异步电动机矢量控制系统的仿真

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异步电动机矢量控制系统的设计与仿真.doc

异步电动机矢量控制系统的设计与仿真.异步电动机矢量控制系统的设计与仿真在矢量控制技术出现之前，现代交流调速系统采用了恒压频比控制策略。

这种控制策略的缺点是，当电机低速旋转或在加减速、负载加减等动态条件下，系统性能显著降低，导致交流调速系统在低速、启动时转矩的动态响应和整个系统的稳定性方面不如DC调速系统，无法满足人们对高精度的要求。

后来，交流异步电动机控制开始从标量控制向矢量控制迈进。

以下是矢量控制理论的简要介绍。

矢量控制发展的基础和核心理论支撑是电机的一些概念，如坐标转换原理、机电能量转换理论等。

这种控制的基本思想和方法是将异步电机模拟成DC电机来控制。

只要建立等效于三相交流绕组组的两相绕组，就可以建立等效于异步电机的DC电机模型，并增加相应的比例积分调节环节，从而可以按照DC 电机的控制策略来控制异步电机。

因此，矢量控制可以实现对电机电磁转矩的动态实时控制，从而优化和提高调速性能。

根据这一思想，我在本项目中成功地进行了MATLAB仿真。

关键词:交流电机；矢量控制调速系统；矢量控制系统的设计与仿真交流调速系统的仿真采用常V/f比控制方法，通常称为标量控制。

采用这种方法的系统在电机低速运行时或在加速、减速、增加负载、减少负载等情况下会出现重大缺陷。

采用矢量控制的交流电机可以达到与恒流电机相同的控制性能，从此交流异步电机控制从标量控制向矢量控制迈进了一大步。

以下是矢量控制理论的简要介绍。

矢量控制发展的基础和核心理论支撑是电机的一些概念，如坐标转换原理、机电能量转换理论等。

这种控制的基本思想和方法是将异步电机模拟成DC电机来控制。

因此，矢量控制可以实现对电机电磁转矩的动态实时控制，从而优化和提高调速性能。

根据这一思想，我在本项目中成功地进行了MATLAB仿真。

异步电动机矢量控制系统仿真研究

摘要：以异步电机矢量控制原理为基础，通过坐标变换和转子磁链位置计算，利用Ｍｔｂｉｕｎ构建一种异步电动机矢量控ａａ／ｍｌｋｌＳｉ制系统的模型。通过仿真不仅验证了模型的正确性，而且还为实际调速系统控制算法实现提供可靠的分析依据。关键词：矢量控制；异步电动机；Ｍｔｂｉｕｎａａ矩
分别独立控制，从而使交流电动
收稿日期：２１一ｌ～００１１２
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图１异步电动机矢量控制系统结构图
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Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｃｏｄｎｏｔｅｂａｉｒｎｉｌｓｏｎｕｔｎｍｏｏｅｔｒｃｎｒｌａｓｍｕａｉｎｍｏｅｆｓｅｄｏｈｎｎｒｔｒｕｅｎｃｒｉｇｔｈｓｃｐｉｃｐｅｆｉｄｃｉｔｒｖｅｏｏｔｏ，ｉｌｔｄｌｏｐｅｆｔｅｉｅｏｑａｄｏｏ
１言引
直流电动机调速系统具有优良的静、动态调
机具有了直流电动机的全部点。由于直轴和转子磁场重合，因此也称转子磁场定向控制。
速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励
直流电动机电磁转矩能够容易而灵活地进行控制 ” 。。在１７年德国学者提出的矢量变换控制方９１法中，正交旋转坐标系的直轴励磁轴（与转子磁场重合，交Ｍ）轴为转矩轴（）Ｔ，转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩的方程得

异步电机SVPWM矢量控制系统仿真

第27卷第1期2010年1月机电工程Journal of Mechanical &Electrical EngineeringVol .27No .1Jan .2010收稿日期:2009-07-08作者简介:余秋实(1985-),男,湖北荆州人,主要从事电机控制方面的研究.E 2mail:yuqiushi_cq@异步电机SVP W M 矢量控制系统仿真余秋实,王秋晓(重庆大学机械工程学院,重庆400044)摘　要:为了研究异步电机矢量控制系统在不同负载下的动态特性,在利用Matlab /Si m ulink 构建二相静止α2β坐标下异步电机数学模型的基础上,建立了基于电压空间矢量脉宽调制(S VP WM )的异步电机矢量控制模型,并对电机的启动性能以及负载为阶跃、斜坡和正弦输入的情况进行了仿真分析。

