電機實時仿真系統及在矢量變換控制中的應用
王曉遠，鄧 建，陳益廣
（天津大學，天津 300072）
摘 要：介紹了一種多微機并行處理交流電動機實時仿真系統。它以單片機和pc機作為核心對信號進行實時處理，能夠模擬l臺真實電動機運行在電氣傳動系統中以測試系統的參數和特性。文中重點介紹了它在矢量變換控制中的應用。
關鍵詞：仿真；實時；8098單片機；矢量變換
中圖分類號：tm34;tm301.2 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)06-0016-03
1概 述
交流電機調速系統的矢量變換控制技術是70年代開始迅速發展起來的一種新型控制思想。通過矢量的坐標變換能使交流電機獲得如同直流電機一樣良好的動態調速特性，使得這種控制方法成為交流電機獲得理想調速性能的重要途徑。正是由于矢量變換控制在當前交流調速領域的重要地位，矢量變換控制系統的開友成為新的研究熱點。在矢量變換控制技術中，一般需要檢測被控電機的三相定子電流和轉速的反饋值，以對電機的調速系統進行控制。在傳統的矢量控制系統的開發過程中，往往是用真實的電機作為被控對象以獲得反饋值，這使得系統開發的周期和成本都大大增加，不符合市場規律的要求。
本文所介紹的交流電動機實時仿真系統就是對此矛盾的一個良好的解決方案。本系統要求輸入三相定子電壓，輸出信號為三相定子電流和轉速對應的電壓量。它的****特點是實時性強，在ims以內即可完成1次信號處理，符合矢量變換控制動態響應速度快的特點。本系統還具有很大的靈活性，輸入不同的電機參數即可模擬不同的電機運行，如同步電機和異步電機。
本文以異步電動機為例介紹，同步電動機與此類似。
2 異步電動機實時仿真系統
本系統采用數字形式對異步電動機進行建模仿真，其基本思想是以l臺pc機和8098單片機為核心組成硬件環境，以park變換后得到的一階微分方程組為數學模型組成仿真系統。
2.1異步電動機的數學模型
根據埋想化電機的概念和park變換，推導出異步電動機行為特性的一階微分方程組，由這個數學模型可演變出它的計算機模型。
數學模型矩陣形式為：
若令坐標系的旋轉角速度與轉子角速度一致，則可得到本設計中仿真程序所用的建立在轉子坐標系上的異步電動機數學模型。
2.2仿真系統結構簡介
本仿真系統以1臺pc機作為上位機，以8098單片機為核心作為下位機，再加上dsp芯片ad2s100和一些外圍電路構成多機并行處理系統。對電機模型的數字仿真運算在pc機中運行，8098單片機的主要任務是實現多路a/d轉換和實時性控制，dsp芯片ad2s100的任務是完成電機模型由靜止坐標系到轉子坐標系間的坐標矢量變換。
仿真裝置結構示意圖見圖1。
系統工程流程為：三相定子電壓信號u la.u\b.u1c經過ad2s100芯片變換為uld.ul。，它們與一起由8098單片機進行a/d轉換成為數字信號，然后輸入至pc機進行仿真運算。pc機運算后得到的數字信號經過外層模塊的ad2s100芯片變換。整個a/d轉換，輸入輸出以及仿真運算（1次）必須在ims內完成，由8098單片機進行時間控制。
2.3仿真系統起動實驗
對仿真系統進行異步電動機的空載起動實驗，采用的數據（標值）定子電流和轉速波形如圖2、圖3所示。
分析波形圖可知，本系統仿真得到的異步電動機的空載起動曲線與實際 |
