基于MATLABSIMULINK的交流电机调速系统建模仿真
基于MATLAB_Simulink_语言的交流调速系统仿真
基于M A TLAB(Si m u link)语言的交流调速系统仿真ΞΞ华风雷 李志民包头钢铁学院 自动化与计算机工程系,包头014010关键词 系统;仿真;调速中图法分类号 TM921151:T P39119摘 要 介绍了用M A TLAB进行同步电动机调速系统仿真的全过程,并通过引入S函数,有机地将系统连接为一个整体,从而提供了一种解决问题的有效方法1Si m ulation of alternate adjustable speedsystem based on M AT LAB(Si m uli nk)H ua Fenglei L i Zh i m inD epartm ent of A utom ati on and Computer Engineering,U IST Bao tou,Bao tou014010,Ch inaKey words system;si m ulati on;adjustable speedAbstract T he p rocedure of si m ulati on w ith M A TLAB in synch ronous m ach ine adjustable speed system is introduced.S func2 ti on is utilized and integrated w ith the system o rganically,w h ich p rovides an effective m ethod of so lving p roblem. 计算机仿真是一门综合性技术,它应用范围很广,可用于工程系统、社会经济系统、生物系统等多方面1以前国内外,在介绍电力拖动控制系统数字仿真的文献中,大多采用BA S I C语言、FOR TRAN 语言或C语言,并有少部分文献中采用VB语言作为主要的程序设计语言1虽然这种面向对象的W indow s编程方式功能强大,为广大工程技术人员提供了很大便利,但这种从最底层进行编程的方式在效率上来讲是相当低的,大部分时间将花费在没有太大价值的重复性机械劳动上1因此,跟踪国际上最先进的控制系统仿真软件及发展,以当前最流行的M A TLAB语言为基本出发点来进行仿真研究,是很有必要的11 M A TLAB(Si m u link)与S函数〔1〕俗话说:“工欲善其事,必先利其器”1目前在国际、国内非常流行的是M A TLAB(Si m u link),它是M ath W o rk s软件公司为M A TLAB提供新的控制系统模型图形输入与仿真工具而推出的,它有两个显著的功能:Si m u(仿真)与L ink(链接)1M A TLAB 是一个高度的集成系统,集科学计算和图象处理于一身,具有编程效率高,开发周期短,程序运行可靠,实时性强等优点1用户建立起Si m u link系统模型时就会建立一个相应的S函数,它是Si m u link如何运作的核心所在1对于一个较简单的控制系统,可以利用Si m u link工具箱中的模块以结构图的形式进行建模仿真,并可以借助模拟示波器将仿真动态结果加以显示1然而对于一个较复杂的控制系统(如不能直接用传递函数加以描述或利用现有模块时)往往使人感到束手无策,此时应引入S函数1S函数定义了系统模型的动态特性,它有3种表现形式:(1)框图形式;(2)M文件形式;(3)M EX文件1在使用中,这3种方式各有优缺点1框图表示比较直观,容易构造,运行速度比较快;M文件编写灵活,适用面宽,但运行较慢;M EX文件运行速度最快1因此,使1998年第17卷包头钢铁学院学报Journal of Bao tou U niversity of Iron and Steel T echno logy 7 21第4期第280～283页Ξ1998-09-21收到第一作者:男,24岁,研究生用何种方式应视具体情况而定1在解决较复杂问题时,常常需要不同方法交叉使用1通常S函数的调用格式是:sys=m odel(t,x,u,flag),其中,m odel是用户定义的系统;t,x,u分别为当前时刻,状态变量和系统输入;flag返回当前系统信息1flag=0,返回变量和初始条件的维数;flag= 1,返回系统的状态导数;flag=2,返回离散状态x(n+1);flag=3,返回系统的输出向量y;flag= 4,更新下一个离散状态的时间间隔1在运用S函数进行仿真运算时,必须清楚地知道系统不同时刻所需要的信息,而这些信息的获取,可由在S函数中设置flag=0获取1另外,任何一种方式创建的S函数文件,在经过通用S函数模块(S2 functi on)处理后,将转变为用户自创建的Si m u link 模块,利用这种新模块仿真不会降低效率12 M A TLAB仿真指令的操作方式任何在Si m u link视窗中建立的方框图模型都可能在M A TLAB指令窗中被调用、仿真1在M A TLAB内部函数中有6种数值积分算法:lin2 si m,rk23,rk45,adam s,gear,eu ler等1这6种指令调用格式相同,下面以lin si m为例加以说明,其调用格式为:lin si m(‘m odel’,t f,x i,op ti on s,u t,p1,…,p10),这里需要说明的是:(1)除第一、第二输入参数外,其余输入参数均可省略;(2)输入参数m odel是模型的M文件名,在调用格式中必不可少;(3)输入参数t f 为仿真时区;(4)第三个输入参数x i是系统的初始状态;(5)第四个输入参数op ti on s是仿真算法参数设置向量;(6)输入参数u t是仿真系统的外部输入变量;(7)从第六个输入参数起的各参数是传递模型参数用的1用M A TLAB指令操作方式进行仿真,可以重新设置模块的初始值,指定比较复杂的外部输入函数u t,并可以动态地改变模块参数,这为系统仿真带来了极大的灵活性13 自控式同步电动机变频调速系统的仿真〔2,3〕以M A TLAB为工具,研究自控式同步电动机变频调速系统,其原理图如图1所示1图1 自控式同步电动机调速系统原理图F ig.1 Pr i nc iple chart of self-con trolledsynchronous m otor adjust able speed syste m 假设顺时针方向为正方向,则d,q轴和Α,Β轴之间的坐标变换关系如图2所示1图2 旋转变换矢量图F ig.2 Vector chart of rolli ng co mm ut ation 为了在转子转动的同时,改变同步电动机定子三相电流的频率,使得定子磁动势跟随转子同步旋转,进而保证电磁转矩恒定1因此,起动过程中定子电流随转子转动应变为i A=I m co s(Ξt+<)i B=I m co s(Ξt+<+2Π 3)i C=I m co s(Ξt+<-2Π 3),(1)式中,<为定子相电流初相角;Ξ为转子的转速(频率);空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到Α,Β坐标系的变换矩阵为T1;矢量从Α,Β坐标系变换到d, q轴坐标系的变换矩阵为T21 