仿真结果表明所构建的系统模型动态过程符合实际调速系统运动过程。

关键词:Matlab /Si m ulink;异步电机;空间矢量脉宽调制;矢量控制中图分类号:T M921.51 文献标识码:A 文章编号:1001-4551(2010)01-0076-04S im ul a ti on of the SVP W M vector con trol syste m for a synchronous m otorY U Q iu 2shi,WANG Q iu 2xiao(College of M echanical Engineering,Chongqing U niversity,Chongqing 400044,China )Abstract:A i m ing at studying dynam ic characteristics of vect or contr ol system for asynchr onous mot or on different l oad on this ba 2sis,a mathematical model of asynchr onous mot or in static α2βcoordinate was established by the M atlab /Si m ulink,a si m ulati on model of asynchr onous mot or vect or contr ol syste m based on s pace vect or pulse width modulati on (S VP WM )was established .Then s ome situati ons such as starting perfor mance and input l oad for step,ra mp and sine wave were si m ulated and analyzed .The si m ulati on results p r ove that the above model πs dyna m ic p r ocess accords with p ractical s peed regulating p r ocess .Key words:Matlab /Si m ulink;asynchr onous mot or;s pace vect or pulse width modulati on (S VP WM );vect or contr ol0　引　言交流电动机是多变量、非线性、强耦合的被控对象,20世纪70年代德国学者B laschke 等人提出了矢量控制理论,使得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,从而使交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制,这样交流异步电动机变频调速系统就具有了直流调速系统的全部优点。

异步电机矢量控制系统的设计及仿真研究

矢量控制运用的仿真框图如图１所示。它是整个系统中的一部分，以子系统的形式给出，由坐标变换、电流调节器
在定子电流的两个分量之间实现了解耦，ｉ唯一决定磁链ｉ则只影响转矩，与直流电机中的励磁电流和电枢电流
相对应，这样就大大简化了多变量强耦合的交流变频调速系
ｒｂｓｅｓｈｐｅｅｕａｏｎｅｃｒｅｔｅｌｔｒｏａｉｏａｅｔｒｃｎｒｌｕｅＰｏｔｏｌｒａｄｔｅｓｅｄｏｕｔｓ．Ｔｅｓｅｄｒｇｌｔｒａｄｔｕｒｎｇａｏｆｔｄｔｎｌｖｃｏｏｔｓ１ｎｒｌ，ｎｈｐｅｎｈｒｕｒｉｏｃｅｒｓｏｓｓｏｅｖｒｈｏｎｔｅｃｎｒｌｐｏｅｓｎｏｄｒｔｏｖｈｓｒｂｅ，ｗｅｐｏｏｅｅｉｎｍｅｈｄｏｅｐｎｅｆｎｏｅｓｏｔｉｈｏｔｒｃｓ．Ｉｒｅｏｓｌｅｔｅｅｐｏｌｍｓｔｏｒｐｓｄａｄｓｇｔｏｆｓｅｄｃｎｒｌｒｉｈｎｕｔｎｍｏｏｅｔｒｃｎｒｌｏｅｐｒｏｅｏｕｐｅｓｎｐｅｅｐｎｅｏｅｓｏｔｎｉ— ｐｅｏｔｌｎｔｅｉｄｃｉｔｒｖｃｏｏｔｏｒｔｕｐｓｆｓｐｒｓｉｇｓｅｄｒｓｏｓｖｒｈｏｎｏｅｏｆｈｉｄｃｉｎｍｏｏｅｔｒｃｎｒｌａｄｅｈｎｉｇｉｕｔｔｒｖｃｏｏｔｏｎｎａｃｎｍｍｕｉ．Ｔｅｉｄｃｉｎｍｏｏｓｄｆｌｒｎｅｅｔｒｃｎｒｌｔ — ｏｎｔｙｈｎｕｔｔｒｕｅｅｄｏｅｔｄｖｃｏｏｔｏａｏｉｉｏ

