基于动态模型的异步电动机调速系统
电力拖动自动控制系统复习要点(河科大)
第一章绪论1 电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换。
2 运动控制系统的任务是通过控制电动机电压、电流、频率等输入量，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量。
3 功率放大器与变换装置有电机型、电磁型、电力电子型（晶闸管SCR为半控型）等4 转矩控制是运动控制的根本问题，与磁链控制同样重要。
5 风机、泵类负载特性。
第一篇直流调速系统1 电力拖动自动控制系统有调速系统、伺服系统、张力控制系统、多电动机同步控制系统等多种类型。
2 直流电动机的稳态转速公式：3 调节电动机转速的方法:1)调压调速2)弱磁调速3)变电阻调速第二章转速反馈控制的直流调速系统1 晶闸管整流器—电动机调速系统(V-M系统)通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压，从而实现直流电动机的平滑调速。
2 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成一个滞后环节（由晶闸管的失控时间引起）。
3 与V-M系统相比，直流PWM调速系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的电力电子器件少；（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；（5）电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
4 直流PWM调速系统的机械特性（电流连续时，机械特性曲线相平行）1）稳态：电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态；2）机械特性：平均转速与平均转矩（电流）的关系。
5调速系统转速控制的要求（1）调速—在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速—以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；（3）加、减速—频繁起动、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。
第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统(电力拖动自动控制系统)
图8-7 多台同步电动机的恒压频 比控制调速系统
2.在π/2<θ<π范围内
图8-8 变压变频器供电的同步 电动机调速系统
2.在π/2<θ<π范围内
图8-9 自控变频同步电动机调速原理图 UI—逆变器 BQ—转子位置检测器
2.在π/2<θ<π范围内
图8-10 PWM控制的自控变频同步电动机 及调速原理图
(或永久磁钢)外，还可能有自身短路的阻尼绕组。
4)异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有隐极与凸极之 分。 5)由于同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运 行，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机 更宽。
2.机械特性的斜率与最大转矩
6)异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电动机只需加
2.定子电压矢量的控制作用
图6-37 定子磁链圆轨迹扇区图
1.定子磁链计算模型
2.转矩计算模型 1.直接转矩控制系统的特点 2.直接转矩控制系统存在的问题 1.电动机在次同步转速下作电动运行 2.电动机在反转时作倒拉制动运行 3.电动机在超同步转速下作回馈制动运行
4.电动机在超同步转速下作电动运行
用这两个控制信号产生输出电压，省去了旋转变换和电流控制， 简化了控制器的结构。 2)选择定子磁链作为被控量，计算磁链的模型可以不受转子参数 变化的影响，提高了控制系统的鲁棒性。 3)由于采用了直接转矩控制，在加减速或负载变化的动态过程中， 可以获得快速的转矩响应，但必须注意限制过大的冲击电流，以
免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响应也是有限的。
在异步电动机转子回路串电阻调速时，其理想空载转速就是其同 步转速，而且恒定不变，调速时机械特性变软，调速性能差。在 串级调速系统中，由于电动机的极对数与旋转磁场转速都不变， 同步转速也是恒定的，但是它的理想空载转速却能够连续平滑地 调节。
基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制
基于Plc控制电机调速实验报告电控学院电气0904班李文涛07 —、实验名称：基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制二、实验目的：通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。
要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。
三、实验器材：220V PLC实验台一套、380V变频器实验台一套、万用表一个、导线若干三、实验各部分原理：1．实验主要器件原理1)光电编码器：光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
2）变频器：I原理概述变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。
变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机械部分)，同时可以比原来的定速运行电机更加节能，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。
矢量控制：U/f控制方式建立于电机的静态数学模型，因此，动态性能指标不高。
对于对动态性能要求较高的应用，可以采用矢量控制方式。
矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和与其相垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)，并分别加以控制。
