功能及绘图方便和直观生成模型的优势,而且它的Simulink功能具有直观、方便、灵活的特点,因而所建的模型使得仿真运算更加方便、快捷,提高了效率和精度。(下转第79页)(上接第31页)图6 圆筒直线感应电动机仿真模型图7 三相电流仿真曲线图8 推力仿真曲线图9 速度仿真曲线MATLAB在圆筒型直线感应电动机瞬态特性仿真中的应用@刘同娟$中科院电工研究所!北京 100080 @金能强$中科院电工研究所!北京 100080 @王厚生$中科院电工研究所!北京 100080MATLAB;;圆筒型直线电动机;;仿真针对圆筒型直线感应电动机的特点,建立了数学模型,利用Matlab语言的Simulink功能给出该电动机的通用而简单的动态仿真模型。通过实例验证了模型的正确性和快捷、灵活、方便、直观等一系列优点,从而为圆筒型直线感应电动机调速系统及控制系统的仿真研究提供了一种性能可靠和使用方便的仿真模型。[1] 刘元江.圆筒型笼式直线感应电动机的瞬态特性计算[J].微电机 , 1 997, (3 ) :3 - 6 [2] 敦利.圆筒型直线感应电动机暂态特性研究.[J]西安交通大学学报,1995,29(3):7-12 [3] T.A.Nondahl,D.W.Novotny.Pole- by-PoleModelof aL inearInductionMachine usingConform alMappingCoefeicients[J].IEEE,onPAS-98,1979

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