基于Matlab_Simulink的异步电机矢量控制系统仿真

L ss Ls = － Ms － Ms L rr Lr = － Mr － Mr
－ Ms L ss － Ms － Mr L rr － Mr
－ Ms － Ms L ss － Mr － Mr L rr
R1 和 R2 分别为定、转子每相绕组的电阻。磁链方程：用 ψ s 和 ψ r 分别表示定子磁链和转子磁链的 i s 和 i r 分别表示定子电流和转子电流的列矩阵，列矩阵，则磁链方程可写为：
* 电流的给定信号 ism 和电枢电流的给定信号 * ist * ， i* i* 经过 Park 变换得到 i A 、与交流异步 B 、 C ， * *
{
U B = r2 i B + p ψ B
（ 1）
式中
iB 、 i C 通过电流滞环调节电机的反馈电流信号 i A 、 uB ， uC ，器后得到了交流异步电机的输入电压 u A ，监测三相异步电动机的转速，即可输出交流异步电机调速所需的三项变频电流。根据模块化建模的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子其中主要包括：交流异步电机本体模块、矢模块，量控制模块、帕克变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块。通过这些功能模块的有机整合，
Simulation of Asynchronous Motor Vector Control System based on Matlab / Simulink
Jia Rui， Kang Jinping
（ North China Electric Power University， Beijing 102206 ， China） Abstract： In this paper， the mathematical model of the asynchronous motor was analyzed based on ABC coordinate system． A common and simple dynamic simulation model of asynchronous motor was given using Matlab / Simulink， and the model was applied to asynchronous motor vector control system． Based upon rotor flux orientation， the simulation model of the asynchronous motor vector control system was constructed． When using this model ， one only needed to transfer it to the workspace and input proper motor parameters， it is demonstrated that the model has quick rewith flexible， convenient ， intuitive and a series of advantages． Through the simulation of the asynchronous mosponse， tor vector control system， it is verified that this model was correct and effective． Key words： ABC coordinate system； asynchronous motor； vector control ； Matlab ； simulation

异步电动机矢量控制系统的仿真

异步电动机矢量控制系统仿真1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真1.1 异步电动机矢量控制原理异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得应用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。

本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。

图1矢量变换控制系统仿真原理图如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。

（1）（2）（3）（4）（5）上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率；是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。

图4所示控制系统中给定转速与实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。

、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，与ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。

和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，与定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。

1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。

图2 电流控制变频模型图整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和显示模块。

异步电动机矢量控制系统的仿真

摘要：据异步电动机矢量控制的基本原理，于ＭＡＴＡＢＳＭＵＬＮＫ构造异步电动机及其按转子磁场定根基Ｌ／ＩＩ
向的矢量控制系统的仿真模型，并通过仿真实验验证了模型的正确性。该模型可通用于笼型异步电机，用时只使
维普资讯
《气开关｝２０．．）电（０６Ｎｏ１
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文章编号：０４２９２０）１０１－０１０－８Ｘ（０６０－０１３

异步电动机矢量控制系统的仿真
胡君臣
（宁科技学院自动控制系，宁本溪１７２）辽辽１０２
提高系统仿真的效率和可靠性。
在分析异步电动机矢量控制方法的基础上，用使
流异步电动机的数学模型是一个高阶、线性、耦合非强
的多变量系统，用经典的交流电机理论和传统的控采
ＭＡＬＢ的ＳＭＵＩＫ建立异步电动机矢量控制ＴＡＩＬＮ变频调速系统的仿真模型，用仿真模型，行控制系利进
实现。
量控制系统的仿真模型，可以有效地节省控制系统的设计时间，及时验证施加于系统的控制算法，观察系统的控制输出，同时可以充分利用计算机仿真的优越性，人为地加入不同的扰动和参数变化，以便考察系统在
不同工况下的动静态特性ＭＡＴＡＢ提供的动态系Ｌ
ｉｓｄｉｅｓｓｅｗｉｈｅｅｅｃｒｍｅｏｉｎａｅｎｒｔｒｍａｎｔｃｆｅｄｉｅｔｂｉｈｄｔｒｖｙｔｍｔｔｅｒｆｒｎｅｆａｒｔｔｄｏｏｏｇｅｉｉｌｓｓａｌｅ．Ｔｈｉｌｔｎｒｏ — ｈｅｓｅｓｍｕａｉｄｏｏｅｈｗｓｔｅｖｌｉｙｏｈｃｅｆｄｓｇｎｈｄｌｃｎｂｏｖｎｅｔｓｄｂｎｕｉｇｐｏｅｔｒｌｓｏｈａｉｔｆｔｅｓｈｍｅｏｅｉｎａｄｔｅｍｏｅａｅｃｎｅｉｎｌｕｅｙｉｐｔｎｒｐｒｍｏｏｄｙ

