摘 要:利用PLECS中感应电动机的本体模型,与Simulink工具箱所搭建的滑模控制器形成无缝连接。系统采用双闭环控制,内环电流环采用滞环电流控制器,外环速度环采用滑模控制器,主反馈回路中设计转子时间常数辨识算法。仿真结果表明:控制系统能够稳定运行,动、静态特性良好,抗参数变化和负载突变能力强,为感应电动机伺服系统控制研究提供了新的途径。
关键词:PLECS;感应电动机;滑模控制;转子时间常数
PLECS能为系统与电路仿真提供一个与Simlink模块完全无缝的整合,可以在动力电子系统和电力驱动器的模拟上进行简化[1]。目前,已开发出大量的仿真软件。例如MATLAB(数学模型仿真工具)、PSPICE (设计和仿真模拟和数字电路)PSCAD (电力系统仿真的专业工具)、CASPOC(电力电子和电气驱动建模与仿真软件)、PSIM(电力电子、电机控制和动态系统仿真的仿真软件设计)等在这些仿真软件中,MATLAB作为其中最常用的仿真软件,除具备卓越的数字计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算、文字处理、可视化建模仿真和实时控制等功能;但对模拟电路实时建模困难,且程序的执行速度较慢。而PLECS是MATLAB/ Simlink环境下的附加工具箱,由于将元件理想化,相对于MATLAB仿真速度有了提高,通过使用PLECS建模可有效利用MATLAB/ Simulink实现各种控制算法的优势,将滑模控制等非线性闭环控制算法引入感应电动机伺服控制领域,同时还能轻松实现电力电子模块的建模。
感应电动机是参数时变的复杂非线性系统,间接磁场定向控制IFOC在交流驱动控制系统中的大量研究和应用,为高精度伺服系统的非线性控制提供了便捷的途径[2]。传统IFOC采用比例积分PI调节器作为速度控制环节,该方法的不足是抗负载突变等不确定性扰动的能力不强,且PI参数难以整定;另外, IFOC对转子时间常数变化敏感,削弱了感应电动机伺服系统抗参数变化的鲁棒性。
本文在文献[3]的基础上,采用滑模控制方法,设计了滑模速度控制器,用连续函数代替传统的滑模符号切换函数,降低了由开关频率不够而引起的
抖动。为避免IFOC受转子时间常数变化的影响,根据感应电动机的数学模型,设计了转子时间常数辨识算法[4-6],以弥补该参数变化后速度控制器鲁棒性的不足。仿真结果表明:当电机参数变化和负载突变等有界扰动发生后,系统仍能平稳运行,具有良好的动、静态性能。
PLECS之所以区别于以往传统的模拟仿真应用软件,主要有以下一些显著特点:兼容性好,与Simulink达到无缝结合;高效的编辑原理;开关转换的理想化。在本文中感应电动机的模型由PLECS的工具箱完成,而控制策略部分仍利用Simulink自身的工具箱搭建,两者的结合使各自的优点得到了充分的发挥。
本文从感应电动机的数学模型入手,在IFOC解耦控制过程中引入滑模控制技术,并考虑到IFOC系统受转子时间常数变化的影响,设计了定子电流观测器来估计转子时间常数,成功实现了感应电动机的控制。PLECS仿真结果表明了当控制对象参数变化后,系统仍然稳定运行,控制精度较高,动、静态特性良好。
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