T1=231 -12 -120 32 -32, T2=co sΗ -sinΗsinΗ co sΗ,由此可知,空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到d,q轴坐标系的变换矩阵为T=T2 T1,即182华风雷等:基于M A TLAB(Si m ulink)语言的交流调速系统仿真T =T 2 T 1=23co s Η co s (Η+2Π 3) co s (Η-2Π 3)sin Η sin (Η+2Π 3) sin (Η-2Π 3),(2)式中,Η=Ξt 1按转子磁链定向控制的凸极同步电动机数学模型为:U sd U s q U e00=r 2+pLd-ΞL dpL m d pL m d-ΞL m qΞL dr s +pLqΞL m dΞL m dpL m qpL m d 0r e +pL epL m d 0pL m dpL m dr D +pL D d0pL m q00r D +pL D q i sd i sqi e i D d i Dq1 根据电机学原理,直轴定子磁链为7s d =L d i s d +L m d (i e +i Dd ),式中,L d 为定子绕组d 轴等效电感;L m d 为定转子绕组之间在d 轴的互感1交轴定子磁链为7s q =L q i s q +L m q i Dq ,式中,L q 为定子绕组q 轴等效电感;L m q 为定转子绕组之间在q 轴的互感1在两绕组模型中,转子坐标系的定子电压矢量的两个分量为U sd =r s i sd -Ξ7s q U sq =r s i sq +Ξ7s d,由U s d ,U s q 经矢量变换T-1后,即可求得定子三相电压U A ,U B ,U C 1由电机学原理,转子磁链7e 为7e =L m d i s d +L e i e +L m d i Dd ,因阻尼电流i D d 不可测,故为了简化控制系统,可把定子电流矢量始终控制在T 轴(q 轴)上,即定子电流无M 轴(d 轴)励磁分量,那么上式转子励磁7e 可简化为7e =L e i e -L 2m d sr D +LD d s1转矩T d 为T d =p mL m dL e7e i s q 1同步电动机与外部机械负载的关系用机械方程表达如下T d -T L =Jd Ξd tΞ=d Ηd t ,式中,T L 为机械负载转矩;J 为折合到电机轴上的转动惯量1根据上述理论关系式即可容易地写出相应的S 函数,然后在Si m u link 下进行仿真1图3给出了在Si m u link 下的控制系统仿真框图1图3 自控式同步电动机仿真结构框图F ig .3 Si m ulation con struction of sel -con trolled synchronous m otor 图3中各模块含义说明如下:inp u t ——角速度Ξ给定值;slider ——滑块式比例放大器,可动态改变输入转速的大小;P I ——比例积分环节(K p +K is );——逆变器模块;282包头钢铁学院学报1998年12月 第17卷第4期V d 1,V d 2——矢量回转器;c m o to r ——同步电动机模块;1,2,3,…,9——分别为转矩、转速、电流、电压、磁链输出模块1其各变量波形如图4所示1图4 各变量仿真波形图F ig .4 O sc illogram of every var i able si m ulation (a )转矩波形;(b )转速波形;(c )q 轴定子电流波形;(d )转子磁链波形;(e )A 相电压波形;(f )定子三相电压波形4 结论在Si m u link 中应用S 函数进行电力拖动控制系统的仿真,可充分发挥M A TLAB 编程效率高、可靠性好、实时性强等优点1仿真结果表明:(1)在凸极自控式同步电动机转子磁链定向控制中,由于d 轴定子电流分量为零,d 轴阻尼绕组与励磁绕组是一对简单耦合的线圈,与定子电流无相互作用,实现了定子绕组与d 轴的完全解耦1(2)转矩方程中磁链7e 与电流i s q 解耦,7e 只由i e 产生1在电机运行的整个过程中,保证励磁电流i e =常数,那么电磁转矩将只与定子电流的幅值i sq成正比1(3)M A TLAB (Si m u link )可成功地应用于电力拖动控制系统,从而为电气传动系统提供了一种简便、直观、有效的仿真研究方法1参考文献1 魏克新1M A TLAB 语言与自动控制系统1北京:机械工业出版社,199712 李志民,张遇杰1同步电动机调速系统1北京:机械工业出版社,199613 曹立宇,李发海1自控式同步电动机的数学模型及稳态运行的分析1电工技术学报,1991,(8):1～5382华风雷等:基于M A TLAB (Si m ulink )语言的交流调速系统仿真。
基于MATLAB_Simulink的变频调速系统建模与仿真1
第 5 卷第 4 期
部绍明, 等: 基于 M A T L A B/ Simulink 的变频调速系统建模与仿真
61
子 Rr = 0. 816 , 转子侧电感 L lr = 0. 002 m H , 互 感 L m= 0. 069 m H ; 转动惯量 J = 0. 19 kg m; 逆
变器直流电源为 510 V . 定子绕组自感 L s = Lm + Lls = 0. 069+ 0. 002 = 0. 071 mH ; 转子 绕组自感 Lr = L m+ L lr = 0. 069+ 0. 002= 0. 071 mH ; 漏磁
图 4 滞环脉冲发生 器结构 Fig. 4 T he st ructur e of the hysteresis pulse generato r
转子磁链电流模型使用在两相同步旋转坐标 系上按转子磁链定向的磁链模型, 模型结构如图 5 所示.
图 5 转子磁链电流模型结构 Fig. 5 T he st ructur e of the cur rent model of f lux r oto r
1 调速系统的工作原理
参考相关文献资料[ 7~ 9] , 本变频调速系统( 带 转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制型) 采用如图 1 所示的电气原理图.
式中: i st 为定子转矩分量; r 为转子全磁链; L m 为 互感; np 为电机的极对数; L r 为转子绕组自感.
电路中的磁链调节器 ApsiR 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. AT R 和 ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩 分量 i*st 和励磁分量 i*sm. i*st 和 i*sm经过 2r/ 3s 变换后得 到三相定子电流的给定值 i*sA , i*sB , i*sC , 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.
