基于dSPACE的异步电机矢量控制策略研究与实现

摘要

随着市场对产品研发的多样化与快速性需求以及对控制系统越来越高的可靠性与鲁棒性要求，以往的纯数字离线仿真研究已不能够满足高性能系统的要求，使得实时仿真被提上了日程，而dSPACE实时仿真平台可以为之提供很好的解决方案；转子磁场定向矢量控制技术以其优越的性能在城市轨道交通牵引传动控制领域被广泛应用。基于以上现状，本课题依托城市轨道交通国家科技支撑项目，主要围绕基于dSPACE实时仿真平台的异步电机矢量控制方案设计及实现展开研究。　　针对本文使用到的dSPACE研发平台，首先从整体上对其进行了说明；然后，阐述了dSPACE平台硬件架构资源及软件开发环境，并给出了dSPACE实时仿真平台应用于实际项目开发的具体设计流程。　　对本文采用的基于间接转子磁场定向的异步电机矢量控制技术进行了研究。首先，在异步电机数学模型的基础上详尽论述了基于转子磁场定向的间接矢量控制的实现原理；接着，阐述了矢量控制技术方案，并着重分析了电压解耦单元、矢量调节器设计等重点环节的设计方法；最后，基于Simulink的离线仿真对该矢量控制策略进行了验证。　　构建了基于dSPACE半实物仿真平台的矢量控制实时仿真系统，设计了实时仿真系统中变流器主电路、信号检测与dSPACE系统接口电路，在此基础上，对基于dSPACE的矢量控制实时仿真模型设计进行了详细说明。　　在搭建的dSPACE实时仿真平台上对异步电机进行了矢量控制的联合调试实验。首先，借助于ControlDesk综合实验与调试软件，创建了控制实验过程的监控界面；然后，给出了该监控界面用于进行异步电机矢量控制实验的调试过程；最后，分别在空载/带载运行工况下进行了基于dSPACE半实物仿真平台的异步电机矢量控制实验。　　实验结果很好地验证了本文研究的异步电机矢量控制策略并与基于Simulink的矢量控制离线仿真结果相吻合，进一步验证了基于dSPACE半实物仿真平台进行异步电机矢量控制的有效性与实用性。此外，实际的系统开发与实验过程也证实了dSPACE实时仿真平台能有效地缩短项目的研发时间，极大地便捷了项目的研发过程，并且在很大程度上节省了项目设计、测试期间的费用。

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