异步电机实验教学的Simulink 辅助设计方法

刘伟峰

（杭州电子科技大学自动化学院 浙江·杭州 310018）

0 引言

异步电机调速实验教学的主要目的是为了让学生了解和熟悉交流调压调速系统的工作模式、异步电动机调压调速系统的原理与组成。Matlab 的Simulink 设计系统提供了一种更为强大的工具，但是由于异步电机方程属于多变量微分方程组，各个变量之间互相耦合，让许多同学望而却步，如何让枯燥的公式组成直观地异步电机模块，成为问题的关键。为此，本文提出在专业课程实验教学中，引入模块化的设计方法，可以有效降低实验设计的难度；同时，可以增加学生的兴趣。通过近年来在实验教学中的推广，基本上本科生都可以独立完成。对于其他学科例如力学模型，电力系统分析模型[3]等方面的实验教学与研究也具有积极地借鉴意义。

1 异步电机的设计原理

异步电机的模型具有多变量、高阶性、非线性的特点，需要用一组高度耦合的微分方程来描述，这里采用常用的 - 坐标系（即2项静止交流坐标系）描述模型，选择 的5 个状态变量描述异步电机方程。其中状态变量为输出变量为为电机转速， 为磁链向是电流向量。

2 异步电机的模块化设计方法

考虑动态模型作为研究对象，分析其模块化的设计方法，模块化的主要设计思路如下：

（1）模块划分：模块的定义既可以功能作为对象进行划分，例如输入模块，输出模块；也可以变量属性为对象进行划分：例如电流模块，电压模块。具体采用何种模块，与所研究的具体对象具有密切的关系。（2）模块关系建立。着眼于大的模块之间的关系，而不是关注于各个模块的细节，这样容易从整个系统大的方面理解系统各模块之间的关系。（3）模块细化：针对各个模块自身，进一步细化为更小的模块。（4）模块校核：对于复杂的模型，可以采用抽查的方式检查模型设计是否正确，例如抽查某一个模块的输出关系是否正确，同时建立数据文件。

3 异步电机模块化设计方法

按照从易到难的思路，分别以异步电机的稳态模型(公式(1))和动态模型作为对象，分析其模块化设计过程。异步电机动态模型的模块化设计，动态模型建模过程远远复杂于稳态模型，从大的方面，按照模块功能的不同，异步电机包括：C3s/2s 转换模块、C2s/3s 转换模块、异步电机三个模块，见图1 中虚线框出的部分。仿真电动机参数见表1。此外：输入信号是由三相交流信号分别为：

表1 参数变量取值

图1 具有3 相输入的异步电机动态模型图

图2 转矩变化图

图3 转速变化图

4 结语

Simulink提供了许多各类函数与功能的工具箱，为各类系统的仿真提供了非常便利而生动的仿真平台，但是，如何针对一个待研究的系统建立Simulink 仿真模型是令许多学生棘手的事情。本文从如何针对异步电机的稳态系统与动态系统，分析提出采用模块化的思想建立异步电机的Simulink 模型。