基于Simulink的双馈电机开环调速系统仿真源码

资 源 简 介

本项目提供一套完整的基于MATLAB/Simulink平台的双馈感应电机（DFIM）开环调速系统仿真模型及源码。其核心功能是实现对双馈电机在不同工作模式下的转速控制模拟。系统将电机的定子侧直接接入恒压恒频的三相交流电网，而转子侧则采用受控的变频电压源进行励磁。通过改变转子侧输入电压的频率，根据双馈电机转矩产生原理及转速与旋转磁场频率、转子电流频率之间的代数关系，实现对电机机械转速的平滑调节。该功能描述详细涵盖了双馈电机在同步坐标系下的微分方程建模、转子励磁控制逻辑的设计以及功率变换器的等效模拟。该仿真源码

详 情 说 明

基于MATLAB的双馈感应电机（DFIM）开环调速系统仿真

项目核心介绍

本项目实现了一个基于MATLAB编写的双馈感应电机（DFIM）开环调速物理仿真系统。与传统的Simulink模块化建模不同，该项目完全通过MATLAB脚本语言构建电机的非线性微分方程组，并采用高精度的数值积分算法进行求解。系统核心逻辑是通过调节转子侧注入电流的频率，在定子侧接入恒压恒频电网的条件下，实现对电机机械转速的平滑控制。该仿真能够精确模拟双馈电机在亚同步、同步及超同步三种典型运行状态下的动态切换过程。

主要功能特性

1. 全自研动力学求解器：弃用标准仿真库，采用四阶龙格-库塔算法（RK4）实现对电机状态方程的数值积分，确保了仿真步长在微秒级（50μs）下的计算精度与数值稳定性。
2. 三模式无缝切换：通过程序化控制转子励磁频率，模拟电机从亚同步状态（转子频率15Hz）过渡到同步状态（直流励磁0Hz），最终进入超同步状态（转子频率-15Hz）的全过程。
3. 同步坐标系建模：系统在dq同步旋转坐标系下建立定转子磁链方程，简化了时变电感阵的处理，提高了电磁转矩与电流分析的直观性。
4. 完备的状态监测：仿真过程中实时计算并存储定转子磁链、四轴电流、电磁转矩、机械转速以及三相交流电路的瞬时相电流波形。
5. 动态可视化分析：内置多维图表展示功能，涵盖转速响应曲线、转矩波动特征、定转子电流对比、磁链矢量轨迹及运行状态分区示意图。

仿真实现逻辑

系统运行遵循以下严格的逻辑步骤：

1. 参数定义阶段：初始化5.5kW双馈电机的物理参数，包括电阻、电感、互感、极对数及转动惯量，并预计算漏磁系数等中间参数。
2. 调度策略规划：设定仿真时间序列，分段定义转子侧频率指令。在0.6秒和1.2秒处设置频率跳变点，用于触发运行状态的切换。
3. 迭代计算循环：在每一个仿真步长内，调用核心动力学函数。根据当前的磁链状态和外界电压输入，计算电流响应，进而推导出电磁转矩，并通过机械运动方程更新转速与机械角度。
4. 逆变换与数据重构：将dq坐标系下的计算结果通过坐标逆变换还原为定子与转子的A相物理电流，以便考察实际波形的频率变化。
5. 结果后处理：仿真结束后，自动提取所有历史状态变量，并生成标准化的科研报表图表。

关键函数与算法详解

本项目核心在于对双馈电机物理特性的算法化实现：

1. 四阶龙格-库塔（RK4）算法：在主循环中利用k1-k4四个斜率加权平均，有效解决了电机启动瞬间和频率切换时的强非线性刚性问题，相比欧拉法具有更高的收敛精度。
2. 磁链-电流转换算法：通过定转子磁链以及由Ls、Lr、Lm构成的电感矩阵的逆运算，动态解算各轴电流，这是调速系统准确模拟电磁行为的基础。
3. 转子励磁频率注入逻辑：通过控制转子电压空间矢量的旋转速度（phi_r），模拟变频器向转子注入的可调频励磁电压。当注入频率改变时，根据转差频率关系，强制改变转子的机械运行转速。
4. 机械动力学模拟：集成了一阶转速微分方程，综合考虑了电磁转矩、负载转矩以及系统阻尼系数，真实反映了电机在转速阶跃中的惯性延迟特性。
5. 电压矢量方位控制：定子侧usd被设定为电压峰值，usq设为0，通过将dq坐标系d轴锁定在定子电压矢量上，简化了计算模型。

运行系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
2. 硬件要求：建议内存4GB以上，系统能够支持浮点运算以保证RK4算法的迭代效率。
3. 依赖项：无需安装额外的Simulink工具箱或电机库，纯脚本运行。

使用方法

1. 打开MATLAB软件，将工作路径指向源码所在文件夹。
2. 运行主函数脚本。
3. 系统将自动执行2.0秒的动态仿真过程。
4. 仿真结束后，会自动跳出绘图窗口，用户可以通过观察第六张图（运行状态趋势图）直观了解电机在不同频率注入下的速度分区表现。
5. 如需研究不同负载的影响，可直接修改代码中的TL（负载转矩）参数；如需研究不同转速目标，可修改f_inj_cmd（注入频率）序列。