由于在这种控制方式中必须同时控制异步电动机定子电流的幅值和相位，即控制定子电流矢量，这种控制方式被称为矢量控制（Vectory Control）。
基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制
基于Plc控制电机调速实验报告电控学院电气0904班李文涛0906060427—、实验名称：基于PLC实现的三相异步电动机变频调速控制二、实验目的：通过综合实验，使学生对所学过的可编程控制器在电动机变频调速控制中的应用有一个系统的认识，并运用自己学过的知识，自己设计变频调速控制系统。
要求用PLC控制变频器，通过光电编码器反馈速度信号达到电动机调速的精确控制，自己设计，自己编程，最后进行硬件、软件联机的综合调试，实现自己的设计思想。
三、实验器材：220V PLC实验台一套、380V变频器实验台一套、万用表一个、导线若干三、实验各部分原理：1．实验主要器件原理1)光电编码器：COM01030002040CH光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
2）变频器：I原理概述变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能提供精确的速度控制，因此可以方便地控制机械传动的上升、下降和变速运行。
变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不依赖于机械部分)，同时可以比原来的定速运行电机更加节能，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容;电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波石电感。
矢量控制：U/f控制方式建立于电机的静态数学模型，因此，动态性能指标不高。
对于对动态性能要求较高的应用，可以采用矢量控制方式。
矢量控制的基本思想是将异步电动机的定子电流分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和与其相垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)，并分别加以控制。
异步电动机的动态数学模型-完整版
1、绕组自感 对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是公共主磁通
（互感磁通）与漏感磁通之和，考虑绕组是对称的，因此 定子和转子各相绕组电感分别为：
LAA=LBB=LCC=L’m+Lls Laa=Lbb=Lcc=L’m+Llr
(6-5)
2、绕组互感 互感与公共主磁通相对应，互感分为两类：
三相异步电机的等效物理模型如下： 定子A、B、C的轴线在空间上固定，以A轴为参考坐标轴； 转子a、b、c的轴线随转子旋转，转速为ωr； 电角度θr为空间角位移变量。
异步电动机的动态数学模型由电压方程、磁链方程、转 矩方程和运动方程组成。
一、电压方程
定子电压方程：
u
A
u
B
u
C
iA R s iB R s iC R s
电机的磁链可表达为:
A LAA
B
LBA
Ca
LLCaAA
b
LbA
c LcA
简写成：
LAB LAC LAa LAb LAciA
LBB
LBC
LBa
LBb
LBc
iB
LCB LaB
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
LbB
LbC
Lba
Lbb
Lbc
ib
LcB LcC Lca Lcb Lcc ic
d A
dt d B
dt d C
dt
转子电压方程：
u
a
u
b
u
c
ia R r ib R r ic R r
d a
dt d b
dt d c
运动控制系统专业选修课教学大纲
《运动控制系统》课程教学大纲Motion Control Systems适用于四年制本科电气工程及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验/实践学时：4 /0一、课程作用与目的本课程（运动控制系统）是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课，在学生学习过多门专业基础课的基础上开设，是对电气工程及其自动化本科阶段所学知识的总结和提高。
课程涵盖知识的内容多，范围广，难度大，实用性强，能够培养学生对知识融会贯通的能力，提高学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。
二、课程基本要求1. 第一篇（直流调速系统）重点在于掌握以直流电动机为对象组成的运动控制系统，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法；2. 第二篇（交流调速系统）重点在于掌握以交流电动机为对象组成的运动控制系统，包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点及系统设计方法；并了解国内国际自动控制领域的前沿科技。
三、教材及主要参考书1. 使用教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（第四版），机械工业出版社，阮毅.2010.2. 参考书[1]李宁.运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004[2]宋书中. 交流调速系统. 北京:机械工业出版社,2002[4]王成元. 现代电机控制技术. 北京:机械工业出版社,2009四、教学内容第一章绪论主要内容：运动控制系统的组成，运动控制系统的历史与发展，转矩控制规律，生产机械的负载转矩特性。
重点和难点：转矩控制规律。
第二章转速反馈控制的直流调速系统主要内容：直流调速的基本类型，直流调速系统用的可控直流电源，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，动态分析和设计，比例积分控制规律和无静差调速系统。
重点和难点：掌握反馈控制系统的稳态和动态分析与设计。