matlabsimulink在电机中的仿真
模块化设计
集成优化工具
Simulink的模块化设计使得电机的各个部 分可以独立建模，然后通过模块的连接来 构建完整的系统模型，便于管理和修改。
Matlab提供了多种优化工具，可以对电机 控制系统进行优化设计，提高系统的性能 。
Matlab Simulink在电机仿真中的挑战
模型复杂度
电机的数学模型通常比较复杂，涉及大 量的非线性方程，这给模型的建立和仿
电机仿真的基本方法和流程
数学建模
根据电机的物理原理， 建立电机的数学模型， 包括电路方程、磁路 方程和运动方程等。
参数识别
根据实际电机的参数， 对数学模型进行参数 识别和调整，提高仿 真的准确性。
建立仿真模型
在Matlab Simulink 中建立电机的仿真模 型，包括电机本体和 控制系统的模型。
验证设计
通过仿真可以验证电机的设计是否满足要求， 提前发现并修正设计中的问题。
性能预测
仿真可以帮助预测电机的性能，包括转速、 转矩、效率等，为实际应用提供参考。
控制系统设计
通过仿真可以验证控制系统的设计是否正确， 提高控制系统的稳定性和精度。
降低成本
仿真可以减少试验次数，降低试验成本，缩 短研发周期。
04
案例分析
直流电机仿真案例
总结词
通过Simulink对直流电机进行仿真，可以模拟电机的启动、调速和制动等过程，为实际应用提供理论依据。
详细描述
在直流电机仿真案例中，我们使用Simulink的电机模块库来构建电机的数学模型。通过设置电机的参数，如电枢 电阻、电枢电感、励磁电阻和励磁电感等，可以模拟电机的动态行为。通过改变输入电压或电流，可以模拟电机 的启动、调速和制动等过程，并观察电机的响应特性。
第7章基于MATLAB的交流电机仿真全篇
7.1电力系统模块集
Simulink中可以使用电力系统仿真模块集 （SimPowerSystems）。其功能非常强大，可 以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力 传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建 模的方式进行模型绘制，在仿真前将自动将其 变化成状态方程描述的系统形式，然后才能在 Simulink下进行仿真分析。 该模块集下有许多子模块集，双击每一个图标 都将打开下一级子模块集。
选择该菜单项后将得到下图所示的对话框，可以从中 填写相应的数据，控制仿真过程。
1、仿真区间设置。仿真起始、终了时间设置。 2、类型设置。步长选择：定步长、变步长。 3、仿真算法选择。
定步长算法
变步长算法
1、ode45
它是一种一步算法，对大多数仿真模型来说， 首先使用ode45来解算模型是最佳的选择，所 以在SIMULINK的算法选择中将ode45设为默认 的算法。
例1考虑如图所示的感应电机的等效电路，输入的交流 电L1=压L源2=为1.922260mVH，，50RH2=z1，.5其51它Ω，参R数3=值1为.80R31Ω=0，.4L238=Ω31，.2mH。
步骤：
1、将所需的各电路元件复制到模型编辑窗口中。（对 各元件点击左键并按住拖入即可，对重复的元件可在 编辑窗口中按右键拖动）。
>> [a,b,c,d]=power2sys('ch7ex1')%获得系统的状态方程 a= -128.8763 -844.6462 -121.3833 -896.7868 b= 267.3783 251.8325 c= 0 1.8030 d= 0
Magnitude (dB)
>> G=ss(a,b,c,d);bode(G)%绘制系统的Bode图
用MATLAB_SIMULINK进行交流调速系统的仿真_
第13卷第3期湖 北 工 学 院 学 报1998年9月Vo l.13No.3 Journal of H ube i Polytechn ic U n i versity Sep.1998用MATLAB/SI MUL I NK进行交流调速系统的仿真*周荣政(华中理工大学汉口分校)摘 要 给出了在M A T LA B语言的动动态仿真集成环境S I M U L I N K下进行交流调速系统仿真的方法,并以SPW M变频调速为例,介绍了S I M U L I N K仿真结构图和电机的S函数仿真模型,给出了仿真结果.关键词 M A T LA B/S I M U L I N K,交流电机,调速,仿真中图法分类号 T M921.2 T P391.9M AT LA B是一种科学计算软件,主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷、运算效率高,尤其M A T LA B的开放性,是最重要、最受人们欢迎的.除内部函数外,所有M A T LA B主包文件和各工具包文件都可读可改,用户可通过对源文件的修改或加入自己的程序文件去构成新的工具包.近年来M A T LAB已成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具.M AT LA B有许多工具箱(T oo l b ox),这些工具箱大致可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.前者主要用来扩充M A T LAB的符号计算功能、图视建模功能和文字处理功能以及与硬件实时交互功能;后者是专业性较强的,如控制工具箱(Co ntro l T oo lbox)、神经网络工具箱(N eu ra lN etw o rk T oo l b o x)、信号处理工具箱(S igna l P ro cessing T o o lbox)等.在M AT-LA B中,S I M U L I N K是一个比较特别的工具箱,它是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它进一步扩展了M A T LA B的功能,并可实现多工作环境间文件互用和数据交换,如与C、FO RT RAN等[1].S I M U L I NK运作的核心是S函数,当建立一个S I M U L I NK模型后,在M AT LA B中也同时建立了一个函数,这个函数定义了系统的动力学特征,格式如下SYS=M odel(t,x,u,flag)其中M ode l是模型名称,而flag用来控制函数返回的变量SYS的信息.例如flag=1,将返回系统在t时刻及给定的x,u下全部状态变量的导数.S函数可以是M A T LA B语言编写成的M文件,也可以是用C或FO RT RAN子程序经编译形成的M EX文件.1 异步电动机的数学模型异步电动机在d-q坐标系下的电压、磁链方程为:收稿日期 1998-05-22周荣政 男 1965年生 硕士 武汉 华中理工大学汉口分校自动控制工程系 430012 *晨光计划资助课题(9501048-10)u d s=P J d s-k1J qs+r s i ds,(1)u qs=k1J d s+P J qs+r s i q s,(2)u d r=P J d r-k s J qr+r r i d r,(3)u qr=k s J dr+P J qr+r r i qr,(4)J d s=L s i d s+L m i d r,(5)J qs=L s i qs+L m i qr,(6)J d r=L m i d s+L r i d r,(7)J qr=L m i qs+L r i qr,(8)其中:u d s、u qs、u d r、u qr分别为定子d-q电压和转子d-q电压;J d s、J qs、J dr、J qr分别为定子d-q磁链和转子d-q磁链;i ds、i qs、i dr、i qr分别为定子d-q电流和转子d-q电流;k1、k s分别为同步角速度和转差角速度;L s,L r,L m分别为定子、转子的自感和它们之间的互感.电动机的电磁转矩T e=(3/4)P L'm(i qs i d r-i qr i d s),(9)式中P为电动机极数.电机转矩平衡方程式为d k r d t =(T e-D k r-T L)J,(10)其中:k r为转子角速度;J为电机的转动惯量;D为与转速成正比的摩擦及风阻阻力矩系数;T L 为负载阻力矩.对于笼型交流异步电动机u d r=0,u qr=0.选取定子d-q电流、转子d-q电流和转子角速度为状态变量x=[i d s i qs i d r i qr k r]T,以电机d-q电压作输入,u=[u ds u q s]T,由方程(1)～(10)可以列出电机的状态方程d xd t=f(x)+g(x)u.