电机实时仿真系统及在矢量变换控制中的应用
王晓远，邓 建，陈益广
（天津大学，天津 300072）
摘 要：介绍了一种多微机并行处理交流电动机实时仿真系统。它以单片机和pc机作为核心对信号进行实时处理，能够模拟l台真实电动机运行在电气传动系统中以测试系统的参数和特性。文中重点介绍了它在矢量变换控制中的应用。
关键词：仿真；实时；8098单片机；矢量变换
中图分类号：tm34;tm301.2 文献标识码：a 文章编号：1001-6848(2000)06-0016-03
1概 述
交流电机调速系统的矢量变换控制技术是70年代开始迅速发展起来的一种新型控制思想。通过矢量的坐标变换能使交流电机获得如同直流电机一样良好的动态调速特性，使得这种控制方法成为交流电机获得理想调速性能的重要途径。正是由于矢量变换控制在当前交流调速领域的重要地位，矢量变换控制系统的开友成为新的研究热点。在矢量变换控制技术中，一般需要检测被控电机的三相定子电流和转速的反馈值，以对电机的调速系统进行控制。在传统的矢量控制系统的开发过程中，往往是用真实的电机作为被控对象以获得反馈值，这使得系统开发的周期和成本都大大增加，不符合市场规律的要求。
本文所介绍的交流电动机实时仿真系统就是对此矛盾的一个良好的解决方案。本系统要求输入三相定子电压，输出信号为三相定子电流和转速对应的电压量。它的****特点是实时性强，在ims以内即可完成1次信号处理，符合矢量变换控制动态响应速度快的特点。本系统还具有很大的灵活性，输入不同的电机参数即可模拟不同的电机运行，如同步电机和异步电机。
本文以异步电动机为例介绍，同步电动机与此类似。
2 异步电动机实时仿真系统
本系统采用数字形式对异步电动机进行建模仿真，其基本思想是以l台pc机和8098单片机为核心组成硬件环境，以park变换后得到的一阶微分方程组为数学模型组成仿真系统。
2.1异步电动机的数学模型
根据埋想化电机的概念和park变换，推导出异步电动机行为特性的一阶微分方程组，由这个数学模型可演变出它的计算机模型。
数学模型矩阵形式为：
若令坐标系的旋转角速度与转子角速度一致，则可得到本设计中仿真程序所用的建立在转子坐标系上的异步电动机数学模型。
2.2仿真系统结构简介
本仿真系统以1台pc机作为上位机，以8098单片机为核心作为下位机，再加上dsp芯片ad2s100和一些外围电路构成多机并行处理系统。对电机模型的数字仿真运算在pc机中运行，8098单片机的主要任务是实现多路a/d转换和实时性控制，dsp芯片ad2s100的任务是完成电机模型由静止坐标系到转子坐标系间的坐标矢量变换。
仿真装置结构示意图见图1。
系统工程流程为：三相定子电压信号u la.u\b.u1c经过ad2s100芯片变换为uld.ul。，它们与一起由8098单片机进行a/d转换成为数字信号，然后输入至pc机进行仿真运算。pc机运算后得到的数字信号经过外层模块的ad2s100芯片变换。整个a/d转换，输入输出以及仿真运算（1次）必须在ims内完成，由8098单片机进行时间控制。
2.3仿真系统起动实验
对仿真系统进行异步电动机的空载起动实验，采用的数据（标值）定子电流和转速波形如图2、图3所示。
分析波形图可知，本系统仿真得到的异步电动机的空载起动曲线与实际 |