第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统主要内容：双闭环直流调速系统的组成，静特性，数学模型和动态性能分析，调节器1的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统调节器，按离散控制系统设计数字控制器。
毕设论文--异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析
异步电动机SPWM变频调速原理与仿真分析摘要在分析SPWM原理的基础上，利用MATLAB/SIMULINK软件构造了SPWM调速系统的仿真模型并说明了规则采样法的可行性。
该模型主要利用S-函数模拟自然采样法和规则采样法的控制规则并应用电力系统工具箱构建逆变桥和电机，能够比较好的模拟真实的系统并实现变频调速的功能。
通过对仿真结果的分析，对比自然采样法和规则采样法控制性能的差异，得出了规则采样法在工程实际中应用的可行性。
关键词：SPWM，异步电机，MATLAB，仿真，规则采样法，自然采样法The Simulation and Analysis of the Fundmental Principle of Asynchronous Motor SPWM Speed AdjustingABSTRACTBase on analizing SPWM principle, the SPWM velocity modulation system's simulation model has been constructed by using the MATLAB/SIMULINK software.After analizing the results of simulation,the feasibility of the regular sample law is given out. This model mainly uses the S- function analogue natural sampling law and the regular sampling method control rule and construct inverter and machine ,this model can simulate the real system and realize the frequency conversion velocity modulation function. The simulation results is given out in this paper, though analizing the simulation results and constrasting the difference of the control performance of natural sampling law and regular sampling,the application feasibility of the regular sampling law in the project has been obtained.KEYWORDS: SPWM ,aynchronous motor,MATLAB,simulation, regular sampling law, ntural sampling law目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................................................... I I 1 绪论 (1)1.1交流调速系统的发展 (1)1.2交流调速系统的基本类型 (2)1.2.1 异步电动机调速系统的基本类型 (2)1.2.2 同步电动机调速的基本类型 (4)2 Siulink 仿真基础 (5)2.1 Simulink简介 (5)2.1.1 Simulink 启动 (5)2.1.2 Simulink 组成 (5)2.1.3 仿真过程 (6)2.2 Simulink 模块库简介 (6)2.3电力系统工具箱简介 (6)2.4 S-函数简介 (6)2.4.1 S-函数的基本概念 (6)2.4.2 S-函数的使用 (7)2.4.3 与S-函数相关的一些术语 (7)2.4.4 S-函数的工作原理 (8)2.4.5 编写M文件S-函数 (9)3 异步电动机变压变频调速系统 (11)3.1概述 (11)3.2变压变频调速的基本控制方式 (11)3.2.1 基频以下调速 (11)3.2.2 基频以上调速 (12)3.3异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 (12)4 PWM控制技术 (15)4.1 正弦脉宽调制原理及其优点 (15)4.1.1 SPWM原理 (15)4.1.2 SPWM的优点 (18)4.1.3关于SPWM的开关频率 (19)4.2 同步调制和异步调制 (19)4.2.1 异步调制 (19)4.2.2 同步调制 (19)4.2.3 分段同步调制 (20)4.3 SPWM波形的生成 (20)4.3.1 自然采样法 (20)4.3.2 规则采样法 (21)5 异步电动机SPWM变频调速仿真系统的设计 (23)5.1自然采样法系统的设计 (23)5.1.1 三角波的生成 (23)5.1.2 自然采样法SPWM 脉冲的生成 (25)5.1.3 直流电源 (25)5.1.4 逆变器的设计 (25)5.1.5 系统总框图的设计 (26)5.2 规则采样法系统的设计 (26)5.2.1 规则采样法脉冲的生成 (26)5.2.2 规则采样法系统总框图的设计 (28)5.3仿真分析 (28)5.3.1 额定转速（50HZ）的波形 (29)5.3.2 性能对比分析 (30)致谢 (36)参考文献 (37)1 绪论1.1 交流调速系统的发展[1]直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
基于动态模型的异步电动机调速系统设计
基于动态模型的异步电动机调速系统设计
1. 异步电动机调速系统简介：
异步电动机是目前工业领域中使用最为普遍的电机之一。
它具
有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，因此应用广泛。
异
步电动机调速系统是将电机的转速和负载转矩进行控制，以实现电
机性能的优化。
常用的调速方法有电压调制、变频调速、脉宽调制等。
2. 动态模型简介：
异步电动机的动态模型是控制系统设计中的重要基础，它描述
了电机输入电压、输出机械转矩和电机转速之间的关系，用于分析
