第六章系统实验.doc

第六章 系统实验 §6.1 引 言 6.1.1实验目的 本系统实验的主要目的是考察基于磁链U_I模型的DTC系统的工作性能。正如在第一章第二节中指出的那样，异步电机有三种磁链模型：U_I模型、I_N模型和U_N模型。当异步电机转速比较高时，采用U_I模型确定电机定子磁链不仅简单方便，而且可以保证足够的精度。当电机转速比较低时，由磁链模型可看出，由于I1R1项的误差将使得定子磁链观测值与实际值之间出现较大的偏差，从而直接影响控制效果， 实验中速度调节器采用PI调节器（个别采用了比例调节器），控制周期为960μs，120μs，按照§5.3节中提出的方法确定控制算法。系统实验在一台三相笼型转子异步电动机上进行。该实验电机参数为：额定功率Pn=3KW，额定电压Un=380V，额定电流In=6.1A，额定频率fn=50Hz，极对数2P=2，Y型接法。定子电阻R1=1.44欧（U_I模型只需要知道定子电阻即可）。 6.1.2 实验数据处理方法 控制程序在运行过程中，每隔一定时间（这里设定采样周期为0.96ms）对转速或电流值进行采样，将采样值保存在片外RAM的某块存储区内。实验系统采用经三相调压器给主回路供电方式。调压器输出值回到零时，由上位机（PC机）发出读命令将这一批数据（长度由编程者自己指定，下面的数据通常是1024个采样值）读入缓冲区，上位机软件对其进行标度变换后，即可得到一批以安培（A）或者转/分为单位的数据，利用Original软件即可画出相应的曲线。在实验中， 直流侧电压为50~60V左右。实验结果曲线的横坐标通常为时间轴，单位为：毫秒。纵坐标通常代表电流或转速。电流的单位为：安培，速度的单位为：转/分。实验数据中的电流均为电机A相电流。 §6.2 实验结果分析 6.2.1 磁链轨迹曲线 直接转矩控制的基本思想是在维持定子磁链幅值恒定的前提下，通过调节定子磁链的旋转速度，进而调整滑差频率以控制转矩及转速。定子磁链幅值恒定是其前提。如果定子磁链建立不起来，电机将无法转动。论文[37]指出了这一点并给出了迅速建立定子磁链的开关策略。事实上，按照本文§2.3中给出的开关表，也能够快速建立定子磁链并维持磁链幅值恒定，使稳态时定子磁链幅值在空间的轨迹接近于圆形，图6-1证明了这一点。 图6-1 定子磁链给定为0.6韦伯时的稳态磁链轨迹 横轴：X/DIV=0.1韦伯 纵轴：Y/DIV=0.1韦伯 6.2.2 稳态速度曲线 当调节器采用比例调节时，由于静差的存在，实际转速总是小于给定值，当给定为700转/分时，实际转速在650转/分左右波动，如图6－2所示；采用PI调节器后，实际转速在给定值附近波动，但波动值较大，如图6－3所示。 图6-2 速度给定为700转/分，采用P调节器时的稳态速度曲线 纵轴：N/DIV=100rpm 横轴：TIME/DIV=100ms 图6-3 700转/分，采用PI调节器时的稳态速度曲线 纵轴：N/DIV=100rpm 横轴：TIME/DIV=100ms 图6－4是给定速度为200转/分时的稳态速度曲线，它证明了在比较低的转速下，U_I模型仍能对速度控制起作用。 图6-4 200转/分时的稳态速度曲线 纵轴：N/DIV=100rpm 横轴：TIME/DIV=100ms 6.2.3 稳态电流曲线 由图6－5所示，相电流接近正弦波，但存在较大的畸变。 图6－5 700转/分时的稳态电流曲线 纵轴：I/DIV=1A 横轴：TIME/DIV=100ms 6.2.4 速度及电流动态响应曲线 定子磁链给定为0.6韦伯，速度给定开始为550转/分，在空载情况下运行，进入稳态后将速度给定变为－550转/分，采用比例调节器，得到的速度，电流响应曲线如图6-6，6-7 图6－6 速度给定由550转/分变为-550转/分时的速度响应曲线 纵轴：N/DIV=100rpm 横轴：TIME/DIV=100ms 图6－7 速度给定由550转/分变为-550转/分时的电流响应曲线 纵轴：I/DIV=1A 横轴：TIME/DIV=100ms §6.3 实验结论 上述实验结果表明，基于磁链U_I模型的DTC系统，在维持定子磁链幅值恒定的前提下，通过施加电压矢量从而改变定子磁链的旋转速度，就能在一个较广的范围内实现对电机转速的调节。 实验结果的不足之处也很明显：无论系统工作在低速范围还是高速范围都有较大的稳态速度波动。作者认为，主要是以下几个方面的原因：