实验五 矢量控制系统仿真
运动控制系统课程设计异步电机矢量控制Matlab仿真实验
目录1 异步电动机矢量控制原理 (2)2 坐标变换 (3)2.1 坐标变换基本思路 (3)2.2 三相——两相坐标系变换（3/2变换） (4)2.3 旋转变换 (5)3 转子磁链计算 (6)4 矢量控制系统设计 (7)4.1 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (7)4.2 MATLAB系统仿真系统设计 (8)4.3 PI调节器设计 (9)5 仿真结果 (10)5.1 电机定子侧的电流仿真结果 (10)5.2 电机输出转矩仿真结果 (11)心得体会 (13)参考文献 (14)异步电机矢量控制Matlab 仿真实验1 异步电动机矢量控制原理矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。
所谓矢量控制，就是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，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。
其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流i A 、i B 、i C ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流i sα和i sβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流i sm 和i st 。
图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型在三相坐标系上的定子交流电流,,A B C i i i ,通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流s i α和s i β再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流sm i 和st i 。
m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，sm i 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，st i 相当于与转矩成正比的电枢电流。
永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真
永磁同步电动机矢量控制调速系统建模与仿真第1章引言随着电动机在社会生产中的广泛应用，电机研究成为必不可少的研究课题。
电动机是生产和生活中最常见的设备之一，电动机一般分为直流电动机和交流电动机两大类。
交流电动机的诞生已经有一百多年的历史。
交流电动机又分为同步电动机和感应(异步)电动机两大类。
直流电动机的转速容易控制和调节，在额定转速以下，保持励磁电流恒定，通过改变电枢电压的方法实现恒转矩调速；在额定转速以上，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。
20世纪80年代以前，在变速传动领域，直流调速一直占据主导电位。
随着交流调速技术的发展使交流电机的应用更加广泛，但是其转矩控制性能却不如直流电机。
因此如何使交流电机的静态控制性能与直流系统相媲美，一直是交流电机的研究方向。
1971年，由F．Blaschke提出的矢量控制理论第一次使交流电机控制理论获得了质的飞跃。
矢量控制采用了矢量变换的方法，通过把交流电机的磁通与转矩的控制解耦使交流电机的控制类似于直流电动机。
矢量控制方法在实现过程中需要复杂的坐标变换，而且对电机的参数依赖性较大。
矢量控制的基本思想是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电动机转矩控制的规律，在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量，并使得两个分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。
这样交流电动机的转矩控制，从原理和特性上就和直流电动机相似了。
永磁同步电机（PMSM）采用高能永磁体为转子，具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点，成为了高精度、微进给伺服系统的最佳执行机构之一。
永磁同步电机构成的永磁交流伺服系统已经向数字化方向发展，因此如何建立有效的仿真模型具有十分重要的意义。
对于在Simulink中进行永磁同步电机（PMSM）建模仿真方法的研究已经受到广泛关注。
第2章 电压空间矢量技术的基本原理PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变频、调压及减少谐波含量的一种控制技术。
矢量控制仿真
交流异步电动机矢量控制调速系统仿真矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量变换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上，并按转子磁场准确定向地控制，电动机才能获得最优的动态性能。
带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的电气原理如图6-20所示。
在图中，主电路采用了电流滞环控制型逆变器。