和优化控制方案。
异步电动机一般采用dq坐标系下的动态模型，其
中d轴代表电机转矩，q轴代表磁场转矩。
3. 异步电动机调速系统的设计过程：
步骤1：确定系统的调速要求，包括电机的负载特性、转矩、
速度等参数。
步骤2：建立异步电动机的数学模型，可以采用dq坐标系下的
动态模型或者其他常用的电机模型。
步骤3：设计控制器，常用的控制方法有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
步骤4：进行仿真分析，验证控制系统的性能和可行性。
步骤5：进行实验验证，对设计的控制器进行调试和优化。
步骤6：对系统进行性能评价，包括响应速度、稳态误差、动态误差等指标。
4. 结论：
基于动态模型的异步电动机调速系统设计可以提高电机的控制性能，并且可以根据实际需求进行优化。
在实际应用中，需要根据具体的负载要求选择合适的控制方法和控制器，以达到最佳的调速效果。
基于PLC的三相异步电机变频调速系统的设计
高等教育自学考试本科毕业论文基于PLC的三相异步电机变频调速系统的设计考生姓名：彭中建准考证号： 011811306047 专业层次：本科院（系）：机械与动力工程学院指导教师：唐晓庆职称：讲师重庆科技学院二O一三年七月十五日高等教育自学考试本科毕业论文基于PLC的三相异步电机变频调速系统的设计考生姓名：彭中建准考证号： 011811306047专业层次：本科指导教师：***院（系）：机械与动力工程学院重庆科技学院二O一三年七月十五日摘要随着科技的进步，电机的运用已经深入到各行各业的各个领域。
而现今也是一个资源高度消耗造成能源匮乏的时代，在这个时候考虑如何让其在高可靠性的同时又有效的节约能源耗费提高自身的效率，这不仅可以使企业的生产成本降低，而且对于社会的可持续发展有着重要的意义。
本文所讨论的是利用PLC控制的三相异步电机变频调速的基本原理与实现方法。
三相异步电机一般的调速方法有：降压调速，转子回路串电阻调速，变极调速，串极调速，变频调速等。
但是这些调速方法都有着各自的缺点，降压调速的调速范围很小，没有多大的实用价值；转子回路串电阻调速不利于空载或轻载调速，效率低，经济性差；变极调速调速的平滑性差；串极调速的控制设备复杂，成本高，控制困难。
所以调速性能至少需从两方面考虑。
第一，应从节能和提高效率的角度考虑，应将损耗在转子附加电阻上的能量吸收，转化成别的有用的能量或反馈到电网，以提高传动系统的效率。
第二，应从高性能调速要求考虑，应用控制理论，将其组成闭环调速控制系统，满足调速精度、动态响应等各项指标的要求。
综上所述，利用PLC控制的变频调速系统，是使三相异步电动机实现高性能高效率调速的有效办法。
通过改变定子绕组的供电频率f来实现，当转差率s一定时，电动机的转速n基本上正比于f。
很明显，只要有输出频率可以平滑调节的变频电源，就能平滑的调节异步电动机的转速。
关键词：变频调速，PLC，异步电机The three-phase asynchronous motor variable frequency speed regulation system based on PLC designAbstractHuman being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on. These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed.Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rays has a deviation, small gear are rotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together.Control system mainly includes the sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection system is used to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances received different light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors.Keywords: Frequency control, PLC, asynchronous motor目录中文摘要 (I)英文摘要 ........................................................................................... 错误!未定义书签。
6 第六讲 异步电机的动态数学模型-吴学智
定子对转子的互感阵Lrs为时变阵：
LaA Lrs LbA LcA LaB LbB LcB LaC cos m cos( m 120) cos( m 120) LbC L'm cos( m 120) cos m cos( m 120) cos( m 120) cos( m 120) LcC cos m
异步电动机的数学模型
异步电机的磁链方程 L 是6×6电感矩阵，其中对角线元素 LAA， LBB， LCC，Laa，Lbb，Lcc是各有关绕组的自感，其余各 项则是绕组间的互感。
与电机绕组交链的磁通包括穿过气隙的相间互感 磁通和只与一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通， 前者是主要的。
异步电动机的数学模型
交流电机的数学模型
异步电机是一个多 Us 变量（MIMO）系统， 而电压、电流、频 (Is) 率、磁通、转速之 间又互相都有影响， 所以是强耦合的多 变量系统，可以先 1 用右图来定性地表 示。
A1
A2
异步电动机的数学模型
交流电机的数学模型 电动机的调速过程本质上就是加速度的变化过程， 而加速度是由转子输出的机械转矩产生的。 转子的机械转矩是定子侧的电能通过磁链传递过 来的磁场能量转换为机械能量的结果 。 在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁 通得到感应电动势。由于它们都是同时变化的， 在数学模型中就含有两个变量的乘积项。 这样一来，即使不考虑磁饱和等参数变化因素， 数学模型也是非线性的。
转子自感阵Lrr为常数阵：
