同步电机模型的MATLAB仿真 第5页
量以消除误差，但积分作用太强会使系统超调加大，使系统出现振荡；微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统地稳定性提高，同时加快系统地动态相应速度，减小调整时间，从而改善系统地动态性能。基于现实中一旦加入微分环节，参数调整难度加大，因此，本设计只采用PI控制器。其中对于输出的机械转子转速为：（3-10） (3-11)
为转子的机械角速度， 为负载转矩。
第4章 仿真系统详细设计
4.1 总体设计
整个仿真系统总体设计如图4-1所示，共有九个变量输出到工作空间，分别为：
TE Vqs ids iqs wm
Vds idrp iqrp tout
其封装的子模块共有三个，重左到右分别为电源模块，坐标转换模块，中心电机
模块。其中Tl为负载转矩，具体输入为一个短时间的脉冲函数。
图4-1系统总体框图4.2 具体设计
4.2.1 电源
电源设计主要输入由一个电源频率和一个电压幅值组成，如图所示：
图4-2 电源模块框图
设计中用了两个同斜率不同起始时间的斜坡函数，来模拟电机通上电源后的初始电源频率和幅值，以频率为例，首先将第一个斜坡函数斜率定义为（60－3）*2起始时间定义为0s，第二个斜坡函数斜率定义为－(60-3)*2，起始时间为0.5s然后再加上一个常数3，构成的输出函数为一个从3开始到60的一个斜坡，而后稳定的波形，如图（4-3），而后给予一个2π的增益，即为电机角速率，加上一个积分环节后接入多路信号复合器
电压值设计同上，将输出波形加上 的增益送入多路信号复合器，然后通过一个matlab fuction 模块实现以下算式，从而输出三相电压：
(4-1)
x(1)为电源频率，x(2)为电压幅值
4.2.2 abc/dq转换器
从模拟电源得到的只是三相电压，为了模型计算，需将其转化成d/q坐标下的值，转化器设计如图4-3:
图4-3 坐标转换模块
其原理是将三相电流表示为矩阵格式，而后用matlab fuction模块实现矩阵乘法，乘上派克矩阵式（3-4），结果即为d/q坐标下的dq两相电压。0相可忽略不计。
4.2.3 电机
电机模块实际是一个矢量运算模块，其原理见式（3-15）
图4-4 电机控制框图
运用了四个fuction模块分别实现了式(3-5)的功能，最后输出定子、转子的各相电流
设计完成后封装为如图（4-1）中的subsystem模块。
4.2.4 电磁转矩
转矩的运算实现见式（3-9）将电机的输出定子、转子dq两相的电流通过相乘、相加这两个数学模块及一个增益模块得到输出的电磁转矩
设计模块如图（4-5）右上部分
图4-5 转矩输出及反馈控制框图
4.3 控制反馈环节
因为微分环节对系统而言动荡较大，调试费事，因此本设计的控制器是一个传统的PI控制器，经过实践检验，该控制器能很好的控制系统的稳定性。如图(4-5)下方所示.调试中可以以改变Bm的值来调整输出。机械转速的输出见式(3-10)。
第5章 系统仿真运行
5.1 输出结果稳定情况
仿真前各常量的取值如下：
rs=0.531Ω r’r=0.408 Ω J=0.1kg/m2
Lls=Llr’=2.52mH Lm=84.7mH Ls=8.722mH Bm=0
输入的abc三相电流经转换后得出的dq相电压时间相应如下：
图5-1 q相电压时间相应
图5-2 d相电压时间响应
电压流进电机内部，经过内部一系列作用后，输出定子、转子的dq相电流响应如图(5-3)-(5-8)所示。由以下响应图可知：由于一开始电压不是瞬间攀升，而是在短时间内由一定幅度攀升到峰值，而且由于外部负载转矩的加入，势必输出会有不稳定，在控制器的反馈控制下，由图5-7可见输出电磁转矩在经历了一开始短时间的波动后，在仿真开始2秒后即趋向于稳定，由图5-8可见输出的机械转速则稳步提高，最后稳定在1800r/m的峰值附近。
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