在控制电路中，在转速环后增加了转矩控制内环，转速调节器ASR 的输出是转矩调节器A TR 的给定*e T ，而转矩的反馈信号e T ，则通过矢量控制方程计算得到。
电路中的磁链调节器A ΨR 用于对电动机定子磁链的控制，并设置了电流变换和磁链观测环节。
ATR 和A ΨR 的输出分别是定子电流的转矩分量*t i 和励磁分量*m i 。
*t i 和*m i 经过2r/3s 变换后得到三相定子电流的给定值*sA i 、*sB i 、*sC i ，并通过电流滞环控制PWM 逆变器控制电动机定子的三相电流。
图6-20 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的电气原理pow erguiA B C图6-21 带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型带磁链和转矩闭环的矢量控制系统仿真模型如图6-21所示，其中直流电源DC 、逆变器inverter 、电动机motor 和电动机测量模块组成了模型的主电路，逆变器的驱动信号由滞环脉冲发生器模块产生。
三个调节器ASR 、A TR 和A ΨR 均是带输出限幅的PI 调节器，如图6-22所示。
转子磁链观测使用二相同步旋转坐标系上的磁链模型，函数模块Fcn 用于计算转矩，dq0-to-abc 模块用于2r/3s 的坐标变换。
图6-22 PI 调节器结构实例4：电动机参数：380V 、50Hz 、2对极，0.435s R =Ω，0.002mH ls L =，0.816r R =Ω，0.002mH lr L =，0.069mH m L =，20.19kg m J =⋅。
永磁同步电机矢量控制系统仿真研究
永磁同步电机矢量控制系统仿真研究摘要：随着电力电子、电机制造技术以及新型材料的飞速发展，交流调速理论以及新型控制理论研究的不断深入，永磁交流调速系统在机电一体化、机器人、柔性制造系统等高科技领域中占据了日益重要的地位。
永磁同步电动机具有能量转换效率高、体积小，运行可靠性高、调速范围广，动、静特性好等优点，这使得永磁同步电动机技术得到了迅速发展。
PWM控制技术从最早追求电压波形正弦，到电流波形正弦，再到磁通正弦，得到了不断创新和完善。
本文是在此基础上，参照了众多学者的研究，对永磁同步电机进行了矢量控制的研究，并通过建立仿真模型，对矢量控制下永磁同步电机进行仿真，并对结果进行分析。
关键词：永磁交流调速，PWM控制技术，永磁同步电动机1 PMSM数学模型介绍精确的电机数学模型是电机控制理论得以研究与实现的基础，因此首先给出三相永磁同步电动机数学模型。
推导前作如下假设：1）定子三相绕组对称，Y型连接；2）反电动势正弦；3）铁磁部分磁路线性，即不计饱和、剩磁、涡流、磁滞损耗等影响；4）转子无阻尼绕组，永磁体没有阻尼作用；PMSM在a-b-c坐标系统中电压方程用矩阵形式表示为：（1）其中定子电枢相电阻；、、定子绕组端电压瞬时值；、、定子绕组相电流瞬时值；、、磁链瞬时值；微分算子，。
PMSM定子绕组电感系数是转子位置角的函数，其电压方程、磁链方程都是含有时变系数的微分方程组，在分析PMSM工作过程时用解析法求解时变系数方程组是比较困难的，需要采取数值法求解，不便于工业控制应用。
因此采用park变换矩阵，将PMSM数学模型变换到固定在其转子上的两相旋转坐标系d-q坐标系中，将上述含时变系数的微分方程组变换为易于求解的常系数微分方程组，这对于分析PMSM动态过程和稳态过程都是十分有意义的。
从而得到建立在dq旋转坐标中和三相静止坐标中电机模型之间具有如下关系：（2）（3）PMSM中定子绕组一般为无中线的Y型连接，固。
控制系统仿真实验报告书
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。
首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。
调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。
永磁同步电机矢量控制仿真实验总结
永磁同步电机矢量控制实验总结矢量控制是交流电机的一种高性能控制技术，最早由德国学者Blaschke 提出。
其基本思想是根据坐标变换理论将交流电机两个在时间相位上正交的交流分量转换为空间上正交的两个直流分量，从而把交流电机定子电流分解成励磁分量和转矩分量两个独立的直流控制量，分别实现对电机磁通和转矩的控制，然后再通过坐标变换将两个独立的直流控制量还原为交流时变量来控制交流电机，大大提高了调速的动态性能。
随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电机（PMSM ）成为近年来发展较快的一种电机。
它具有气隙磁密度高、转矩脉动小、转矩/ 惯量比大的优点，与传统的异步电机相比，节能效果明显、效率高、结构轻型化、维护容易、运行稳定、可靠性高、输出转矩大，得到了越来越广泛的应用和重视，是目前交流伺服系统中的主流电机。
1 永磁同步电机的数学模型永磁同步电机模块可工作于电动机方式或发电机方式，运行方式由电机电磁转矩符号决定（为正则是电动机状态，为负则是发电机状态）。
对永磁同步电机模型作如下假设：不考虑铁心饱和，忽略端部效应；涡流损耗、磁滞损耗忽略不计；定子三相电流产生的空间磁势及永磁转子的磁通分布呈正弦波形状，忽略磁场的高次谐波；不考虑转子磁场的突极效应；永磁材料的电导率为零，永磁体的磁场恒定不变。
运用坐标变换理论，可以得到在同步旋转的两相坐标系下（d-q ）的永磁同步电机的数学模型。