Laa L rr Lba Lca Lab Lbb Lcb Lm Llr Lac 1 L L Lbc m σab 2 Lcc 1 Lm Lσab 2 1 Lm Lσab 2 Lm Llr 1 Lm Lσab 2 1 Lm Lσab 2 1 Lm Lσab 2 Lm Llr
运动控制期末复习
填空题1.单闭换比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于他能够随着负载的变化而相应的改变，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
2.双闭环调速系统中，当ASR输出达到限幅值Um*，转速外环呈状态，转速变化对转速环不会产生影响，双闭环系统变成一个调节系统3.调速系统采用旋转编码器进行数字测速的方法有三种，分别是：4.转速、电流双闭环调速系统中，转速环按典型型系统设计，抗干扰能力，稳态转速无静差。
转速环按典型型系统设计，抗干扰能力，超调小。
5.交流调速系统按对转差功率处理方式分为三类：、、、6.异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时,异步电动机定子绕组是静止的,因此只要进行3/2变换即可:而转子绕组是旋转的,因此必须通过及才能变换到静止两相正交坐标系。
7.现代变频器主要采用PWM控制技术,传统的交流PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波,称为控制技术,随着控制技术的发展还产生了控制技术和控制技术。
8.基于动态模型的异步电动机调速系统,可采用按转子磁链定向的，另外还可以采用按定子磁链控制的。
9.直流调速系统采用的可控直流电源的主要有和，考虑到电源装置的性能优越性,在中考虑到小功率场含应用较多。
10.比较开环系统机械特性和闭环系统静特性性，系统机械特性比较硬，系统的调速范国较小静差率一定时系统的机械特性系统的调速范围可以大大提高。
11.当电流增加到一定值时才出现的电流负反馈，叫做12.对转速、电流闭环调速系统来说,动态干扰主要有负扰动和电网电压抗动,其中调节器对负载扰动起调节作用；当电网电压变化时首先由调节器及时调节。
13.控制系统的动态性能指标中反映系统快速性的指标是；反映系统稳定性能的指标是；能够同时反映快速性和稳定性的指标是。
14.光电式应转编码器可以实现调速系统的数字化转速检测的,这种编码器主要有两种类型分别是和。
采用数字PID控制的调节器，其中PID数字控制算法有和两种。
15.对于基于稳态模型的异步电动机调速系统面言，采用调速是一种性能较好的调速方法，在基频以下采用的控制方法，基频以上调速受电动机绝缘耐压和磁路饱和限制需要保持不变。
异步电机变压变频调速系统(VVVF系统)——转差功率不变型调速系统
4．几种协调控制方式的比较
综上所述，在正弦波供电时，按不同 规律实现电压－频率协调控制可得不同类 型的机械特性。
1）恒压频比（ Us /1 = 恒值 ）控制最容
易实现，它的变频机械特性基本上是平行 下移，硬度也较好，能够满足一般的调速 要求，但低速带载能力有些差强人意，须 对定子压降实行补偿。
2）恒Eg /1 控制，是通常对恒压频比控
特性分析（续）
当 s 接近于1时，可忽略式（6-4）分母 中的Rr' ，则
Te3npU 1 s2s[R s21 21 (R L r'lsL'lr)2]1 s （6-6）
即s接近于1时转矩近似与s成反比，这时， Te = f（s）是对称于原点的一段双曲线。
• 机械特性
当 s 为以 上两段的中间 数值时，机械 特性从直线段 逐渐过渡到双 曲线段，如图 所示。
可见最大转矩 Temax 是随着的 1 降低
而减小的。频率很低时，Temax太小将限制 电机的带载能力，采用定子压降补偿，适
当地提高电压Us，可以增强带载能力，见 图6-4。
• 机械特性曲线
n
n0N
1N
n 01
11
1N11 12 13
n 02
12
n 03
13
补偿定子压 降后的特性
O Te
现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的 E r /1 ？
s
恒 Er /1 控制
0
c
a
b
恒 Eg /1 控制
恒 Us /1 控制
10
Te
图6-6 不同电压－频率协调控制方式时的机械特性
按照式（6-1）电动势和磁通的关系，可以 看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。在
电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末复习重点第6章
与直流调速系统相比，以异步电动机作为执行机构，更加难于理解。
但实际上基于异步电动机的调速系统的基本结构和直流调速系统是一致的。
由于转矩是通电导体在磁场中受力产生的，为了控制转矩，必须兼顾电流和磁场，为了能使电机输出尽量大的转矩，提高带载能力，磁通要工作在接近饱和状态。
因此整个第六章、第七章交流调速部分都是围绕这一问题展开的，如何在维持磁通恒定的情况实现一般性能的转速调节和高性能的转速调节。
第六章基于稳态模型的异步电动机调速系统1. 以异步电动机调压调速为例说明异步电动机调速控制中维持磁通恒定的必要性由机械特性易理解调速原理，但如何解释调压时机械特性变软，临界转矩随电压成平方下降：需结合磁通分析，调压时磁通随电压成反比下降，调压时定子电流也会近似反比下降。
导致电机转矩随着电压下降快速下降。
2. 异步电动机变压变频调速的基本原理（重点，难点）➢异步电动机从额定转速向下调速时，如果单电机频率，显然电机磁通会增加，需要更大的激磁电流。
➢磁通表示单位面积通过的磁力线的多少，为了使电机在整个转速胃内出力最大，总是希望用足铁芯，即使电机调速时磁通一直接近饱和状态，磁通超过饱和状态时会使激磁电流过大，导致损耗过大，磁通增加又很少，为了使电机在整个调速范围内都能输出足够的电磁转矩，最好保持电机气隙磁通恒定，一直接近饱和状态。
➢如何保持气隙磁通恒定？可以从磁通与反电动势关系入手，即式6-11，而电机反电动势不能直接测量，忽略定子绕组和漏抗压降，可以得到式6-12，从而引出恒压频比控制。
并据此分析异步电动机采用恒压频比（书中也称变压变频调速）控制时电压、频率、磁通的变化规律。
3. 异步电动机采用恒压频比（变压变频）控制时的机械特性（重点，难点）➢表征异步电动机机械特性的几个关键参数包括：同步转速、临界转矩（表征最大带载能力）、起动转矩（表征起动带载能力）、线性段斜率（表征机械特性硬度）。