异步电机矢量控制Matlab仿真实验(矢量控制部分).

学号：课程设计题目异步电机矢量控制Matlab仿真实验（矢量控制部分）学院专业班级姓名指导教师2015 年 1 月7 日目录1 设计任务及要求 (1)2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统基本原理 (1)2.1异步电动机矢量控制的基本思想 (1)2.2异步电动机矢量控制系统具体分析 (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 (4)2.3 静止两相——旋转正交变换 (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 异步电动机矢量控制MA TLAB系统仿真系统设计 (8)4.3 PI调节器设计 (10)5 仿真结果 (11)5.1 电机定子侧的电流仿真结果 (11)5.2 电机输出转矩仿真结果 (12)5.3 电机的转子速度及转子磁链仿真结果 (12)心得体会 (14)参考文献 (15)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。

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。

矢量控制系统是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。

本文研究了按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制的设计方法。

并用MATLAB进行仿真。

关键词：异步电动机矢量控制电流闭环 MATLAB仿真异步电机矢量控制Matlab 仿真实验（矢量控制部分）1 设计任务及要求异步电动机额定数据：三相20050 2.21430r/min,14.6,0.877, 1.47s r V Hz kW N m R R ∙=Ω=Ω，，， 2015.0,2,8.160,,142.165m kg J n mH L L L mH L p m s r s ∙=====采用二相静止坐标系（α-β）下异步电机数学模型，利用MATLAB/SIMULINK 完成异步电机的矢量控制系统仿真实验。

基于simulink异步电动机矢量控制系统的仿真

基于simulink异步电动机矢量控制系统的仿真由于交流异步电动机属于一个高阶、非线性、多变量、强耦合系统。

数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，达不到理想性能。

为了实现高动态性能，提出了矢量控制的方法。

所谓矢量控制就是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组等效的直流电机模型，以便按照对直流电机的控制方法对异步电动机进行控制。

因此，它可以实现对电机电磁转矩的动态控制，优化调速系统的性能。

Matlab是一种面向工程计算的高级语言，其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的效率和可靠性。

本文在此基础上构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统，包含了给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节，并给出了仿真结果。

1．异步电动机的动态数学模型异步电动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。

在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设：1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布。

2）忽略励磁饱和，认为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的影响。

无论电动机转子是绕线形还是笼形，都将它等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。

这样，电机绕组就等效成图1所示的三相异步电动机的物理模型。

图中，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，以A轴为参考坐标轴；转子绕组轴线a、b、c随转子旋转，转子a轴和定子A轴间的电角度为空间角位移变量。