电压方程为：q d d d P Ri u ωψψ-+=d q q q P Ri u ωψψ-+=定子磁链方程为：f d d d i L ψψ+=q q q i L =ψ电磁转矩方程为：)(q d d q p e i i n T ψψ-=式中：d u 、q u 、d i 、q i 、d ψ、q ψ分别为d-q 轴上的定子电压、电流和磁链分量；R 为电机定子绕组电阻；d L 和q L 分别为永磁同步电机d-q 轴上的电感；f ψ为永磁体在定子上产生的耦合磁链；ω 为d-q 坐标系的旋转角频率；e T 为电机电磁转矩；p n 为磁极对数；p 为微分算子。
毕业设计——矢量控制异步电机调速系统仿真研究
矢量控制异步电机调速系统仿真研究摘要20世纪70年代德国专家提出了矢量变换控制的思想，矢量变换控制就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦，使交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制, 从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的全部优点。
本文介绍了异步电动机矢量控制的基本原理及转差频率矢量控制的相关概念，结合实际设计出矢量控制异步电机调速系统的结构图，根据异步电机模型和在调速系统中各子系统的模型，在SIMULINK环境下对该系统进行仿真，并得出仿真结果。
从试验和仿真结果可以看出：该方法简单、控制精度高，用于异步电动机调速系统中具有良好动、静态性能。
利用MATLAB/ SIMULINK模块对交流异步电动机矢量控制系统进行了建模仿真，说明了MATLAB/ SIMULINK 对于复杂的交流调速系统来说是一种很好的仿真工具，并且通过仿真波形的分析也验证了交流异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统具有较好的动、静态性能，完全可以适用于高动态性能的交流调速场合。
关键词：交流调速系统；转差频率；矢量控制；仿真建模Vector control of induction motor based on simulation studiesAbstract20th century 70s German experts put forward the idea of vector transform control. transform vector control use vector transformation to make the exchange of excitation of induction motor stator current components and torque decoupling between components, so that the magnetic AC asynchronous motor Qualcomm and independent control of torque, respectively, so that the exchange of asynchronous motor with variable frequency speed regulation system of the DC drive system all the advantages. This article introduces the asynchronous motor of the basic principles of vector control and slip frequency vector control of the basic concepts, practical design combined with vector control of induction motor based on the structure, according to the model of induction motor speed control system and the various sub- system model, in the SIMULINK environment simulation system and simulation results obtained.The simulation results from the tests can be seen: The method is simple, high precision. The control for induction motor speed control system has good dynamic and static performance.Using MATLAB / SIMULINK module of AC asynchronous motor vector control system modeling and simulation. Illustrate the MATLAB / SIMULINK for the complex AC Drive System is a good simulation tools, and through the simulation waveform analysis to verify AC induction motor according to the rotor flux-oriented vector control system has good dynamic and static performance, It can be applied to the exchange of high-speed dynamic performance occasions.Key words : AC Drive System;Slip frequency; Vector