分析变压变频调速时机械特性曲线变化也关注以上方面。
异步电动机的动态数学模型-完整版
（参考书：电力牵引交流传动及其控制系统 第4章）
（电动机控制 第8章）
6-1 三相异步电动机的数学模型 6-2 常用的坐标系和坐标变换 6-3 三相异步电机的动态模型简化
1
研究背景： 当异步电动机用于机车牵引传动、轧钢机、数控机床、 机器人、载客电梯等高性能调速系统和伺服系统时，系 统需要较高甚至很高的动态性能，仅用基于稳态模型的 各种控制不能满足要求。 要实现高动态性能，必须首先研究异步电动机的动态 数学模型，高性能的传动控制，如矢量控制（磁场定向 控制）是以动态d-q模型为基础的。
Ψr a b c T
i r ia ib ic
T
Ψs A B C T
i s iA iB iC T
Lss——定子自感矩阵，常数矩阵 Lrr——转子自感矩阵，也为常数矩阵
Lsr——转子对定子的互感矩阵，为时变矩阵
Lrs——定子对转子的互感矩阵，也为时变矩阵
18
LAA L ss LBA LCA
LAa L sr LBa LCa
LAB LBB LCB
LAb LBb LCb
LAC LBC LCC
LAc LBc LCc
Laa L rr Lba Lca
=Lsrcos(θr+120º)=L’mcos(θr+120º )
LAc=LcA=LBa=LaB=LCb=LbC =Lsrcos(θr-120º)=L’mcos(θr-120º )
17
完整的磁链方程以矩阵形式可以表示为：
Ψ s Lss Ψ L r rs
式中：
Lsr ห้องสมุดไป่ตู้i s Lrr i r
电气自动化设备安装与维修(2)电动机调速系统复习提纲
广东省粤东高级技工学校2010-2011学年度第一学期非全日制学历班《电动机调速系统》期中/期末复习提纲第1章1、知道现代运动控制是多门学科相互交叉的综合性学科，掌握运动控制系统的构成。
运动控制系统由、、及相应的等构成。
2、运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。
理解转矩控制是运动控制的根本问题。
运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。
要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的。
由电力拖动系统的运动式可知，转速的控制是通过对电动机（）的控制来实现的。
A．电磁转矩 B．定子电流 C．温升3、掌握生产机械的负载转矩特性。
典型的生产机械的负载转矩特性有：负载特性，负载特性以及负载特性。
第一篇直流调速系统掌握直流电动机的稳态转速公式，根据公式推出三种调速方法，理解自动控制的直流调速系统为什么往往以变压调速为主。
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？第2章转速反馈控制的直流调速系统1、晶闸管整流器－电动机系统的机械特性【图2-6】包括整流状态和逆变状态、电流连续区和电流断续区。
晶闸管直流调速系统的机械特性分为连续段和不连续段，不连续段机械特性的特点是（）。
A．机械特性硬B．机械特性软C．机械特性软、理想空载转速高2、在电流连续的情况下，可以把晶闸管和整流装置当作一个一阶惯性环节来处理。
在电流连续的条件下，可以把晶闸管出发和整流装置当作环节来处理。
3、PWM变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。
理解占空比的含义、熟悉简单不可逆PWM 变换器－直流电动机系统的原理图、电压电流波形[图2-10]PWM 变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成 脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。
4、直流PWM 调速系统的电能回馈问题，对滤波电容充电造成直流侧电压升高，称做“泵升电压”。
5、深刻理解调速范围、静差率、机械特性的含义及相互关系。
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
基于matlab的异步电机变频调速系统的设计
本科毕业设计说明书基于MATLAB的异步电动机变频调速仿真实现SIMULATION FOR FREQUENCY CONTROL SYSTEM OF ASYNCHRONOUS MOTOR BASED ON MATLAB学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：电气09-3班学生姓名：刘安康指导教师：唐超礼副教授2013年 5 月30 日基于MATLAB的异步电动机变频调速仿真实现摘要本文主要对交流异步电动机SPWM变频调速矢量控制系统进行建模与仿真。
变频调速系统在异步电动机的各种调速方式中效率最高、性能最好，因此有着极其重要的地位。
电气传动控制系统计算机仿真是应用现代软件工具对其工作特性进行研究的一种十分重要的方法。
通过仿真试验，可以比较各种策略与方案，优化并确定相关参数。
因此进行系统仿真是不可或缺的，为科学决策提供了可靠的依据。
本文介绍了交流调速系统概况、矢量控制的基本概念以及异步电动机变频调速系统在MATLAB/Simulink仿真工具中模型建立以及特性研究。
一方面，本文通过对交流异步电动机矢量控制调速系统各部分仿真，得出该系统各部分的运行特性；另一方面，通过对转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统和转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真，熟悉了矢量控制系统的参数设置和工作特性。
本文通过仿真实验不仅了解和掌握了异步电动机运行特性，更重要的是得出的仿真数据，为新的实验设备的引进和进一步开发打下了坚实的基础。
