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张世龙 05-13 08:23 69次浏览

电气系统模块库-simulink与电气系统的接口

2018-09-17

Powerlib

2007-05-04 23:13

来自3http://hi.Baidu.com/Sr _ RS/blog/item/33 F6 CB 2453 d 989328644 f 934.html

电气传动系统仿真的新工具

——MATLAB5.2电气系统模块库

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摘要:电气传动控制系统的仿真通常采用MATLAB4.X或PSPICE软件,但它们有缺点。 本文以永磁同步电动机变频调速系统为例,说明采用MATLAB5.2中的电气系统模块库Power System Blockset可以克服两者的不足。

关键词: MATLAB电气系统模块库永磁同步电动机

anewsimulationtoolofelectricdrivesystem

33554 powersystemblocrsetofmatlab 5.2

魏荣秀镇林王秀治

abstract 3360 MATLAB4. xandpspiceareusuallyusedinthesimulationoftheelectricdrivecontrolsystem,utneitherofthemmeetsalldemands thepowersystemblocksetofmatlab 5.2 isadoptedtobuildthepermanentmagnetsynchronous

motorcontrolsystemmodelasanexample,and its usage and advantage is shown。

keywords 3360 matlabpowersystemblocksetpermanentmagnetsynchronousmotor

1引言

MATLAB以其强大的矩阵运算能力、简单的绘制功能、可视化的仿真环境和丰富的算法工具箱,成为科研和工程技术人员有力的开发工具。 但是,对于电力传输工作者来说,一直困扰着如何正确且迅速地模拟电路和更复杂的电气系统的问题。 当每个环节用简化的传递函数表示时,许多重要细节将被忽略; 使用Simulink提供的基本模块(如开关和触发器)构建模型既费时又费力。 用PSPICE可以实现电子电路的仿真,但它主要应用于微电子领域,很难与电气传动控制系统设计所需的复杂算法和先进控制理论相结合。

MATLAB5.2的电气系统模块库(Power System Blockset )终于解决了这个问题。

电气系统模块库以Simulink为运行环境,涵盖电路、电气电子、电气传动和电力系统等电工学科常用的基本要素和系统仿真模型。 运行Simulink后,打开BlocksetsToolboxes可以调用电气系统模块库Powerlib。 也可以在MATLAB命令窗口中直接输入Powerlib。 那是以下六个

子模块库配置。

(1)电源模块组)包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、控制电压源、控制电流源等。

)2)基本元件模块组)包括串联RCL负载/支路、并联RCL负载/支路、线性变压器、饱和变压器、互感、断路器、n相分布参数线路、单相型集中参数传输线、浪涌放电器等。

)3)电力电子模块库)包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET、理想开关等。 为了满足不同目的的仿真要求,提高仿真速度,还有晶闸管简化模型。

(4)电机模块库)包括励磁装置、水轮机及其调节器、异步电动机、同步电动机及其简化模型和永磁同步电动机等。

(5)连接模块组)包括地、中性点、母线)共同点。

(6)测量模块组)包括电流和电压的测量。

除了六个基本子模块库之外,必要时还可以将常用的更复杂的模块组合打包并添加到必要的模块库中。 实际上,Powerlib Extras的“三相电气系统”由六个基本子库的每个模块构建和封装。 您可以使用“Look Under Mask”命令打开模块,查看模块的内部结构,以了解结构方法和规律。 插件库还包括均方根测量、有功无功功率测量、傅立叶分析、可编程定时器、同步触发脉冲发生器等。

2电气系统模块库的运行原理及应用

2.1基本运行原理

电气系统模块库中的Powerlib模块和普通的Simulink模块本质上有区别。 因此,在Simulink内部,在进行模拟之前有初始化的过程,将包含Powerlib模块的系统转换为Simulink可以模拟的等效系数。 具体操作如下。

)1)调用power2sys函数,将所有模块分为普通模块和Powerlib模块,其中Powerlib模块分为线性模块和非线性模块。

)2)调用power2sys函数求出模块的网络拓扑,得到

其参数,并对每个电气结点都赋予一个结点号。

(3)调用circ2sys函数求出线性模块的状态空间模型(状态变量为电感电流和电容电压)。

(4)调用power2sys函数根据Simulink的内部预定义的模型求出非线性模块的Simulink模型。

初始化完成以后,Simulink开始对此系统仿真。

power2sys和circ2sys函数都能以命令行的形式在MATLAB命令窗口直接调用,而且使用上更为灵活,可以构造出Powerlib中所没有的模块(如具有3个以上绕组的互感),此处不再赘述。

2.2 应用方法

当然,上述复杂的预处理过程对用户来说都是屏敝的。电气系统模块库中的模块在使用上,与常规的Simulink模块类似,将其拷贝到自己的模型中并设置合适的参数即可。但是,Powerlib模块与常规的Simulink模块毕竟是两类本质不同的模块。所以,对于同时使用两类模块的仿真模型

