電機實時仿真系統(tǒng)及在矢量變換控制中的應(yīng)用
王曉遠，鄧 建，陳益廣
（天津大學(xué)，天津 300072）
摘 要：介紹了一種多微機并行處理交流電動機實時仿真系統(tǒng)。它以單片機和pc機作為核心對信號進行實時處理，能夠模擬l臺真實電動機運行在電氣傳動系統(tǒng)中以測試系統(tǒng)的參數(shù)和特性。文中重點介紹了它在矢量變換控制中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：仿真；實時；8098單片機；矢量變換
中圖分類號：tm34;tm301.2 文獻標(biāo)識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)06-0016-03
1概 述
交流電機調(diào)速系統(tǒng)的矢量變換控制技術(shù)是70年代開始迅速發(fā)展起來的一種新型控制思想。通過矢量的坐標(biāo)變換能使交流電機獲得如同直流電機一樣良好的動態(tài)調(diào)速特性，使得這種控制方法成為交流電機獲得理想調(diào)速性能的重要途徑。正是由于矢量變換控制在當(dāng)前交流調(diào)速領(lǐng)域的重要地位，矢量變換控制系統(tǒng)的開友成為新的研究熱點。在矢量變換控制技術(shù)中，一般需要檢測被控電機的三相定子電流和轉(zhuǎn)速的反饋值，以對電機的調(diào)速系統(tǒng)進行控制。在傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)的開發(fā)過程中，往往是用真實的電機作為被控對象以獲得反饋值，這使得系統(tǒng)開發(fā)的周期和成本都大大增加，不符合市場規(guī)律的要求。
本文所介紹的交流電動機實時仿真系統(tǒng)就是對此矛盾的一個良好的解決方案。本系統(tǒng)要求輸入三相定子電壓，輸出信號為三相定子電流和轉(zhuǎn)速對應(yīng)的電壓量。它的****特點是實時性強，在ims以內(nèi)即可完成1次信號處理，符合矢量變換控制動態(tài)響應(yīng)速度快的特點。本系統(tǒng)還具有很大的靈活性，輸入不同的電機參數(shù)即可模擬不同的電機運行，如同步電機和異步電機。
本文以異步電動機為例介紹，同步電動機與此類似。
2 異步電動機實時仿真系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用數(shù)字形式對異步電動機進行建模仿真，其基本思想是以l臺pc機和8098單片機為核心組成硬件環(huán)境，以park變換后得到的一階微分方程組為數(shù)學(xué)模型組成仿真系統(tǒng)。
2.1異步電動機的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)埋想化電機的概念和park變換，推導(dǎo)出異步電動機行為特性的一階微分方程組，由這個數(shù)學(xué)模型可演變出它的計算機模型。
數(shù)學(xué)模型矩陣形式為：
若令坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子角速度一致，則可得到本設(shè)計中仿真程序所用的建立在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系上的異步電動機數(shù)學(xué)模型。
2.2仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介
本仿真系統(tǒng)以1臺pc機作為上位機，以8098單片機為核心作為下位機，再加上dsp芯片ad2s100和一些外圍電路構(gòu)成多機并行處理系統(tǒng)。對電機模型的數(shù)字仿真運算在pc機中運行，8098單片機的主要任務(wù)是實現(xiàn)多路a/d轉(zhuǎn)換和實時性控制，dsp芯片ad2s100的任務(wù)是完成電機模型由靜止坐標(biāo)系到轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系間的坐標(biāo)矢量變換。
仿真裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
系統(tǒng)工程流程為：三相定子電壓信號u la.u\b.u1c經(jīng)過ad2s100芯片變換為uld.ul。，它們與一起由8098單片機進行a/d轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，然后輸入至pc機進行仿真運算。pc機運算后得到的數(shù)字信號經(jīng)過外層模塊的ad2s100芯片變換。整個a/d轉(zhuǎn)換，輸入輸出以及仿真運算（1次）必須在ims內(nèi)完成，由8098單片機進行時間控制。
2.3仿真系統(tǒng)起動實驗
對仿真系統(tǒng)進行異步電動機的空載起動實驗，采用的數(shù)據(jù)（標(biāo)值）定子電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2、圖3所示。
分析波形圖可知，本系統(tǒng)仿真得到的異步電動機的空載起動曲線與實際 |