Control; Simulation Modeling目录引言 (1)第1章绪论 (2)1.1交流电机调速技术的发展状况 (2)1.2 现代交流调速系统的类型 (3)l.3 现代交流调速系统的发展趋势和动向 (4)1.3.1 控制理念与控制技术方面的研究与开发 (4)1.3.2 PWM模式改进与优化研究 (4)1.3.3 中压变频装置的研究与开发 (4)第2章矢量控制的基本原理 (6)2.1 异步电动机的数学模型 (6)2.2 矢量控制技术思想 (6)2.3 坐标变换 (7)2.3.1 坐标变换的基本思想和原则 (7)2.3.2 三相-两相变换 (10)2.4 转差频率矢量控制的基本概念 (12)2.5 转差频率矢量控制系统 (13)第3章模型的建立及仿真 (15)3.1 仿真软件简介 (15)3.2 矢量控制调速系统仿真和分析 (15)3.2.1电机仿真模块的建立 (16)3.2.2转速调节器模块 (17)3.2.3函数运算模块 (17)3.2.4 坐标变换模块 (17)第4章仿真结果及结果分析 (19)4.1 仿真模型 (19)4.2 仿真结果及分析 (19)结论与展望 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录 (24)插图清单图1-1 现代交流调速系统组成示意图 ....................................................................... - 3 - 图2-1 二极直流电机的物理模型 ............................................................................... - 8 - 图2-2 等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型 ......................................... - 10 - 图2-3三相、两相静止坐标系与磁通势空间矢量 ................................................. - 11 - 图2-4 转差频率控制的异步电动机矢控制调速系统的结构图 ............................. - 14 - 图3-1转速PI调节器模块 ....................................................................................... - 17 - 图3-2函数运算模块 ................................................................................................. - 17 - 图3-3 坐标变换模块 ................................................................................................. - 18 - 图4-1矢量控制调速系统的仿真模型 ..................................................................... - 19 - 图4-2仿真波形图 ..................................................................................................... - 20 - 图4-3定子磁链轨迹图 ............................................................................................. - 21 -引言交流异步电动机是一个高阶、强耦合、非线性的多变量系统，该系统数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，动态性能不够理想，调节器参数很难准确设计，为了实现高动态性能, 20世纪70年代初德国西门子公司F.Blaschke提出了矢量控制的方法。
实验五 矢量控制系统仿真
矢量控制系统仿真
按矢量控制系统结构建立仿真模型，见图1。
其中，异步电动机仿真模型见异步电动机仿真，SVPWM用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，会产生电流脉动。
转速、转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，两相磁链
rα
ψ和rβ
ψ由电动机模型直接得到，通过直角坐标到极坐标变换（K/P变换）得到转子磁链的幅值和角度，
r
r
jarctg
j
r r r r
j e
β
α
ψ
ψϕ
αβ
ψψψ
=+==
ψ
图2为空载起动和t=3s突加额定负载的定子电流励磁分量
sm
i（上）和转矩分量
st
i（下）仿真结果，图3a是对应的转速ω（上）与转子磁链r
ψ（下）仿真结果，图3b为转速ω
（上）
图1 矢量控制系统仿真模型
与转子磁链r （下）局部放大图。
图2 空载起动和加载的定子电流励磁分量sm i （上）和转矩分量st i （下）仿真结果
ψ（下）仿真结果图3a 空载起动和加载过程ω（上）和r
图3b ω（上）和ψ（下）局部放大。
无速度传感器的矢量控制系统仿真
