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中 国 科 技 论 文 在 线 http://www.paper.edu.cn ⎧ di π ⎪L = u + v ψ −ri dt τ ⎪ ⎪ di π ⎪ L = u − v ψ −ri dt τ ⎪ di0 ⎨L0 = u0 −ri s 0 ⎪ dt ⎪ dv ⎪M = Fem −FL −Bvv dt ⎪ ⎪dx = v ⎪ ⎩ dt d d d q s d q q q d s q (14) 2 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 及 控 制 系 统 的 仿 真 模 型 MATLAB/Simulink 是 一 款 优 秀 的 仿 真 工 具 软 件 , 它 具 有 可 模 块 化 、 可 封 装 、 可 重 载 、 可 面 向 结 构 图 编 程 和 高 度 可 视 化 等 特 点 , 大 大 提 高 了 系 统 仿 真 的 效 率 和 可 靠 性 。 因 此 在 现 有 的 各 种 控 制 系 统 仿 真 软 件 中 ,MATLAB 应 用 的 非 常 广 泛 [3] 。 同 时 ,SIMULINK 元 件 库 里 有 许 多 常 见 的 电 力 电 子 元 件 、 信 号 源 、 电 机 模 型 以 及 数 学 运 算 等 模 块 , 合 理 利 用 这 些 模 块 , 可 以 很 方 便 快 捷 地 搭 建 所 需 要 的 系 统 模 型 , 在 此 基 础 上 , 就 可 以 对 系 统 进 行 仿 真 研 究 。 本 节 首 先 搭 建 了 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 模 块 , 然 后 搭 建 了 SVPWM 模 块 , 最 后 建 立 了 位 置 、 速 度 和 电 流 三 闭 环 矢 量 控 制 系 统 仿 真 模 型 , 为 下 一 节 控 制 系 统 的 仿 真 分 析 做 准 备 。 2.1 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 仿 真 模 型 根 据 上 一 节 对 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 数 学 描 述 , 可 以 搭 建 出 此 直 线 电 机 本 体 的 仿 真 模 型 如 图 1 所 示 。 其 中 ,“abc2dq” 模 块 是 实 现 将 a-b-c 坐 标 系 中 的 三 相 电 压 转 换 为 d-q-0 坐 标 系 中 的 d 轴 和 q 轴 电 压 ;“voltage function” 模 块 是 按 照 电 压 方 程 实 现 将 d 轴 和 q 轴 电 压 转 换 为 d 轴 和 q 轴 电 流 ;“dq2abc” 模 块 是 实 现 将 d-q-0 坐 标 系 中 的 d 轴 和 q 轴 电 流 转 换 为 a-b-c 坐 标 系 中 的 三 相 电 流 输 出 ;“mech function” 模 块 是 按 照 电 机 的 电 磁 力 方 程 和 机 械 运 动 方 程 计 算 求 得 电 机 的 速 度 、 位 移 、 电 磁 力 等 变 量 。 图 1 TFPMLM 的 仿 真 模 型 Fig. 1 Simulation model of TFPMLM - 4 -
中 国 科 技 论 文 在 线 http://www.paper.edu.cn 2.2 SVPWM 模 块 的 仿 真 模 型 SVPWM( 电 压 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 ) 实 际 上 是 对 三 相 电 压 型 逆 变 器 上 下 桥 臂 功 率 开 关 管 的 状 态 控 制 。 三 相 电 压 型 逆 变 器 共 有 3 个 桥 臂 , 如 图 2 所 示 。 桥 臂 能 互 补 工 作 是 其 总 的 控 制 原 则 。SVPWM 的 具 体 的 实 现 方 案 如 下 [4-6] : U d 2 U d 2 图 2 三 相 电 压 源 型 逆 变 器 Fig. 2 Three phase voltage source inverter 若 定 义 开 关 函 数 S , 令 上 管 导 通 时 有 S = 1 , 下 管 导 通 时 有 S = 0 , 则 有 当 ( SA, SB, S C) = (1,0,0) 时 , 就 有 : ⎧UAO − UBO = Ud ⎪ ⎨UAO − UCO = Ud ⎪ ⎩UAO + UBO + UCO = 0 由 此 可 以 得 到 : ⎧UAO = 2 Ud /3 ⎪ ⎨UBO =−Ud /3 ⎪ ⎩UCO =−Ud /3 x ( SA, SB, S C) 总 共 有 8 种 组 合 , 其 中 (0,0,0) 和 (1,1,1) 是 三 相 绕 组 被 短 接 在 一 起 的 情 况 , 这 时 的 电 压 矢 量 是 零 。 