关键词：矢量控制，仿真，数学模型ISIMULATION FOR FREQUENCY CONTROL SYSTEM OFASYNCHRONOUS MOTOR BASED ON MATLABABSTRACTThis paper mainly studies the modeling and the simulation about vector control system of the SPWM variable frequency control. Variable-frequency speed regulation is an efficient way of speed regulation. The computer simulation of the electric drive system is one of the most significant means in the science research. It works by establishing the simulation models and simulation experiments on computer repeatedly. By simulation, you can compare a variety of strategies and determine the relevant parameters. It is essential for system simulation, so as to provide a reliable scientific basis for decision-making.This paper mainly introduces the development of AC regulating speed system, the main idea of Vector control, and how to establish simulation for frequency control system of AC motor based on MATLAB. On the one hand, this paper established models for AC motor and obtained some features of the system. On the other hand, by the simulation for vector control system of AC motor with speed and flux loop on torque loop and slip frequency control to understand the vector control system parameter settings and operating characteristics.By simulation, for one thing, we understand and grasp the asynchronous motor operating characteristics. W hat’s more, simulation data has laid a solid foundation for the introduction of new experimental equipment and further development.KEYWORDS：vector control, simulation,mathematical modelsII目录摘要 (I)目录 (i)1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2交流变频调速技术的现状 (1)1.3 仿真工具MATLAB/Simulink简介 (2)1.4 毕业设计的研究内容及章节安排 (3)2 基于动态模型的异步电动机调速系统工作原理 (4)2.1 异步电动机的数学模型 (4)2.2 坐标变换 (7)2.3 异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (11)3 交流异步电动机性能的仿真研究 (13)3.1在交流情况下异步电动机工作仿真 (13)3.2 PWM变频器-电动机系统仿真 (15)PWM (16)4 交流异步电动机矢量控制调速系统仿真 (18)4.1 转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真及分析 (18)4.2 转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真 (24)4.3 两种矢量控制系统的特点与存在的问题 (27)结论 (29)参考文献 (30)致谢 (34)i1 绪论1.1 概述电动机作为在工农业生产过程中主要的动力来源，发挥着日益重要的作用。
运动控制系统-第5章 基于动态模型的异步电动机调速系统
第一类互感
现在先讨论第一类，三相绕组轴线彼此在 空间的相位差是±120°，
1 L AB LBC LCA LBA LCB L AC Lms 2 1 Lab Lbc Lca Lba Lcb Lac Lms 2
（5-7）
第二类互感
定、转子绕组间的互感，由于相互间位置 的变化（见图5-1），可分别表示为
d a u a ia Rr dt d b u b ib R r dt d c u c ic Rr dt
（5-2）
电压方程
u A Rs u 0 B uC 0 ua 0 ub 0 uc 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rs 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 0 0 0 0 Rr 0 0 i A A 0 i B B 0 iC d C 0 ia dt a b 0 ib Rr ic c
异步电动机三相原始模型的非线性 强耦合性质
异步电机三相原始模型中的非线性耦合主要表现 在磁链方程式与转矩方程式）中，既存在定子和 转子间的耦合，也存在三相绕组间的交叉耦合。 三相绕组在空间按120°分布，必然引起三相绕 组间的耦合。而交流异步电机的能量转换及传递 过程，决定了定、转子间的耦合不可避免。由于 定转子间的相对运动，导致其夹角不断变化， 使得互感矩阵和均为非线性变参数矩阵。
三相变量中只有两相为独立变量，完全可以也 应该消去一相。所以，三相绕组可以用相互独 立的对称两相绕组等效代替，等效的原则是产 生的磁动势相等。 所谓独立是指两相绕组间无约束条件，即不存 在约束条件，所谓对称是指两相绕组在空间互 差90°。
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（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感 都是恒定的。
（3）忽略铁心损耗。 （4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电