(11)其中:f(x)=-L r r sK Li d s+(k1L r L s-k s L2m)i qs+L m r rK Li dr+k r L r L mK Li q r-(k1L r L s-k s L2m)i ds-L r r sK Li qs-k r L r LmK Li d r+L m r rK Li q rL m r sK Li d s-k r L s L mK Li qs-L s r rK Li d r-(k1L2m-k s L s L r)i q rk r L s L mK Li d s+L m r sK Li qs+(k1L2m-k s L s L r)i dr-L s r rK Li q r1J(34P L m(i qs i d r-i qr i d s)-D k r-T L);(12)g(x)=L r/K L0-L m/K L000L r/K L0-L m/K L0T.(13)三相A、B、C到二相d-q坐标系的变换为C3/2=23co sθcos(θ-120°)co s(θ+120°)-si nθ-sin(θ-120°)-sin(θ+120°);(14)二相d-q坐标系到三相A、B、C的变换为74湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 C 2/3=23co s θco s(θ-120°)co s(θ+120°)-sin θ-si n (θ-120°)-sin(θ+120°)T.(15)2 交流电机的S I M U L I N K 仿真结构图和S 函数以SPWM 变频调速为例[2],用S I M U L I NK 进行仿真时,其结构图如图1所示.图中电机模型是根据式(12)～(15)用M A T LA B 编写的S 函数.电机的动态电流i a s 、i b s 、i cs 的转速W r 、转矩T e 可由示波器窗口动态观察,也可存储在工作区内,仿真完毕在M A T LAB 命令窗用绘图命令得到更满意的图形;W AV ES 模块产生的频率可调的三相正弦波(基波)和三角波(载波);P W M 模块模拟逆变器将正弦波与三角波比较产生SPWM 信号驱动大功率开关器件,从而得到电机三个相电压,其结构图如图2所示,V bus 是逆变器直流回路的BU S 电压.值得一提的是S I M V L I NK 仿真结构图(图1)中任一点信号都能接上动态示波器进行观察.tr i -e 电机换型eeW W bs bscscsi i i i i asasi e T e T T -L8eW2pi e f 50eW re mf (u )f 50000GN D P WM w av es m ag1t200busV C l ock图1SPWM 变频调速S I M UL I NK 仿真结构图异步电机的S 函数模型(M 文件)为:function [sy s ,x 0]=i m -sfun(t ,x ,u ,flag )%感应电机模型(S 函数)%输入——电压V a ,V b,V c %输出——电流、速度、转矩%状态——dq 电流、速度%模型输入定义:%u (1)=V a ,u (2)=V b,u(3)=V c ,u (4)=the ta1%u (5)=W 1,u (6)=T -L i m -da t1;if flag ==0sy s =[505600];%连续状态数5,离散状态数0,输出数5%输入数6x 0=[2.0712 7.1935 -2.0835 -1.1962 300]';%初始状态e lseif flag ==1W e =u (5);W r =x (5);the ta =u (4);i m -m a t 1;T e =0.75*po le *Lm*(x (2)*x (3)-x (1)*x (4));sy s (5)=(T e -u (6)-x (5)*d f )/J ;U dq =C 3-2*u(1:3);sy s (1:4)=A *x (1:4)+B *U dq ;e lse if flag==3W e =u(5);W r=x (5);theta =u (4);i m -m a t1;sy s (1:3)=C 2-3*x (1:2);sy s(4)=x (5);sy s(5)=0.75*po le *Lm*(x (2)*75 第13卷第3期 周荣政等 用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真x (3)-x (1)*x (4));e lsesy s =[];end16图2PWM 模型S I M U LINK 仿真结构图123out-3out-2funout-1fun1fun2M axM axs w itchs w itch1s w itch2i n-5i n-4i n-3i n-2in-1i n-6Re l ay2Re l ay1s umRe l ays u m 1s u m 2-++--+5432f (u )f (u )f (u )3 电机参数和变换矩阵3.1 参数M 文件(i m -da t 1.m )%异步电机参数d f =0.001;%阻尼因子J=0.089;%转动惯量(K g .m ^2)po le =4;%定子极数N 1=1800;%速度(rpm )f1=N 1/60*po le /2;%频率W 1=2*pi *f 1;%角速度Rs =0.435;%定子电阻R r =0.816;%转子电阻X ls =0.754;%定子漏抗X lr=0.754;%转子漏抗Xm=26.13;%励磁电抗L ls =X ls /W 1;%定子漏感L lr =X lr /W 1;%转子漏感Lm=Xm /W 1;%励磁电感L s =L ls +Lm;%定子电感L r =L lr +Lm;%转子电感X s =L s *W 1;%定子电抗X r =L r *W 1;%转子电抗X lsr =W 1*(L ls +L lr);%Lm m=Lm*Lm;%K l =(Ls *L r -Lm m );%%end 3.2 矩阵M 文件(i m -m at1.m )%电机状态方程A,B ,C ,D 矩阵%A 矩阵A (1,1)=-L r *R s /K l ;A (1,2)=W e +W r *Lmm /K l;A (1,3)=Lm *R r /K l ;A (1,4)=W r *L r *Lm /K l ;A (2,1)=-(W e +W r *Lmm /K l);A (2,2)=-L r *R s /K l ;A (2,3)=-W r *L r *Lm /K l ;A (2,4)=Lm*R r /K l ;A (3,1)=Lm*R s /K l;A (3,2)=-W r *Ls *Lm /K l ;A (3,3)=-L s *R r /K l ;A (3,4)=W e-W r *L s *L r /K l ;76湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 A (4,1)=W r *L s *Lm /K l ;A (4,2)=Lm *R s /K l ;A (4,3)=-(W e-W r *L s *L r /K l);A (4,4)=-L s *R r /K l ;%B 矩阵B (1,1)=L r /K l ;B(1,2)=0;B(2,1)=0;B (2,2)=L r /K l ;B(3,1)=-Lm /K l ;B(3,2)=0;B (4,1)=0;B (4,2)=-Lm /K l ;%C 矩阵C=eye(4);%D 矩阵D=ze ro s(4,2);%3/2变换阵C 3-2(1,1)=co s (the ta );C 3-2(1,2)=co s(the ta-2*pi/3);C 3-2(1,3)=co s(the ta +2*pi/3);C 3-2(2,1)=-sin(theta);C 3-2(2,2)=-sin (theta -2*p i /3);C 3-2(2,3)=-sin (theta +2*p i /3);C 3-2=0.81649658092773*C 3-2;%2/3变换阵C 2-3=C 3-2';%end4 电流和转矩波形电机的电流、转矩、转速以及SPWM 逆变器的开关信号等波形都可通过动态示波器进行连续观察,图3为动态示波器显示的电流、转矩进入稳态时的波形.图3 动态示波器观察的电机电流、转矩波形5 结束语用S I M U L I N K 进行交流调速系统的仿真关键是建立电机模型,由于电机的状态方程含有非线性,不能套用S I M U L I N K 的线性状态方程模型,故用S 函数来构造成为必然.