而 其 余 六 个 非 零 矢 量 长 度 都 为 2 U d /3, 方 向 互 相 相 差 60° , 而 且 将 平 面 分 成 六 个 扇 区 , 如 图 3 所 示 。 x (15) (16) x U2(010) β U6(110) Ur U3(011) U7(111) U0(000) U4(100) α U1(001) U5(101) 图 3 空 间 电 压 矢 量 分 布 图 Fig. 3 Distribution of space voltage vector SVPWM 技 术 的 目 的 就 是 得 到 具 有 任 意 幅 值 和 位 置 的 电 压 矢 量 , 但 由 于 只 能 输 出 8 个 电 压 矢 量 , 所 以 实 现 SVPWM 的 方 法 就 是 利 用 这 8 个 电 压 矢 量 的 不 同 组 合 来 逼 近 所 给 定 的 参 - 5 -
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⎧ di π<br />
⎪L = u + v ψ −ri<br />
dt τ<br />
⎪<br />
⎪ di π<br />
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L = u − v ψ −ri<br />
dt τ<br />
⎪ di0<br />
⎨L0 = u0 −ri<br />
s 0<br />
⎪ dt<br />
⎪ dv<br />
⎪M = Fem −FL −Bvv<br />
dt<br />
⎪<br />
⎪dx<br />
= v<br />
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d d q s d<br />
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q q d s q<br />
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2 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 及 控 制 系 统 的 仿 真 模 型<br />
MATLAB/Simulink 是 一 款 优 秀 的 仿 真 工 具 软 件 , 它 具 有 可 模 块 化 、 可 封 装 、 可 重 载 、<br />
可 面 向 结 构 图 编 程 和 高 度 可 视 化 等 特 点 , 大 大 提 高 了 系 统 仿 真 的 效 率 和 可 靠 性 。 因 此 在 现 有<br />
的 各 种 控 制 系 统 仿 真 软 件 中 ,MATLAB 应 用 的 非 常 广 泛 [3] 。 同 时 ,SIMULINK 元 件 库 里 有<br />
许 多 常 见 的 电 力 电 子 元 件 、 信 号 源 、 电 机 模 型 以 及 数 学 运 算 等 模 块 , 合 理 利 用 这 些 模 块 , 可<br />
以 很 方 便 快 捷 地 搭 建 所 需 要 的 系 统 模 型 , 在 此 基 础 上 , 就 可 以 对 系 统 进 行 仿 真 研 究 。<br />
本 节 首 先 搭 建 了 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 模 块 , 然 后 搭 建 了 SVPWM 模 块 , 最 后 建 立<br />
了 位 置 、 速 度 和 电 流 三 闭 环 矢 量 控 制 系 统 仿 真 模 型 , 为 下 一 节 控 制 系 统 的 仿 真 分 析 做 准 备 。<br />
2.1 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 仿 真 模 型<br />
根 据 上 一 节 对 横 向 磁 场 永 磁 直 线 电 机 的 数 学 描 述 , 可 以 搭 建 出 此 直 线 电 机 本 体 的 仿 真 模<br />
型 如 图 1 所 示 。 其 中 ,“abc2dq” 模 块 是 实 现 将 a-b-c 坐 标 系 中 的 三 相 电 压 转 换 为 d-q-0 坐<br />
标 系 中 的 d 轴 和 q 轴 电 压 ;“voltage function” 模 块 是 按 照 电 压 方 程 实 现 将 d 轴 和 q 轴 电 压<br />
转 换 为 d 轴 和 q 轴 电 流 ;“dq2abc” 模 块 是 实 现 将 d-q-0 坐 标 系 中 的 d 轴 和 q 轴 电 流 转 换 为<br />
a-b-c 坐 标 系 中 的 三 相 电 流 输 出 ;“mech function” 模 块 是 按 照 电 机 的 电 磁 力 方 程 和 机 械 运 动<br />
方 程 计 算 求 得 电 机 的 速 度 、 位 移 、 电 磁 力 等 变 量 。<br />
图 1 TFPMLM 的 仿 真 模 型<br />
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