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：武汉理工大学题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真初始条件：电机参数为：额定电压U=380V、频率50=、定子电阻s R=0.252Ω、f Hz额定功率P=2.2KW、定子自感L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速sn=1420rpm、转子自感r L＝0.0016H、级对数p n＝2、互感m L＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2要求完成的主要任务:（1）设计系统原理图;（2）用MATLAB设计系统仿真模型；（3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较参考文献：[1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械工业出版社，2005:212-215时间安排：2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要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，研究高性能异步电机的调速方案。
矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。
无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。
本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。
关键词：矢量控制、无速度传感器、Matlab目录1矢量控制概述 (1)2无速度传感器矢量控制系统 (1)3无速度传感器矢量控制方法 (2)4无速度传感器矢量控制系统SIMULINK分析 (3)5仿真结果分析 (8)6学习心得 (9)7参考文献 (1)无速度传感器的矢量控制系统仿真1矢量控制概述空间矢量法是一种应用于交流电机变频调速领域的最重要的闭环控制技术之一，并且常用于交流电机动态建模。
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计
永磁同步电机矢量控制系统仿真实验设计
周晓华，蓝会立，王 晨，张 银，杨 叙，廖凤依，吴国强
（广西科技大学 电气与信息工程学院，广西 柳州 545616）
摘 要：利用 Matlab/Simulink 仿真平台建立了永磁同步电机的电流滞环跟踪调制矢量控制系统和 SVPWM 调制
矢量控制系统的仿真模型，给出了相关模型参数。针对永磁同步电机负载起动、参考转速变化、负载转矩变化等
情形，开展了两种永磁同步电机矢量控制系统的仿真实验教学。实验结果与理论推导一致，验证了所建立仿真模
型的正确性。
关键词：永磁同步电机；矢量控制；电流滞环跟踪调制；SVPWM 调制；仿真实验
中图分类号：TM921
文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)01-0126-06
Design on simulation experiment of vector control system for permanent magnet synchronous motor
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子电流分量；ψf 为转子永磁励磁磁链。 定子电压方程为
ud Rsid p d q uq Rsiq p q d
（2）
式中：ud、uq 分别为 d、q 轴定子电压分量；Rs 为定子 电阻；p 为微分算子；ω 为转子角速度。
电磁转矩方程为
Te pn ( d iq qid )
平台，设计了永磁同步电机电流滞环跟踪调制矢量控 制 和 空 间 矢 量 脉 宽 调 制 （ space vector pulse width modulation，SVPWM）矢量控制的仿真实验。通过电 机起动、参考转速及负载转矩变化等动态过程的仿真 实验教学，激发了学生的学习兴趣，加深了学生对永 磁同步电机矢量控制系统的理解和应用，提高了教学 质量。
控制系统仿真实验报告
控制系统仿真实验报告一、实验目的本次控制系统仿真实验的主要目的是通过使用仿真软件对控制系统进行建模、分析和设计，深入理解控制系统的工作原理和性能特点，掌握控制系统的分析和设计方法，提高解决实际控制问题的能力。
二、实验设备与软件1、计算机一台2、 MATLAB 仿真软件三、实验原理控制系统是由控制对象、控制器和反馈环节组成的一个闭环系统。
其工作原理是通过传感器测量控制对象的输出，将其与期望的输出进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号产生控制信号，驱动控制对象，使系统的输出逐渐接近期望的输出。
在仿真实验中，我们使用数学模型来描述控制对象和控制器的动态特性。
常见的数学模型包括传递函数、状态空间方程等。
通过对这些数学模型进行数值求解，可以得到系统的输出响应，从而对系统的性能进行分析和评估。
四、实验内容1、一阶系统的仿真建立一阶系统的数学模型，如一阶惯性环节。
使用 MATLAB 绘制系统的单位阶跃响应曲线，分析系统的响应时间和稳态误差。
2、二阶系统的仿真建立二阶系统的数学模型，如典型的二阶振荡环节。
改变系统的阻尼比和自然频率，观察系统的阶跃响应曲线，分析系统的稳定性、超调量和调节时间。
3、控制器的设计与仿真设计比例控制器（P 控制器）、比例积分控制器（PI 控制器）和比例积分微分控制器（PID 控制器）。
对给定的控制系统，分别使用不同的控制器进行仿真，比较系统的性能指标，如稳态误差、响应速度等。