规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。

这时，异步电动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。

异步电机矢量控制系统仿真与应用

调试都具有足够辨识精度，高动静态性能和高控制效果。关键词：矢量控制；无位置传感器控制；模型参考自适应系统；ＭｔｂＳｕｎａａ／ｉｌｋｌｍｉ
中图分类号：Ｔ３３Ｐ７．Ｍ４；Ｔ２３＋２文献标志码：Ａ文章编号：１０ —８８２１）４０３．４０１６４（００ｏ．ｏ００
ｓｈｅｗｅｔｂＳｍｕｉｋｓｍｕａｉｎａｄｔｅｅｐｒｍｅｔｔｎｏｈｅｓｒｅｓａｙｃｒｎｕｔｒｕｓｂｔｅｎＭａｌ／ｉｌｉｌｔｎｈｘｅａｎｏｉｎａｉｆｔｅｓｎｏｌｓｓｎｈｏｏｓｍｏｏｏ
微电机
异步电机矢量控制系统仿真与应用
林贞发，游林儒，庄桂玉，李敏，胡庆华
（华南理工大学自动化科学与工程学院，广州５ｏ４）１６ｏ
摘要：无速度传感器感应电机具有价格低和高可靠性等优点，为取代速度传感器，提出了一种基于
ＴＳ２Ｌ９１ＳＭ３０Ｆ８２ＤＰ的无位置传感器异步电机矢量控制系统。文章主要介绍了矢量控制的基本方程，并．根据这些方程建立模型参考自适应系统（ＲＳ来估计转子磁链，最后通过ＭｆｂＳｕｉＭＡ）ａａ／ｉｌｋ仿真与基ｌｍｎ于ＤＰ的无速度传感器异步电动机矢量控制实验进行对比分析，验证了该仿真和实际电机控制系统的Ｓ
ｐｅｉｏｒｃｓｎ，ｅｃｌｔｄｎｍｉ，ｓａｉｅｏｎｅｎｉｈｃｎｒｌｅｆｃ．ｉｘｅｌｙａｃｔｔｐｆｍａｅｓａｄｈｇｏｔｏｆｔｅｃｅＫｅｏｄ：ＶｃｏｏｔｌＰｓｔｎｓｎｏｓｏｔｌＭＲＡＳ；ＭａｌｂＳｍｕｉｋｙＷｒｓｅｔｒｃｎｏ；ｏｉｏｅｓｒｌｓｃｎｒ；ｒｉｅｏｔ／ｉｌａｎ

基于SVPWM的异步电动机矢量控制系统仿真

本文在分析交流异步电机数学模型的基础上，助于Ｍａｌ借ｔｂ强大的仿真建模能力，用Ｓｍｕｉｋ中ａ利ｉｌｎ内含的功能元件，出了一种基于ＳＷＭ的建立异步电机矢量控制系统仿真模型的新方法口，方法提ＶＰ］该
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本文在ＭａｌｂＳｍｕｉｋ中进行仿真，ｔ／ｉｌａｎ控制系统
仿真模型如图６所示，主要包括电动机模块、坐标变
和电流控制器）以及一些输入模块、ＶＰＳＷＭ、计算模
磁链方程为：
ＬＡＬ＾ＬＢｃＬ船ＬＬｍＬＬ＆Ｌ西Ｌ＆
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基于ＳＷＭ的异步电动机矢量控制系统仿真ＶＰ
段峻
（西工业职业技术学院电气工程学院，西咸阳７２０）陕陕１００
摘要：分析了交流异步电机数学模型的基础上，出了交流异步电机控制系统仿真建模的在提新方法，立了基于ｓＷＭ的异步电机矢量控制系统模型，在ＭａｌｂＳｍｕｉｋ中进行建ＶＰ并ｔ／ｉｌａｎ

基于Matlab异步电动机矢量控制系统的仿真

基于Matlab转差频率控制的矢量控制系统的仿真概述：常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。

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。

其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U ／f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。

采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。

Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。

在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。

矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量交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。

转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具有良好的控制性能、因此，早起的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。

基于此，本文在Mtalab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。

1转差频率矢量控制系统由于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。

转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁通检测和繁琐的坐标变换，只要在保证转子磁链大小不变的前提下，通过检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两相同步旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型运算就可以实现间接的磁场定向控制。