阻的影响。
6.2 异步电动机的三相数学模型
图6-1 三相异步电动机的物理模型
定子三相绕组轴 线A、B、C在空间 是固定的。 转子绕组轴线a、 b、c随是转子旋 转的。 以A轴为参考坐 标轴，转子a轴和 定子A轴间的电角 度为空间角位移
i
r
ψs A B C T
is iA iB iC T
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第6章
基于动态模型的异 步电动机调速系统
基于动态模型的异步电动机调速
从动态模型出发，分析异步电动机的转矩 和磁链控制规律，研究高性能异步电动机 的调速方案（矢量控制和直接转矩控制是 两种基于动态模型的高性能的交流电动机 调速系统）。
内容提要
异步电动机动态数学模型（6.1、6.2、 6.3、6.4）
自感
➢主磁通：由电机学可知，当对称三相绕组通以三 相对称交流电时，即在气隙内建立以同步转速1旋 转的磁场，该磁场的磁通称为主磁通。
➢主磁通的作用是实现机电能量的转换与传递， 交链于定子和转子绕组。 ➢漏磁通：除此之外，还在绕组端部、定子槽内建 立磁场，这种磁场的磁通只与绕组本身交链，称为 漏磁通。
6.1异步电动机动态数学模型的性质
基本工作原理： 定子绕组通交流电；产生旋转磁场， 切割转子绕组；感应产生电动势，转 子绕组流过电流；转子在安培力矩的 作用下转起来；转子绕组电流产生转 子主磁通，和定子主磁通合成构成气 隙磁通。
6.1异步电动机动态数学模型的性质
异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电 流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频 率两种独立的输入变量。
磁通的建立和转速的变化同时进行，因此输出变 量中，转速和磁通都是输出变量，两者存在严重 交叉耦合，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通 产生感应电动势，含两个变量的乘积，不能对磁 通单独控制，即使不考虑磁路饱和等因素，数学 模型也是非线性的。
6.1异步电动机动态数学模型的性质
异步电动机定子绕组空间对称，转子也 可等效为空间对称，各绕组间存在严重 的交叉耦合。
B
LBA
LBB
LBC
LBa
LBb
LBc
iB
Ca
LCA LaA
LCB LaB
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
b
LbA
LbB
LbC
Lba
Lbb
Lbc
ib
c LcA LcB LcC Lca Lcb Lcc ic
或写成： ψ Li
异步电动机按转子磁链定向的矢量控制 系统（6.5）
异步电动机按定子磁链控制的直接转矩 控制系统（6.6）
直接转矩与矢量控制系统的比较（6.7）
6.1异步电动机动态数学模型的性质
问题1：机电能量是如何转换的？
电磁耦合是机电能量
转换的必要条件。
（适用于直流电机和
F
交流电机）
电流乘磁通产生转矩
自感
对于每一相绕来说，它所交链的磁通是 互感磁通（主磁通）与漏感磁通之和。
➢主磁通对应于定子、转子绕组间的互感Lms； ➢漏磁通对应的电感为定漏感Lls 、转子漏感Llr
定子各相自感
LAA LBB LCC Lms Lls
转子各相自感
Laa Lbb Lcc Lms Llr
互感
绕组之间的互感又分为两类：
①定子三相彼此之间和转子三相彼此之 间位置都是固定的，故互感为常值；
②定子任一相与转子任一相之间的相对 位置是变化的，互感是角位移的函数。
第一类：定子三相间或转子三相间互感
三相绕组轴线彼此在空间的相位差
2
3
在假定磁动势沿气隙按正弦规律分布的条件下:
互感
2
2 1
Lms cos 3 Lms cos( 3 ) 2 Lms
cos(
2
3
)
LAc
LcA
LBa
LaB
LCb
LbC
Lms
cos(
2
3
)
当定、转子两相绕组轴线重合时，两者之
间的互感值最大 Lms
图6-1 三相异步电动机的物理模型
1.磁链方程
A LAA LAB LAC LAa LAb LAc iA
B
LBA
LBB
LBC
LBa
LBb
LBc
iB
Ca
定子三相间或转子三相间互感
LAB
LBC
LCA
LBA
LCB
LAC
1 2
Lms
Lab
Lbc
Lca
Lba
Lcb
Lac
1 2
Lms
第二类：定、转子绕组间的互感
由于相互间位置的变化可分别表示为
LAa LaA LBb LbB LCc LcC Lms cos
LAb
LbA
LBc
LcB
LCa
LaC
Lms
LCA LaA
LCB LaB
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
b
LbA
LbB
LbC
Lba
Lbb
Lbc
ib
c LcA LcB LcC Lca Lcb Lcc ic
磁链方程，用分块矩阵表示
ψs ψr
Lss Lrs
式中
Lsr is
Lrr
每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑 运动系统的机电惯性，转速与转角的积 分关系等，动态模型是一个高阶系统。
6.1异步电动机动态数学模型的性质
异步电动机的动态数学模型： 一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
6.2 异步电动机的三相数学模型
在研究异步电动机数学模型时，以三相机 为例，并常作如下的假设：
转速乘磁通产生感应 电动势
直流电机特点：励磁绕组和电枢绕组相互 独立，忽略电枢反应或通过补偿绕组抵消 电枢反应，励磁和电枢各自产生磁动势空 间相差90度，无交叉耦合，通过励磁电流 控制磁通，保持励磁电流恒定时通过电枢 电流控制电磁转矩。
直流电机动态数学模型：一个输入-电枢电 压，一个输出-转速，可用单输入单输出的 线性系统描述。
变量 。
6.2.1 异步电动机三相动态模型的 数学表达式
异步电动机的动态模型由磁链方程、电压 方程、转矩方程和运动方程组成。
磁链方程
异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自感磁链 和其它绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕 组的磁链可表达为：
A LAA LAB LAC LAa LAb LAc iA