4、复杂控制系统的仿真建立包含多个环节的复杂控制系统模型，如串级控制系统、前馈控制系统等。
分析系统在不同输入信号下的响应，评估系统的控制效果。
五、实验步骤1、打开 MATLAB 软件，新建脚本文件。
2、根据实验内容，定义系统的数学模型和参数。
3、使用 MATLAB 中的函数，如 step(）函数绘制系统的阶跃响应曲线。
4、对响应曲线进行分析，计算系统的性能指标，如超调量、调节时间、稳态误差等。
5、设计控制器，修改系统模型，重新进行仿真，比较系统性能的改善情况。
交流电机矢量控制系统仿真设计
调节器输出限幅 上限 下限 75 -75 60 -60 13 -13
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ流电机矢量控制系统仿真设计
比较方案： 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统
仿真结果如下
三相电流波形
定子磁链轨迹
转子角计算得到的转差频率给定
三相电流波形按比例放大
交流电机矢量控制系统仿真设计
比较方案： 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统
转速响应
经2r/3s变换的三相给定波形
电动机输出转矩
A相电流波形
交流电机矢量控制系统仿真设计
周思纬
明德笃行,自强日新 再见了，敬爱的重庆理工大学
交流电机矢量控制系统仿真设计
方案一：按转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模
转速调节模块
其中给定环节有定子电流励磁分量im*和转子速度n*。放大器G1、G2和积分 器组成了带限幅的转速调节器 ASR。根据角频率，经过转速调节器得到转矩 * im 电流的给定值
函数运算模块
它是根据定子电流的励磁分量，通过函数f（u）计算得到转差，后经过 和转子频率相加得到定子频率，根据定子频率和矢量转角的关系，对 进行 1 积分，最终得到定子电压矢量转角 。
交流电机矢量控制系统仿真设计
方案一：按转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模
初稿更改图像如下图：
交流电机矢量控制系统仿真设计
方案一：按转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模
函数运算器上的示波器组件也现实理想波形：
交流电机矢量控制系统仿真设计
比较方案： 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统 主电路：
交流电机矢量控制系统仿真设计
方案一：按转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模
按转子磁链定向的矢量控制Matlab仿真实验(运控课设)
摘要
因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一 组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。异步电机的物理模型之所以复杂，关 键在于各个磁通间的耦合。如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单 模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。
2
(2-3) (2-4)
2.3 旋转变换
两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换 (简称 2s/2r 变换 )，两相静止绕组， 通以 两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成 磁动势的旋转角速度 , 则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标
系到两相旋转坐标系的变换 , 称为两相旋转－两相静止变换，简称 2s/2r 变换。其变换关
C2s 2r
C2r1 2s
cos sin sin cos
(2-7)
电压和磁链的旋转变换阵与电流旋转变换阵相同。
3 转子磁链计算
按转子磁链定向的矢量控制系统的关键是 r 的准确定向， 也就是说需要获得转子磁 链矢量的空间位置。根据转子磁链的实际值进行控制的方法，称作直接定向。
转子磁链的直接检测比较困难，现在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利
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武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与
空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或 状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为
iA
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PMSM矢量控制调速系统建模与仿真-毕业论文
---文档均为word文档，下载后可直接编辑使用亦可打印--- 摘要随着科技更加便捷的发展，引进了一些新的更加方便，更加高效，更加准确，更加无损耗的技术，即PMSM矢量控制技术。
第一，PMSM就是加入了新的材料，把之前的电动机做了改动，利用永磁材料替代之前的结构来维持电动机永恒的转动，使定子与转子的速度同步起来，这样的电动机就叫做永磁同步电机。