基于Matlab交流异步电机矢量控制系统的仿真建模

内容摘要
希望本次演示的内容能为广大读者提供有益的参考和启示，也期待着未来研究的新成果和新方向。
谢谢观看
未来研究方向
未来研究方向
交流异步电机矢量控制技术已经在许多领域得到了广泛应用，但仍然存在许多有待研究和改进的地方。例如，如何进一步提高控制系统的响应速度和稳态精度，如何解决矢量控制中的参数摄动和非线性问题，以及如何实现更为复杂的多电机协调控制等问题，都是今后需要深入研究的方向。随着、物联网等新技术的不断发展，也为交流异步电机矢量控制系统的研究与应用提供了新的机遇与挑战。
参考内容
交流电机矢量控制系统建模与仿真
交流电机矢量控制系统建模与仿真
随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流电机矢量控制系统在工业应用中越来越受到。本次演示将介绍基于MatlabSimulink的交流电机矢量控制系统建模与仿真的方法和步骤。
一、交流电机矢量控制系统建模
一、交流电机矢量控制系统建模
基于Matlab交流异步电机矢量控制系统的仿真建模
01 引言
03 仿真建模
目录
02 原理分析 04 实验验证
05 结论
07 参考内容
目录
06 未来研究断发展，交流异步电机矢量控制技术在许多领域得到了广泛应用。这种控制技术通过将交流电机的定子电流分解为直轴和交轴两个分量，分别进行控制，从而实现类似直流电机的控制效果。Matlab作为一种强大的仿真和计算工具，为交流异步电机矢量控制系统的研究和设计提供了便捷的平台。本次演示将介绍如何使用Matlab对交流异步电机矢量控制系统进行仿真建模，并通过实验验证其有效性。
三、结论与展望
三、结论与展望
本次演示介绍了基于MatlabSimulink的交流电机矢量控制系统建模与仿真的方法和步骤。首先，了解了交流电机的基本结构和工作原理；其次，建立了电压、电流、转矩和位置等变量的模型，并借助MatlabSimulink搭建了系统模型；最后，进行了系统仿真和数据分析。通过对比实测数据和仿真结果，验证了模型的准确性，并得出了系统性能的结论。

毕业论文2矢量控制的异步电动机调速系统仿真设计

3. 总体模块设计3.1矢量控制结构框图按照上述数学模型建立的矢量控制结构框图如实例图3.1所示。

图3.1矢量控制结构框图为了实现对电机的矢量控制，使电机满足一定的性能指标(稳定性、快速性和准确性)，并尽可能使仿真模型简化，而采用电流和转速负反馈控制方式。

为了使仿真时间尽可能短并达到一定的仿真精度，选用离散控制系统。

整个系统主要分成6部分:速度控制器、矢量控制器、电流比较脉冲产生器、全桥逆变电路、异步电机和反馈回路。

其具体结构如实例图3.2所示。

图3.2矢量控制系统结构框图3.2各子系统模块3.2.1求解磁链模块图3.3求解磁链模块3.2.2 求解转子磁链角模块图3.4求解转子磁链角模块该模块是计算θ角，也就是d轴的位置3.2.3 ids*求解模块此模型的作用是根据转子磁通来计算定子电流的励磁分量i d*，模型如下所示图3.5 i ds*求解模块3.2.4 iqs*求解模块此模块的作用是计算定子电流在d、q坐标系下的q分量的给定值i qs*，其内部构造如下所示：图3.6 i qs*求解模块3.2.5 ABC到DQ坐标变换模块ABC-DQ子模块完成从ABC三相定子坐标系到d、q坐标系的变换（3/2变换），在这个模块中，根据定子电流在ABC三相定子坐标系下的分量，经过旋转变换，得出电动机定子电流在d、q坐标系下的转矩分量i qs和励磁分量i ds。

模块的构造如下图：图3.7 ABC到DQ模块3.2.6 DQ到ABC坐标变换模块DQ- ABC子模块是根据定子电流在d、q坐标系下的分量，经过旋转变换得出电动机定子的三相绕组电流的给定值i abc，变换过程如下所示图3.8 DQ到ABC模块3.3 电机参数设置图3.9 异步电动机参数表3.4矢量控制环节模块图3.10 矢量控制环节3.5矢量控制的异步电动机调速系统模块图3.11 矢量控制的异步电动机调速模块交流异步电动机矢量控制系统如上图所示，此系统为转差频率矢量控制方式，按转子磁场定向的异步电机矢量控制框图。

异步电动机矢量控制的优化仿真分析

255作者简介：衷玲玉（2000—　）,女，汉族，江西南昌人。

主要研究方向：电机控制。

间接转子磁链定向（IRFO）是基于将测量的三相电流或者电压转换为DQ轴，并计算DQ轴中的输出，然后将输出转换为三相。

变换需要坐标α-β和DQ之间的磁通角θ。

由于消除了定子电阻变化而产生的固有缺点，IRFO得到了广泛的应用。

针对异步电动机矢量控制，需设计电流环控制器、磁通回路控制器、速度环控制器。

一、异步电机矢量控制模块（一）电流环控制器选择合适的固有角频率n ω和阻尼系数ζ，根据图1可设计出电流环回路的PI控制器，其中s ss R L στ=为定子时间常数，σ为漏感系数，s L 为定子侧电感系数，s R为定子侧线圈阻值。

