带有母线电压控制的异步电机矢量控制策略研究(4)
MATLAB自1984年由美国MathWorks1公司推向市场以来，历经十几年的发展，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件, 被誉为“巨人肩上的工具”。
1.6 Simulink 概述
Simulink是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间、离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是不同的部分用不同的速率来采样和更新。
Simulink提供一个图形化用户界面用于建模，用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在此界面下能像用铅笔在纸上一样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的方程式而言有了极大的进步。Simulink拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分，因此可以由顶层往下的步骤也可以选择从底层往上建模。可以在高层上统观系统，然后双击模块来观看下一层的模型细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。
在定义了一个模型后，就可以进行仿真了，用综合方法的选择或用Simulink的菜单或MATLAB命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作，当然命令行对于运行仿真的分支是很有用的。使用scopes或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变，仿真结果可以放到MATLAB工作空间来做后处理和可视化。
模型分析工具包括线性化工具和微调工具，它们可以从MATLAB命令行直接访问，同时还有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因为MATLAB和Simulink是一体的，所以可以仿真、分析，修改模型在两者中的任一环境中进行。
2.矢量控制理论
2.1 传统的矢量控制方法
异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能的异步电动机的调速方案。矢量控制系统和直接转矩控制系统是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机策略设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的正、负符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。
本文采用转子磁链定向的矢量控制系统，其基本思想是通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩和磁链，然后将定子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制
传统控制方式是定子电流励磁分量和转矩分量闭环控制的双闭环控制策略。其工作过程是：将检测到的三相电流实施3/2变换和旋转变换，得到mt坐标系中的电流ism和ist，采用PI软件构成电流闭环控制，电流调节器的输出为定子电压给定值u*sm和u*st，经过反旋转变换得到静止两相坐标系的定子电压给定值u*sα和u*sβ，再经SVPWM控制逆变器输出三相电压。
传统矢量控制方法在母线过压和欠压的情况下是如此工作的：当电机车因暂时性跳闸或电源失电导致母线电压低于一定值时，触发欠压保护，系统会通过机械跳闸来保护线路，当供电恢复时需要合闸重新启动系统；当电机车因制动回馈能量使母线电压升高至一定值时，触发过压保护，变频器的制动电阻就投入运行，使这部分电能通过电阻发热的方式消耗掉，直到直流母线电压恢复正常值。上述两种保护方法虽然具有一定效果，但频繁的开关器件会导致系统的波动，不利于系统运行的安全与稳定性，也不利于生产的安全性。