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1、電機控制系統(tǒng)與simulink仿真
筆名：小san
【摘 要】 對simulink特點、以及工作原理進行簡單的概述， 并將simulink仿真用于電機控制系統(tǒng)仿真研究中，同時以一個具體實例較為深入地對其進行說明。
【關鍵詞】 simulink 電機 仿真
1、引 言
系統(tǒng)仿真的通俗說法就是模擬實驗， simulink 是MATLAB的仿真工具箱，它從編程轉向模型構造，快速、準確的實現(xiàn)了動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真。Simulink在建模仿真中支持各類系統(tǒng)，如線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、
2、混合系統(tǒng)、連續(xù)和離散系統(tǒng)等，為我們提供了不少基本模塊，我們可以根據需要從庫瀏覽器里復制出模塊，并進行修改參數(shù)就可以得到我們要的模型了，從而輕松有效的完成系統(tǒng)仿真?！ ?
目前，電機控制系統(tǒng)越來越復雜，同時也不斷有新的控制算法被采用。仿真是對其進行研究的一個重要的、不可缺少的手段，而值得考慮的是采用何種軟件才使得仿真方便、快速、準確且容易收斂和計算精度。simulink 軟件在其仿真研究中被成功方便地應用在電動車電驅動系統(tǒng)的研制過程中。
2、simulink 仿真軟件的簡介
（1）simulink 的特點
a、 simulink仿真軟件最大的特點是非常直觀，直接面向“方框圖”，它
3、可完成控制系統(tǒng)模型輸入與仿真分析，在simulink界面下，可以直接用鼠標“畫”出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用simulink提供的功能來對系統(tǒng)進行仿真或線性化分析。這樣無論多么復雜的系統(tǒng)，相當容易且直觀地就可完成模型的輸入和仿真計算,適用于科學研究與工程設計。仿真過程中和結束后都有示波器供查看、分析,所有數(shù)據都在內存，可存貯在磁盤中。
b、simulink仿真軟件工具帶有相應的系統(tǒng)模型庫，當進行模型輸入時可方便地調用這些模塊，并進行參數(shù)的修改，且不需要考慮系統(tǒng)模塊內部，只要考慮系統(tǒng)中各類塊的輸入輸出。
例如：動態(tài)畫圓
X=cost， y=sint ；（用正弦波發(fā)生器Sin
4、e Wave）
雙擊圖標出現(xiàn)相應的模塊參數(shù)框，可在其中設置參數(shù)。
Sine Wave中Phase（相位）為pi／2，實際為cos t；Sine
Wavel中Phase為0
C、simulink仿真軟件的核心是S函數(shù)。用戶建立起simulink系統(tǒng)模型就會建立一個相應的S函數(shù)，這樣建立的S函數(shù)除了用來對原始模型進行描述以外，還可以繪制出系統(tǒng)的框圖結構，所以程序會顯得很繁瑣。用戶一般不想再繪制系統(tǒng)的結構圖，而只想對系統(tǒng)進行仿真分析，則可用如下S函數(shù)，其引導語句格式為： function［sys,x0］=model(t,x,u,flag）
mode
5、l()為模型函數(shù)的函數(shù)名，t,x,u為對應于狀態(tài)方程模型的時間、狀態(tài)向量和輸入向量，flag為選項位，用于標識該函數(shù)的返回結果。
在本文介紹的電機控制系統(tǒng)仿真研究中，電機本體的模型(即一組非線性狀態(tài)方程）就是用S函數(shù)描述的，十分簡單。
（3）simulink的工作原理
a、模型編譯（simulink 引擎調用模型編譯器，將模型編譯成可執(zhí)行的 形式）
b、連接（分配和初始化存儲空間，按執(zhí)行次序排列的方法創(chuàng)建運行列表， 以便定位和存儲每個模塊的狀態(tài)和當前值輸出）
C、仿真執(zhí)行（一般仿真模型都采用數(shù)值積分來仿真的，相鄰兩個時間點的長度為步長，步長的大小取決于求解器的
6、類型）
3 仿真實例
為了進一步說明simulink 軟件在電機控制系統(tǒng)仿真研究中的應用，在此舉出三個實例。用simulink 仿真軟件工具對電機在以下兩種條件下進行仿真研究（動態(tài)仿真）：①無矢量控制的起動過程，直接將電機接入電網；②加上矢量控制的電機起動，電機起動完成后負載突變。電機為三相鼠籠式感應電動機，其銘牌值為：3相，4極，額定功率PN＝11kW,額定電壓UN＝380V（Δ接），額定轉速nN＝1460r/min。參數(shù)如下（轉子側各量為歸算值）：定子電阻Rs=0．9674Ω，轉子電阻Rr=0．870Ω，定子漏電感Ls1=0.00839H,轉子漏電感Lr1=0.0159H，激磁電感
7、Lm=0.307H。
對應①的仿真給出一組仿真結果如圖1～3所示。圖1為起動過程電磁轉矩波形圖，圖2為起動過程轉速波形圖，圖3a、b分別為靜止d軸和q軸定子電流波形圖。
圖1 電機起動過程轉矩波形圖
圖2 電機起動過程轉速波形圖
圖3 起動過程定子電流波形圖
無需磁鏈閉環(huán)的滑差矢量控制模型下的電機起動和轉矩突變的仿真框圖如圖4所示。電磁轉矩波形圖如圖5，圖6為靜止d軸定子電流波形圖。
圖4 仿真框圖
圖5 矢量控制下的起動過程和負載突變的轉矩波形圖
圖6 矢量控制下的起動過程和負載突變的
靜止d軸電流波形圖
用simulink 軟件對
8、電動車用感應電機最大效率控制（EOC）進行了仿真研究（穩(wěn)態(tài)仿真）。所用的實際電機如上所述。
仿真過程原理簡圖如圖7所示。
圖7 仿真過程原理簡圖
給出一組仿真結果如圖8、9所示。圖8為傳統(tǒng)V/f恒定控制下的電機功率因數(shù)曲面圖
圖8 傳統(tǒng)V/f恒定控制下的電機功率因數(shù)曲面圖
圖9 最大效率控制(EOC)的電機功率因數(shù)曲面圖
4、結 論
Simulink的功能和特點已使它成為控制系統(tǒng)設計、仿真中不可缺少的基本軟件。Simulink仿真模型能夠反映電機控制系統(tǒng)的動態(tài)工作過程,其可視化界面具有很好的演示效果,為自動控制系統(tǒng)的設計和研究提供了強有力的工具。通過調整系統(tǒng)參數(shù)和增添校正裝置改善系統(tǒng)性能,展示了方便靈活的動態(tài)仿真效果。充分表明simulink仿真非常適合電機控制領域內的仿真及研究，甚至可以說在 在科學和工程仿真領域中同樣有廣闊的應用前景?！ ?
參考文獻
1、《MATLAB教程及實訓》第七章---主編: 曹戈 機械工業(yè)出版社
2、張培強.MATLAB語言演算紙式的科學工程計算語言.中國科學技術大學出版社，1995
3、薛定宇.控制系統(tǒng)計算機輔助設計MATLAB語言及應用。清華大學出版社，1996
電機控制系統(tǒng)及simulink仿真
