基于PLECS的感应电动机滑模控制系统仿真研究
丁 辉,纪志成
(江南大学,江苏无锡214122)
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
中图分类号: TM 346 文献标识码:A 文章编号: 1004-7018(2008)03-0054-04
引 言
PLECS能为系统与电路仿真提供一个与Simu-link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/ Simu-link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。
1感应电动机模型分析
感应电动机在同步旋转d-q坐标系中的数学模型描述为[7]:
由仿真结果可看出:基于转了时间常数辨识的滑模速度控制系统具有较强的参数跟踪能力及抗负载十扰能力，可以在较大范围内满足一定的控制精度要求。
5结 语
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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