直流励磁绕组相对于永磁材料来说损耗降低了。
第二，矢量控制理论即就是通过控制电动机工作时的电流，主要是控制其中的磁场电流和转矩电流的角度大小和模值大小，把这种控制定子电流的方式称之为矢量控制。
通过以上两种技术的改革，从而使对电动机的控制更加简洁，方便，高效。
本文的研究思路是先对永磁电动机的基本结构，工作原理，及其应用特点本做了简单的阐述，然后介绍了面装式电动机的矢量控制技术，最后建立永磁电动机的矢量控制调速系统，进行仿真数据，和最后的分析仿真结果。
关键词：PMSM矢量控制技术；永磁材料；矢量控制理论；建立；仿真AbstractWith the development of technology more convenient, the introduction of some new more convenient, more efficient, more accurate, more lossless technology, that is, PMSM vector control technology. First, PMSM is to add a new material, the previous motor to do the change, the use of permanent magnetic material to replace the previous structure to maintain the permanent rotation of the motor, so that the speed of the stator and the rotor together, this motor is called permanent magnet Synchronous motor. The DC field windings are reduced in loss relative to the permanent magnet material. Second, the vector control theory that is by controlling the motor current, mainly to control the magnetic field current and torque current angle size and modulus value, the way to control the stator current is called vector control. Through the reform of the above two technologies, so that the control of the motor more concise, convenient and efficient.This paper first studies the basic structure, working principle and application characteristics of the permanent magnet motor, and then introduces the vector control technology of the surface mount motor. Finally, the vector control speed of the permanent magnet motor is established. System, simulation data, and final analysis of simulation results.Key words: PMSM vector control technology; permanent magnet material; vector control theory; establishment; simulation目录TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc16111 摘要 IAbstract II1 引言 12 永磁同步电机（PMSM）的概述 12.1 永磁同步电机的基本结构 22.2 永磁同步电动机工作原理 32.3 永磁同步电动机的特点 43 面装式三相永磁同步电动机矢量方程 43.1 矢量控制理论 43.2 电压矢量方程 53.3 电磁转矩矢量方程 83.4 面装式三相永磁同步电动机矢量控制及控制系统93.4.1 基于转子磁场的转矩控制93.4.2 坐标变换113.5 FOC控制技术的思路124 PMSM矢量控制系统的建模与仿真134.1 Simulink软件的简介134.2 模型的假设134.3 仿真模型的建立144.4 系统模型的模块144.4 永磁同步电动机的仿真结果 17结论19参考文献20谢辞211 引言随着二十一世纪科技的发展，永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor）的发展被广泛应用，电机研究成为社会使命中重要的研究课题之一[1]。
矢量控制系统仿真课程设计
矢量控制系统的 优点：高精度、 快速响应、宽调 速范围等。
矢量控制系统的 应用领域：电机 驱动、伺服系统、 数控机床等。
磁场定向控制：通过控制电机 的磁场方向，实现转矩和速度 的控制
矢量变换：将三相交流电转换 为直流电，实现电机转矩和速 度的控制
矢量变换控制器：根据电机转 速和电流反馈，计算出电机的
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汇报人：