实验证明,用S I M U L I N K 进行交流调速系统的动态仿真,具有方便、直观、灵活、精确的优点,是比较理想的仿真方法.77 第13卷第3期 周荣政等 用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真78湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 参 考 文 献1 张志涌,刘瑞,杨祖樱.掌握和精通M A T LA B.北京:北京航空航天大学出版社,19972 冯垛生,曾岳南.无速度传感器矢量控制原理与实践.北京:机械工业出版社,1997ACM otor Speed Variab le Con trol Syste mSi m ulation U singM ATLAB/SI MUL I NKZhou Rong zhe ngAbstract A si m u lation m e tho d u sing M A TLA B/S I M U L I N K is pro v ided to dea l w ith A C m o to r speed va riab le con tro l sy ste m.A n ex a m p le o f sinuso idal PWM inver ter is p resented to describe m ode ling and si m u la tion fo r A C m o to r as w e ll as S I M U L I NK si m u lation d ia-g ra m s.T he re su lts show s tha tA C m o to r sy ste m si m u lation using S I M U L I N K is si m p le,d i-rect and conv en ien t.K eywor ds M A T LA B/S I M U L I NK,A C m o to r,speed va riab le,si m u lation(责任编辑 张培练) (上接第67页)U s i ng Cen tre of Speed to Get the Angle Acce lerationof S m ooth PoleYang Wend iAbstract A ne w w ay to ge t the ang le acce le ra tion o f the s m oo th po le is p resented.T h is ne w w ay is m o re d irect,si m p ler,m o re co ven ient,qu icker and w ith h i g her deg ree o f prec ision co m pa red w ith the conv en tiona lw ay s.K eywor ds M ec h an ism o f s m oo th po le,the cen tre o f speed,ang le acce lera tion(责任编辑 张岩芳) 。
基于MATLAB_SIMULINK交流电机调速系统的建模与仿真
第21卷 第3期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2002年 6月 Vol.21, No.3 Journal of Liaoning Technical University (Natural Science) Jun., 2002收稿日期：2001-06-03 作者简介：张庆新(1970-)，男，河北省保定人，讲师，博士生。
本文编辑：杨瑞华文章编号：1008-0562(2002)03-0323-03基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ交流电机调速系统的建模与仿真 张庆新１ ， 刘光德２ ， 王 颖１ （1 沈阳航空工业学院, 辽宁 沈阳 110034; 2 沈阳工业大学, 辽宁 沈阳 110023）摘 要：利用MATLAB/SIMULINK 构造交流电机调速系统仿真模型，仿真系统采用易扩展的模块化设计，并增设观察器、观察参数变化对系统的影响，该方法模型简单，可在线改变所有参数，并能方便地验证各种调速方案，据此选出高效的高速设计方案。
关键词：交流电机；调速系统；仿真 中图号：TM 32 文献标识码：A０ 引 言 计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段，特别是在采用电力半导体器件对电机进行分析研究中，计算机仿真技术显示出它的巨大优越性，MATLAB/SIMULINK 环境是一种优秀的系统仿真工具软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性，本文利用MATLAB/SIMULINK 构造了一个交流电机调速系统，并给出了仿真结果。
１ 交流调速系统仿真模型 对如图1所示的交流调速系统，由于有大电容滤波，整流侧一般认为输出理想的直流电压，即在建立数学模型时，可以将图1所示的结构图等效为图2所示的结构形式，如果再对大功率开关器件(如IGBT)进行抽象，把上下两个桥臂的开关器件等效为如图3所示的电路图，即当 G ≤０时Ｃ＝Ｅ２； 当Ｇ＞０时Ｃ＝Ｅ１。
这样，对整个系统进行数学建模时只需考虑异步电机模型及ＰＷＭ控制技术在MATLAB/SIMULINK 中的实现即可。
基于MATLABSIMULINK交流变频调速系统的仿真研究
在本研究中，我们提出了一种基于MATLAB SIMULINK平台的交流电机调速系统 建模与仿真方法。该方法主要基于矢量控制原理，通过控制电机的定子电流和 转子磁场夹角来实现电机的速度控制和转矩控制。具体来说，我们首先根据交 流电机的物理模型，建立其数学模型。然后，使用MATLAB SIMULINK软件进行 仿真实验，并通过对仿真结果的分析和优化，最终实现了一个高性能的交流电 机调速系统。
总之，基于MATLABSimulink的变频调速系统建模与仿真是一种非常有效的研 究方法，对于深入理解变频调速技术、优化系统设计和提升系统性能具有重要 意义。随着科学技术的发展，相信未来变频调速技术将在更多领域得到应用和 发展。
随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流调速系统已经成为工业领域中 非常重要的组成部分。其中，双闭环SPWM变频调速系统因其具有优良的调速性 能和节能效果而得到了广泛的应用。本次演示旨在通过MATLABSimulink软件 对双闭环SPWM变频调速系统进行仿真研究，以期为相关领域的研究和应用提供 有益的参考。
总之，通过对变频调速系统的建模与仿真，我们可以更加深入地理解其工作原 理和性能表现。利用MATLABSimulink强大的仿真功能，我们可以方便地研究 各部分模型对系统性能的影响，并优化整体系统设计。这种方法为变频调速系 统的研究、设计和应用提供了有力的支持，有助于推动电力电子技术的发展和 工业控制领域的进步。
在仿真过程中，我们可以通过调整给定信号、系统参数和负载等条件，对双闭 环SPWM变频调速系统的稳态性能和动态性能进行全面的分析。其中，稳态性能 主要包括调速范围、静差率、调节精度等指标，而动态性能则包括响应时间、 超调量、振荡次数等指标。通过仿真结果，我们可以清楚地了解系统的性能表 现，并为实际应用提供有力的依据。
采用MATLAB-Simulink对永磁同步电机进行模型仿真和调速研究
采用MATLAB/Simulink对永磁同步电机进行模型仿
真和调速研究
1.引言
随着高性能永磁材料、大规模集成电路和电力电子技术的发展，永磁同步电机因为其功率密度高，体积小，功率因数和高效率而得到发展，且引起了国内外研究学者的关注。
传统的控制方式由于引入了位置传感器而给当前的调速系统带来了一系列的问题：占据了比较大的有效空间，使系统编程复杂。
因此无位置传感器控制系统的研究变得越发的重要。
2.PMSM的坐标系和数学模型
永磁同步电机在定子三相（ABC）静止坐标系下的电压方程：
式中，三相绕组的相电压瞬时值分别为A u 、B u 、C u ; A i 、B i 、C i 是相电流的瞬时值；s R 是永磁同步电机定子的每相绕组电阻； A ψ、B ψ、C ψ是永磁体的磁链在各相绕组的投影。
在d-q旋转坐标系下的电磁转矩方程为：
3.SIMULINK仿真。
基于Simulink的交流变频调速系统建模与仿真
最大转矩 系数 KT
2. 0
4. 1. 3 试验结果
调速手柄从零档起 , 在 2 s时切换到最高档 4 档 . 测得的转速传感器输出转速 — 时间曲线见图 7.
