電機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及在矢量變換控制中的應(yīng)用
王曉遠(yuǎn)，鄧 建，陳益廣
（天津大學(xué)，天津 300072）
摘 要：介紹了一種多微機(jī)并行處理交流電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)。它以單片機(jī)和pc機(jī)作為核心對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，能夠模擬l臺(tái)真實(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中以測(cè)試系統(tǒng)的參數(shù)和特性。文中重點(diǎn)介紹了它在矢量變換控制中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：仿真；實(shí)時(shí)；8098單片機(jī)；矢量變換
中圖分類號(hào)：tm34;tm301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)06-0016-03
1概 述
交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的矢量變換控制技術(shù)是70年代開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型控制思想。通過(guò)矢量的坐標(biāo)變換能使交流電機(jī)獲得如同直流電機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速特性，使得這種控制方法成為交流電機(jī)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(kāi)友成為新的研究熱點(diǎn)。在矢量變換控制技術(shù)中，一般需要檢測(cè)被控電機(jī)的三相定子電流和轉(zhuǎn)速的反饋值，以對(duì)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制。在傳統(tǒng)的矢量控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，往往是用真實(shí)的電機(jī)作為被控對(duì)象以獲得反饋值，這使得系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和成本都大大增加，不符合市場(chǎng)規(guī)律的要求。
本文所介紹的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)就是對(duì)此矛盾的一個(gè)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(hào)為三相定子電流和轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電壓量。它的****特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，在ims以內(nèi)即可完成1次信號(hào)處理，符合矢量變換控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。本系統(tǒng)還具有很大的靈活性，輸入不同的電機(jī)參數(shù)即可模擬不同的電機(jī)運(yùn)行，如同步電機(jī)和異步電機(jī)。
本文以異步電動(dòng)機(jī)為例介紹，同步電動(dòng)機(jī)與此類似。
2 異步電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)
本系統(tǒng)采用數(shù)字形式對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行建模仿真，其基本思想是以l臺(tái)pc機(jī)和8098單片機(jī)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(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)埋想化電機(jī)的概念和park變換，推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)行為特性的一階微分方程組，由這個(gè)數(shù)學(xué)模型可演變出它的計(jì)算機(jī)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(jì)中仿真程序所用的建立在轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系上的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。
2.2仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
本仿真系統(tǒng)以1臺(tái)pc機(jī)作為上位機(jī)，以8098單片機(jī)為核心作為下位機(jī)，再加上dsp芯片ad2s100和一些外圍電路構(gòu)成多機(jī)并行處理系統(tǒng)。對(duì)電機(jī)模型的數(shù)字仿真運(yùn)算在pc機(jī)中運(yùn)行，8098單片機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)多路a/d轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)性控制，dsp芯片ad2s100的任務(wù)是完成電機(jī)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(jiàn)圖1。
系統(tǒng)工程流程為：三相定子電壓信號(hào)u la.u\b.u1c經(jīng)過(guò)ad2s100芯片變換為uld.ul。，它們與一起由8098單片機(jī)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，然后輸入至pc機(jī)進(jìn)行仿真運(yùn)算。pc機(jī)運(yùn)算后得到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)外層模塊的ad2s100芯片變換。整個(gè)a/d轉(zhuǎn)換，輸入輸出以及仿真運(yùn)算（1次）必須在ims內(nèi)完成，由8098單片機(jī)進(jìn)行時(shí)間控制。
2.3仿真系統(tǒng)起動(dòng)實(shí)驗(yàn)
對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)的空載起動(dòng)實(shí)驗(yàn)，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(dòng)機(jī)的空載起動(dòng)曲線與實(shí)際 |