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矢量控制系统的 定义：通过控制 电机定子电流的 幅值和相位，实 现对电机转矩和 转速的精确控制 的一种控制系统。
矢量控制系统的基 本原理：基于磁场 定向控制，通过坐 标变换将三相电流 转换为两相电流， 实现对电机转矩和 转速的解耦控制。
控制量
逆变器：将直流电转换为三 相交流电，驱动电机运行
矢量控制系统的定义和作用 矢量控制系统的基本组成和工作原理 矢量控制系统的特点和应用领域 矢量控制系统的发展趋势和未来展望
提高系统性能和稳定性 降低研发成本和缩短开发周期 优化系统参数和提高控制精度 预测和解决潜在问题
矢量控制系统仿真的概念和原理介 绍
实验结果：通过仿真实验，验证了无刷直流电机矢量控制系统的可行性和有效性，为实际应用提供了理论依据和实践经验。
实践案例介绍：异步 电机矢量控制系统仿 真的原理、实现方法 和应用场景
案例实践过程：详细介 绍异步电机矢量控制系 统仿真的实验步骤、操 作流程和注意事项
案例实践结果：展示异 步电机矢量控制系统仿 真的实验结果，包括性 能指标、控制效果和优 化方案等
确定仿真目标：明确仿真目的 和期望结果
分析需求：对控制系统进行详 细分析，确定所需数据和参数
转速、磁链闭环控制的矢量控制系统仿真实验总结
转速、磁链闭环控制的矢量控制系统仿真实验总结在波形中可以看到，在矢量控制下，转速上升平稳，加载后略有下降但随即恢复，在0.35s达到给定转速时和0.6s加载时，系统调节器和电流、转矩都有相应的响应。
由于ATR和ApsiR都是带限幅的PI调节器，在起动中两个调节器都处于饱和限幅状态，因此定子电流的转矩和励磁分量都保持不变，定子电流的给定值isA、isB、isc 也不变，所以在起动过程中，定子电流基本保持不变，实现了恒电流起动。
比较图h和图e的磁链轨迹，带磁链调节器后，在起动阶段，磁场的建立过场比较平滑，磁链：呈螺旋形增加，同时电动机转矩也不断上升；而不带磁链调节器时，起动初期磁链轨迹波动较大，也引起了转矩的大幅度波动。
从转矩-转速曲线也可以看到，带磁链调节器的系统起动转矩较大。
由于磁链具有难观测的特点，所以采用MATLAB仿真研究是一个很好且很方便的方法。
但是MATLAB毕竟是软件模拟实现，仅仅从原理上证实了设计的准确性，我们还必须搭建实际系统并进行调试才能最终确定合适的调节器模型参数。
感应电机矢量控制系统的仿真
《运动控制系统》课程设计学院：班级：姓名：学号：日期：成绩：感应电机矢量控制系统的仿真摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。
采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。
仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。
关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真一、异步电机的动态数学模型和坐标变换异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。
电压方程：礠链方程：转矩方程：运动方程：异步电机的数学模型比较复杂，坐标变换的目的就是要简化数学模型。
异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。
（1）三相--两相变换（3/2变换）在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组?、?之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称3/2 变换。
（2）两相—两相旋转变换（2s/2r变换）从两相静止坐标系到两相旋转坐标系M、T 变换称作两相—两相旋转变换，简称2s/2r 变换，其中s 表示静止，r 表示旋转。
图1、异步电动机的坐标变换结构图二、感应电机矢量控制原理感应电机是指定转子之间靠作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。
感应电机是的一种，异步电机主要是指感应电机。
以上所讲，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。
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矢量控制系统仿真
按矢量控制系统结构建立仿真模型，见图1。
其中，异步电动机仿真模型见异步电动机仿真，SVPWM用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，会产生电流脉动。
转速、转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，两相磁链
rα
ψ和rβ
ψ由电动机模型直接得到，通过直角坐标到极坐标变换（K/P变换）得到转子磁链的幅值和角度，
r
r
jarctg
j
r r r r
j e
β
α
ψ
ψϕ
αβ
ψψψ
=+==
ψ
图2为空载起动和t=3s突加额定负载的定子电流励磁分量
sm
i（上）和转矩分量
st
i（下）仿真结果，图3a是对应的转速ω（上）与转子磁链r
ψ（下）仿真结果，图3b为转速ω
（上）
图1 矢量控制系统仿真模型
与转子磁链r （下）局部放大图。
图2 空载起动和加载的定子电流励磁分量sm i （上）和转矩分量st i （下）仿真结果
ψ（下）仿真结果图3a 空载起动和加载过程ω（上）和r
图3b ω（上）和ψ（下）局部放大。