TN = 9 550 R1 =
PN nN
0. 95U 1N SN 3 I1N
KT - 3;
2
X =
Ux p 2 2 ( - R1 ) - R1 210 KT TN
2 异步电动机仿真模型
由于异步电动机转子电压为 0, 将式 ( 3 ) 化解 , 可得
pi i 1 - Lm pia 2 ) /L s α1 = ( u α1 - R 1 α pi i 1 - Lm pi β1 = ( u β1 - R 1 β β2 ) /L s ( 8) ( 9) ( 11 )
0
Lm p - ωLm
0
R2 + L r p - ωL r
ωLm
Lm p
ωL r
R2 + L r p
( 3)
利用二相旋转变换的反变换式 , 可得 id 1 = α i 1 co sθ + β i 1 sin θ
iq1 = - α i 1 sin θ + β i 1 co sθ id 2 = α i 2 co sθ + β i 2 sin θ iq2 = - α i 2 sin θ + β i 2 co sθ ( 4)
作者简介 : 林 立 ( 1983 2) ,男 ,上海人 ,硕士研究生 ,研究方向为机电系统控制 , ( E 2 mail) zerrolee@163. com 梁 岗 ( 1969 2) ,男 ,河南开封人 ,副教授 ,博士 ,研究方向为计算力学 , ( E 2 mail) gangliang@ cen. shm tu. edu. cn
基于MATLABSIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真
毕业设计题目名称基于MATLAB/SIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真系别电气信息工程系专业/班级电气工程及其自动化07102班学生学号指导教师（职称）摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。
永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。
本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。
仿真结果证明了该系统模型的有效性。
关键词：Matlab/Simulink;永磁同步电机;电压空间矢量脉宽调制;仿真AbstractIn today’s AC s ervo system, the vector control theory and SVPWM technique make the AC motor can achieve the performance as good as DC motor when designing the AC servo system. PMSM is a nonlinear system with significant coupling. This novel method for modeling and simulink of PMSM system in Matlab is proposed. In Matlab /Simulink, the isolated blocks, such as PMSM block, coordinate transformation from d/q to a/b/c block, etc, have been modeled. The reasonability and validity have been testified by the simulate result.Key words:Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1选题背景及意义...................................................... - 1 - 1.2本课题的研究现状及前景.............................................. - 1 -1.2.1相关发展....................................................... - 2 -1.2.2永磁同步电动机的运行控制方法................................... - 3 -1.2.3永磁同步电动机在现代工业中的应用............................... - 4 -1.2.4 永磁同步电动机的应用前景..................................... - 6 - 第2章永磁同步电动机系统原理.......................................... - 8 - 2.1 永磁同步电动机的基本组成............................................ - 8 -2.1.1 电动机........................................................ - 8 -2.1.2 转子位置传感器................................................ - 9 -2.1.3 逆变器........................................................ - 9 - 2.2永磁同步电动机的工作原理........................................... - 10 -2.2.1电枢反应...................................................... - 11 - 2.3 永磁同步电动机的数学模型........................................... - 14 - 第3章正弦波永磁同步电动机的调速系统.................................. - 18 -3.1正弦波永磁同步电动机的调速原理..................................... - 18 - 3.2正弦波永磁同步电动机调速系统....................................... - 20 -3.2.1主回路的组成和控制............................................ - 20 -3.2.2控制回路及系统工作原理........................................ - 23 - 第4章正弦波永磁同步电动机调速系统的建模与仿真........................ - 24 - 参考文献............................................................... - 30 - 结束语................................................................. - 31 - 致谢................................................................. - 32 -第1章绪论1.1选题背景及意义众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。
基于matlab simulink的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真
………………………. …………. …………………山东农业大学 毕 业 论 文 基于Matlab/Simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二0**年六月一日装订线……………….……. …………. …………. ………目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.1.1 研究目的 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 研究的背景 (1)1.3 国内外研究现状 (1)1.4 研究方法 (2)2 异步电动机的调速系统 (2)2.1 异步电动机调速系统的分类 (2)2.2 异步电机调速原理简介 (3)2.2.1 变极电动机 (3)2.2.2 变频调速 (3)2.2.3 转子串电阻调速 (3)2.2.4 调压调速 (3)2.3 各种异步电机调速的特点 (3)2.3.1 变极调速方法 (3)2.3.2 变频调速方法 (3)2.3.3 转子串电阻调速方法 (4)2.3.4 调压调速的方法 (4)3 异步电机调压调速模型设计 (4)3.1 异步电机调压调速的原理 (4)3.2 速度负反馈的交流调压调速系统 (5)3.3 调压调速系统的组成部分 (6)3.3.1 三相交流调压器 (6)3.3.2 同步脉冲触发器 (7)3.3.3 反馈环节 (7)4 三相交流调压调速系统的matlab仿真 (9)4.1 matlab简介 (9)4.2 Simulink库介绍 (9)4.3系统建模与仿真 (11)4.3.1 三相电源的建模及参数设置 (11)4.3.2 同步流脉冲触发器的建模与参数的设置 (12)4.3.3 三相交流调压电路的建模与参数设置及仿真 (13)4.3.4 电机模块的建模与参数设置 (14)4.3.5 转速反馈环节及给定环节的建模及参数设置 (15)4.4 带转速负反馈的三相交流调压调速系统的连接图 (15)4.5 仿真结果与分析 (15)5 结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)附录 (23)ContentsAbstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。
基于MATLAB逆变器-交流电动机变频调速系统的仿真汇编
基于MATLAB环境下逆变器-交流电机变频调速系统的仿真摘要本文以交流电动机变频调速系统为研究对象，以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink仿真模块，分析了变频器的工作原理，并在此基础上进行了多种逆变电路的仿真设计。