,必然会有两类模块之间的信号流动,这就需要中间接口模块。具体地说,当Simulink模块的信号送入Powerlib模块时,应根据其性质,采用可控电压源或可控电流源模块作为中间环节;反之,当Powerlib模块中的信号反馈给Simulink模块构造的控制系统时,应采用电流或电压测量模块。

对于包含非线性Powerlib模块(例如电力电子开关器件)的系统,需要采用刚性的数值积分方法。一般选择ode15s通常可以达到较快的仿真速度,并采用其缺省参数(最大阶次:5;最大步长和初始步长:auto;相对容差:le-3;绝对容差的选取通常和系统中的状态变量的最大幅值有关,一般千伏和千安级的系统取0.1~1,而低压系统取le-3~le-2)即可。

由于在仿真初始化过程中,power2sys函数将逐个检查模型中的各个模块是否为电气系统模块,所以,对于大规模的系统,在一定程度上会降低仿真的速度。为避免这种负面影响,可以人为地迫使power2sys不去检查那些常规模块,方法是在常规模块以及包含常规模块的子系统的模块名

前加一个“ ”符号,如“ PID”,但必须确保子系统内的模块皆为常规模块。

Powergui是电气系统模块库提供的一个有力的工具。通过它,能以图形用户界面(GUI)的方式来方便地计算和显示出系统中各状态变量和测量变量的稳态值;可以修改系统的初始状态来实现从任一初始条件开始仿真,能避免较长的过渡过程;还可以实现对包含电机的三相电网潮流的计

愫统跏蓟 J褂肞owergui,只需将其拷贝到模型中,打开即可进行查看和设置。

3 基于电气系统模块库的PMSM系统模型

3.1 模型的构造

永磁同步电动机(PMSM)在d-q坐标系中的状态空间模型如式(1)和式(2)所示。采用电气系统模块库,可以建立PMSM控制系统的仿真模型。系统为典型的双闭环结构,见图1。

(1)

(2)

图1 PMSM控制系统的仿真模型

PMSM直接使用电机模块库中基于式(1)和式(2)的模型。转速调节器为PI型,其输出经dq/abc坐标变换,得到a、b和c三相定子电流的给定,作为电流调节器(PWM逆变器)的输入。电流调节器为滞环型,用Simulink模块构造,如图2所示。根据电流偏差的符号相应地直接输出±155

V,然后采用可控电压源模块将此仅有数学意义的Simulink信号转化为具有电气意义的电压信号,送入PMSM的定子绕组输入端。当然,这仅是一种简化方法,逆变器的构造也可如图3所示。电流调节器输出功率器件的触发脉冲,控制由6个功率器件模块构造的逆变器,构成电流控制的电压源

湍姹淦鳎 梢愿 钊氲毓鄄旌头治鱿附谖侍狻

图2 PWM逆变器

图3 MOSFET PWM逆变器

PMSM输出为矢量,由PMSM Measurement

Demux模块分解为10个标量输出(1~3为三相电流ia、ib和ic,4和5为iq和id,6和7为uq和ud,8为电角速度ωe,9为电角度θe,10为电磁转矩Te),作为反馈和观测信号,可以直接送入Simulink模块,不必通过电压或电流测量模块。但是,由于仿真的预处理过程需要把等效Simulink模型存

⒃谙低车囊桓霾饬磕?橹校 裕 谑褂肞owerlib模块的系统中,至少应有一个电压或电流测量模块。

3.2 仿真结果

该系统的电流限幅值设为30 A,系统空载启动,在0.04 s时突加负载转矩3 Nm。在转速阶跃给定为700 rad/s及负载突变的情况下,对该模型进行仿真,得到三相定子电流和转速的响应曲线如图4和图5所示。

图4 三相电流

图5 转速阶跃给定和突加负载响应

4 结束语

由此可见,采用MATLAB5.2的电气系统模块库,可以在Simulink环境中高效率地完成对电路、电力电子变换装置以及电气传动控制系统的仿真和分析。它为分析和设计复杂的电气系统提供了一个强有力的手段。

教育部博士点专项基金资助项目

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参考文献

1,Power System Blockset User"s Guide,Version 1.0,The MathWorks,Inc.1998

2,SIMULINK User"s Guide,Version 2.1,The MathWorks,Inc.1998

不过Simulink里面附带的Demo不知道你看了没有,那个我觉得就可以直接进行仿真了。最多需要修改参数,我正在做,一个人挺不好弄,呵呵。

看看SimPowerSystem的帮助文档,再看看它的Demo,基本类型全有。DC,AC各种调速系统(Demo具体位置:Help——Demos——Simulink——SimPowerSystems——Electric Drives Models)

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