文章首先对MATLAB/Simulink模块中电力电子仿真所需要的电力系统模块集做了简要的说明，介绍了变频器中实现变频的主要环节——逆变器的工作原理，并且分析了目前几种最常见的逆变器（单向全桥逆变器、三相桥式逆变器和SPWM控制的单相逆变器）的工作原理，在此基础上运用MATLAB软件分别对这几种电路的仿真进行了设计；并进一步设计出了交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电动机变频调速系统的仿真。
关键词：Simulink，电压型逆变电路，变频调速，仿真设计目录第一节绪论————————————————————————4 一交流调速技术发展概况——————————————————-4 二全数字控制技术—————————————————————-6 三系统仿真————————————————————————-7 四论文的意义及任务————————————————————-8第二节电力电子器件仿真模型及逆变电路仿真设计———————8 一绝缘栅双极性晶体管的仿真模型及参数设定—————————-8 二逆变电路仿真设计————————————————————-11第三节基于MATLAB的变频调速系统的仿真设计————————16 一变频器的基本概念————————————————————16 二交一直一交变频电路的仿真设计——————————————18 第四节小结——————————————————————-20第一节绪论一交流调速技术发展概况直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。
由于直流传动具有较好的调速性能，而交流传动调速性能难以满足生产要求，因此，在20世纪大部分年代里，直流传动在调速领域中一直占据主导地位。
基于MATLABSIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真
基于MATLAB/SIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真摘要：根据直接转矩控制原理，利用MATLAB/SIMULINK软件构造一个交流电机调速系统。
该系统能够很好地模拟真实系统，实现高效的调速系统设计。
仿真结果证明了该方法的有效性。
关键词：交流电机，直接转矩控制，仿真，MATLAB/SIMULINKl 引言计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段。
特别是在采用电力半导体器件对电机进行交流调速的分析研究中，计算机仿真技术将显示出它的巨大优越性。
MATLAB／SIMULINK 环境是一种优秀的系统仿真工具软件，使用它可以大大提高系统仿真和CAD的效率和可靠性。
目前，关于用MATLABf3IMULINK构造电机模型的文章有过报道，本文利用MATLAB／SIMULINK 构造的是一个交流电机调速系统，并给出仿真结果。
2 SIMULINK环境下电机模型的实现2.1 数学模型交流电机在两相静止坐标系下的数学模型为(1)写成状态方程形式为(2)式中，分别为两相静止坐标系下定子、转子电压和电流；分别为电机的定子、转子自感和互感；分别为电机的定子、转子电阻；为电机的转速。
2.2 SIMULINK模型式(2)中的A阵可分解为式中：对应于图1中的。
在每次积分计算时，先算出BU和AX,这样State—Space模块就可以对电流状态方程进行积分求解了。
同时也解决了非定常微分方程的求解问题。
含Demux模块的部分是对磁链的计算。
Fcn，Gain模块完成式(4)的计算用SIMULINK 构造电机模型如图l所示。
3 调速系统和仿真结果电机模型实现后就可以构造调速系统了。
在本文中，采用直接转矩控制方法。
调速系统框图构造如图2所示。
图中PID 块为转速调节器，为定子磁链，绐定=1.2Wb。
PWM块为PWM逆变器，其输人为电压开关信号，输出为三相电压。
DSRCONTROL块为用MATLAB语言编程实现的直接转矩控制程序。
MATLAB与交直流调速系统仿真
在未来，我们可以进一步研究和改进交直流调速系统的控制策略和效率。
Hale Waihona Puke MATLAB与交直流调速系 统仿真
MATLAB与交直流调速系统仿真的背景
交直流调速系统的原理
1 交流调速系统
采用变频器或触发控制器对交流电机的电源 频率进行调整来改变其转速。
2 直流调速系统
使用变阻器或变压器来调节直流电机的电流， 从而改变其转速。
MATLAB在交直流调速系统中的应用
1 数学建模
性能评估
分析不同控制算法的性能表现，找到最佳控制策略。
系统优化
通过仿真结果来改进交直流调速系统的响应速度和 稳定性。
问题与挑战
1 模型准确性
建立准确的数学模型是交直流调速系统仿真 的挑战之一。
2 控制算法设计
选择和设计适合交直流调速系统的高性能控 制算法也面临着一些困难。
总结与展望
总结成果
通过MATLAB仿真，我们可以更深入地了解交直流调速系统，并优化其性能。
使用MATLAB建立交直流调速系统的数学模型，包括电流、转速和扭矩方程。
2 控制算法开发
使用MATLAB进行控制算法设计和调试，以实现高效的调速性能。
仿真实例展示
系统性能
通过MATLAB仿真，评估交直流调速系统的转速响应 和动态性能。
电流响应
分析在不同负载和输入电压条件下，电机的电流响 应。
结果分析与讨论
基于MATLAB的交流电动机调速系统仿真
基于MATLAB的交流电动机调速系统仿真基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真1绪论1.1课题研究背景及目的1.1.1研究背景直流变频系统的主要优点是变频范围广、静差率大、稳定性不好以及具备较好的动态性能。
在相当短时期内，高性能的变频系统几乎都就是直流变频系统。
尽管如此，直流变频系统却无能为力直流电动机本身的高速运行和在严酷环境下的不能适应环境问题，同时生产大容量、高转速及低电压直流电动机也十分困难，这就管制了直流拖曳系统的进一步发展。
交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。
20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。
目前，交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。
与直流变频系统较之，交流变频系统具备以下特点：（1）容量大；（2）输出功率低且耐热高压；（3）交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、经济可信、惯性大；（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；（5）高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标；（6）交流调速系统能显著的节能；从各方面看看，交流变频系统最终将替代直流变频系统。
1.1.1研究目的本课题主要运用matlab-simulink软件中的交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，由仿真结果图直接认识交流系统的机械特性。
本文重点对三相交流调压调速系统进行仿真研究，认识pid调节器参数的改变对系统性能的影响，认识该系统动态及静态性能的优劣及适用环境。
1.2文献综述第1页基于matlab-simulink的交流电动机变频系统仿真在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。
基于MATLABSimulink交流电机变频调速系统仿真(正文)
摘要 (I)ABSTRACT (II)绪论 (1)1交流调速技术发展概况 (2)1.1电力电子器件 (2)1.2变流技术 (3)1.3变频调速的控制方式 (3)1.4MATLAB/Simulink仿真介绍 (4)2逆变电路的建模与仿真 (5)2.1绝缘栅双极型晶体管 (5)2.2逆变电路的设计 ........................................................... 错误！未定义书签。
2.2.1三相桥式逆变电路的基本原理 (6)2.2.2正弦脉冲宽度调制（SPWM）基本原理 (6)2.2.3三相SPWM逆变器的建模与仿真 (7)3变频器的设计仿真 (10)3.1变频器的基本概念 (10)3.2交-直-交变频电路的建模与仿真 (11)4矢量控制调速系统建模与仿真 (14)4.1 建立异步电机模型 (14)4.1.1 坐标变换 (14)4.1.2 建立dq坐标系下电机模型 (15)4.2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制 (17)4.2.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 (17)4.2.2 异步电动机模型仿真验证 (19)4.2.3 按转子磁链定向矢量控制的基本思想和特点 (20)4.3 按转子磁链定向矢量控制的方式 (22)4.3.1 电路闭环控制方式 (22)4.3.2 转矩控制方式 (22)4.4 矢量控制调速系统仿真 (23)4.4.1 仿真调试与参数设定 (24)4.4.2 仿真结果与分析 (25)致谢 (28)参考文献.................................................................................... 错误！未定义书签。
异步电动机采用变频调速技术，具有调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损失的优点，因此，变频调速是一种性能优良的高效调速方式。
基于MATLABSIMULINK的交流电机调速系统建模仿真
控制系统仿真姓名：__________________________班级：_______________________学号：____________________成绩：_________________________________ 2012年11月02日第三章直接转矩控制系统设计3.1直接转矩控制系统的组成：直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。
直接转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。
(1)磁链、转矩观测器：由电流、电压的采样值经过3/2变化按照电机数学模型计算出异步电机的定子磁链和转矩；(2)磁链调节器:为了控制定子磁链在给定值的附近变化，直接转矩控制系统采用两点式控制，输出磁链控制信号；(3)转矩调节器:利用转速调节器输出的给定转矩，也是采用两点式滞环控制，输出转矩控制信号，直接控制电机的转矩；(4)开关状态选择单元：根据定子磁链和转矩的控制信号以及定子磁链位置，输出合适的开关状态S abc来控制逆变器驱动电机稳定运行。
直接转矩控制系统是建立在静止定子坐标系下的，首先异步电机定子相电压、相电流的采样值经3/2坐标变换，得到：• 一一：坐标下的分量，再按照异步电机的定子磁链和转矩模型计算出实际转矩T e和定子磁链’ s的两个分量's，这样就可以计算出定子磁链幅值s i和磁链位置户n|。
将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器，转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩T；。
将给定转矩T；和*1*T送入转矩调节器，得到转矩控制信号F t,磁链调节器根据给定子磁链幅值p s|和转子磁链幅值卜s |的差值输出磁链控制信号F o最后开关状态选择单元根据磁链控制信号F、转矩控制信号F t和磁链位置户n I,查逆变器开关状态表，输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。
基于matlab simulink的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真
………………………. …………. …………………山东农业大学 毕 业 论 文 基于Matlab/Simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二0**年六月一日装订线……………….……. …………. …………. ………目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.1.1 研究目的 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 研究的背景 (1)1.3 国内外研究现状 (1)1.4 研究方法 (2)2 异步电动机的调速系统 (2)2.1 异步电动机调速系统的分类 (2)2.2 异步电机调速原理简介 (3)2.2.1 变极电动机 (3)2.2.2 变频调速 (3)2.2.3 转子串电阻调速 (3)2.2.4 调压调速 (3)2.3 各种异步电机调速的特点 (3)2.3.1 变极调速方法 (3)2.3.2 变频调速方法 (3)2.3.3 转子串电阻调速方法 (4)2.3.4 调压调速的方法 (4)3 异步电机调压调速模型设计 (4)3.1 异步电机调压调速的原理 (4)3.2 速度负反馈的交流调压调速系统 (5)3.3 调压调速系统的组成部分 (6)3.3.1 三相交流调压器 (6)3.3.2 同步脉冲触发器 (7)3.3.3 反馈环节 (7)4 三相交流调压调速系统的matlab仿真 (9)4.1 matlab简介 (9)4.2 Simulink库介绍 (9)4.3系统建模与仿真 (11)4.3.1 三相电源的建模及参数设置 (11)4.3.2 同步流脉冲触发器的建模与参数的设置 (12)4.3.3 三相交流调压电路的建模与参数设置及仿真 (13)4.3.4 电机模块的建模与参数设置 (14)4.3.5 转速反馈环节及给定环节的建模及参数设置 (15)4.4 带转速负反馈的三相交流调压调速系统的连接图 (15)4.5 仿真结果与分析 (15)5 结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)附录 (23)ContentsAbstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。
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控制系统仿真
姓名：__________________________
班级：_______________________
学号：____________________
成绩：_________________________________ 2012年11月02日
第三章直接转矩控制系统设计
3.1直接转矩控制系统的组成：
直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定
子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。
直接转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。
(1)磁链、转矩观测器：由电流、电压的采样值经过3/2变化按照电机数学模型计算出异步电机的定子磁链和转矩；
(2)磁链调节器:为了控制定子磁链在给定值的附近变化，直接转矩控制系统采用两
点式控制，输出磁链控制信号；
(3)转矩调节器:利用转速调节器输出的给定转矩，也是采用两点式滞环控制，输出
转矩控制信号，直接控制电机的转矩；
(4)开关状态选择单元：根据定子磁链和转矩的控制信号以及定子磁链位置，输出合适的开关状态S abc来控制逆变器驱动电机稳定运行。
直接转矩控制系统是建立在静止定子坐标系下的，首先异步电机定子相电压、相电
流的采样值经3/2坐标变换，得到：• 一一：坐标下的分量，再按照异步电机的定子磁链和转矩模型
计算出实际转矩T e和定子磁链’ s的两个分量's，这样就可以计算出定子磁链幅值s i和磁链位置户
n|。
将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器，转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩T；。
将给定转矩T；和
*1*
T送入转矩调节器，得到转矩控制信号F t,磁链调节器根据给定子磁链幅值p s|和转子磁链幅值卜s |的差值输出磁链控制信号F o最后开关状态选择单元根据磁链控制信号F、转矩控制信号F t和磁链位置户n I,查逆变器开关状态表，输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。
3.2磁链调节
磁链的调节通过磁链滞环比较器实现。
滞环比较器如图3-2所示。
磁链误差为'■ s =[ s| -「s|，将误差进行滞环比较，当误差超过允许值就进行电压切换，使误差控制在滞环宽度内。
调制规则为：
当s-「时，F =1，此时选择电压矢量使「s|增加;当丄'■ s乞一「时
=0，此时选择择电压矢量使得「s|减小;当卜's|Jt时，F-：不变，此时电压矢量不变。
图3-2磁链位置检测单元：
L
1
•
—人屮占屮
__ *
右0 一T e - T e - T时，则F t保持不变。
'■ s顺时针旋转时：
* 若T e - T e 乞-T 时，则F T =_ 1 ；
*
若T e-T e-0时，则F T =0；
*
若-厶T -T e -T e - 0时，则F T保持不变
图3-3转矩滞环调节器第四章异步电动机直接转矩
控制系统的仿真4.1直接转矩控制系统仿真模型
由第二章知两相静止坐标系下的异步电机的电压
方程
R^L s P 0 L m P 0 0 企5 0 L m P
L m P « L m 企+ L s P «L m
L m L m P -心+L
(4-1)
磁链方程:
r«
L P
「L s
|Lm
】0
L s
L m
L m0］〔i/
0 L m
L r0
0 L r
i r a
usa I
U e R
s r=
u ro(
1
i s B
i r«
4.2电压和电流的坐标变换模块 电压的三相坐标/两相坐标的变换关系如式(4-3 )所示:
1 1 U ds '
2 1
2 I I = /—I 一U qs \
3 、丿3
10 ---
1
2
电压2/3的变换关系：
-
1 0
2
1
J3 U ds
—I — — I
3
2 2
IL U
qs
i J 3 -2 _
2
U a
、3 *
-
u
(4-3)
U a
U
b 二
_Uc
图4-2电压坐标3/2变换仿真模块
4.3磁链、转矩控制模型
磁链控制采用两点式调节、转矩控制采用三点式调节
图4-5转矩控制器
图4-4磁链控制器
SF
4.4磁链幅值计算与区域判定模型
Amp
图4-6磁链幅值，磁链当前扇区判断模型
磁链幅值计算采用matlab函数，其表达式为Sqrt(u⑴A2+u(2) A2)。
磁链当前所在扇区判定选用simulink的s 一Funetion来实现。
4.3异步电动机直接转矩控制系统的仿真参数与结果
仿真电机参数如下：额定功率为2.354KW，额定电压为380V，额定转速为1500r/min; 转动惯量为0.09kg mZ,极对数为2,定子电阻为0.54。
，转子电阻为0.79。
，定子电感为2.smH,转子电感为2.smH,定转子互感为66.24mH,频率为工频50赫兹，取摩擦系数为0。
系统给定值如下:给定磁链为0.5,给定转矩为30N-M，负载转矩为0N*M，给定直流电压为308V ;给定磁链容差为0.01Wb，给定转矩容差为0.1N*M。
图4-8直接转矩控制系统的磁链轨迹
图转矩响应波形
图4-10直接转矩控制系统的三相定子电流波形
图4-11直接转矩控制系统的定子电压波形
图4-12电动机相电压波形
通过图可以看出，采用直接转矩控制时，电机运行平稳，输出转矩脉动小，电机启动快，系统的转矩响应都比较快。
同时转矩的脉动从波形上看频率很高，对转矩变化跟
随比较好。
说明直接转矩控制系统的动态和稳态时的性能优良。
[1]薛定宇.丨’..—MATLAB语言[M]北底灣车灰逐马旗靶.
1998
[2]吴安顺.. _ [M] •比匸诃眾」〔八1999
[3]胡崇岳一 .| ' - . [M] 「X：工濾丄亡宦存汁一2000
[4]张少军，：. _ ' [M] . :D：打」「去社2003
⑸林伟 .. 1[J] : 2001 34(12A)
134-138
[6]肖倩华，:. 1I [J] 『违脅动2001⑷ 7-9
第五章总结与展望
直接转矩控制系统是通过直接控制逆变器的开关状态进而控制电动机的电压状态，
从而控制电动机的磁链和转矩，使磁链轨迹近似为圆形。
直接转矩控制系统的结构简单，性能良好，应用范围较大，具有很大的实用价值。
将现代控制理论应用于直接转矩控制技术的研究，无疑是这种新技术的发展趋势，也是当今值得深入研究的课题。
在做设计的时候我对异步电机数学模型做了一个简单的了解，了解了定子转子的磁
链的模型，查阅了大量的资料了解了直接转矩控制系统在运动控制中的优点与缺点。
我利用Matlab软件对直接转矩控制系统进行仿真，验证了直接转矩控制理论的正确性。