图1 电流环控制器设计原理图（二）磁通回路控制器选择合适的固有角频率n ω和阻尼系数ζ，根据图2可设计出磁通回路的PI控制器，其中RRr R L=τ为转子时间常数，R L 为转子侧电感系数，R R 为转子侧线圈阻值。

图2 磁通回路控制器设计原理图（三）速度环控制器图3 速度环控制器设计原理图选择合适的选择合适的固有角频率n ω和阻尼系数ζ，根据图3可设计出速度环的PI控制器，其中，J为转子的转动惯量，v B 为粘滞摩擦系数。

二、软锁相环（SPLL）模块为了提高异步电机控制方法的控制精度，一般会通过控制转速、角速度来提高控制精度。

在本项目中，采用软锁相环来计算包含电机转速对应角度的正余弦信号)sin(^θθ−。

其中，θ为矢量的实际角度，^θ为矢量的估计角度，当θ=^θ时，锁相环的目的就达到了。

结合软锁相环的原理图（图4），选择合适的参数，就可得到理想的软锁相环的动态响应和稳态效果。

图4 软锁相环原理图三、电压补偿模块为了减少母线电压的波动引起的电磁干扰，在控制系统中加入电压补偿环节，通过对电压的快速补偿，从而控制电机工作得到的母线电压于实际供电的母线电压尽可能接近，减小不利影响。

图5展示了在本次项目中电压补偿环节的原理接线图。

异步电动机矢量控制系统的仿真研究

转子磁场定向的矢量控制理论正是因这一要求而引入到异步电动机控制中的。其主要控制思想是：在转子磁场定向的基础上，经过一系列的坐标变换，实现三相异步电动机定子电流中励磁分量和转矩分量
１１数学模型．根据异步电动机理论，坐标变换后，型异步经笼
２１０２年第１期
煤
矿
机
电
・９・
异步电动机矢量控制系统的仿真研究
徐奔聂赫。，
（．１河南理工大学电气工程与自动化学院，南焦作４４０；．河５００２天津市电力公司城西供电分公司，天津３００）０００
摘要：在矢量控制理论的基础上，异步电动机的数学模型出发，绍了一种交流异步电动机从介
ｏＬｔ１ＬｍｐｏＬｔ
一
控制，而优化了调速系统的性能 ¨ 。目前，步从异电动机矢量控制技术已被广泛应用于煤矿，金等冶行业，具有非常广阔的前景。
ＸＵｎＢｅ，ＮＩＨｅＥ
（．ｃｏｌｆｌｔｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｔｎＨｅａｏｔｃｎｃＵｉｒｔ，ｉｚｏ５００ｈｎ；１ＳｈｏｏＥｅｒａＥｇｅｎｎｕｍａｏ，ｎｎＰｌｅｈｉｎｖｓｙＪｏｕ４０，Ｃｉａｃｉｎｉｏｉｙｅｉａ４２ＣｅｇｉｏｅｕｐｙＢａｃ，ｉｎｉＥｅｔｃｙＣｍａｙＴａｊ０００ｈｎ）．ｈｎｘＰｗｒｐｌｒｎｈＴａｊｌｒｉｏｐｎ，ｉｉ３００，ＣｉａＳｎｃｔｉｎｎ

交流异步电动机矢量控制系统的建模与仿真

交流异步电动机矢量控制系统的建模与仿真林海翔（江苏联合职业技术学院扬州分院，江苏扬州225003）摘要：交流异步电动机作为重要的调速传动设备，具有结构简单、造价低、可靠性高、便于维护等诸多优点，但相对于直流电动机，其调速性能还有待提高。

现介绍了交流异步电动机矢量控制的数学模型，阐述了系统仿真模型的建立过程，最后运用SIMULINK软对型矢量控制调速系统了仿真，根据仿真结可知，交流异步电动机釆用矢量控制系统后，其动态和静态性能均有了较大提高。

关键词：交流异步电动机;矢量控制系统;SIMULINK仿真1交流调速技术自20世70年，电力电子技术、控制电机学的交流调速系统调速性、能性等了较大后现了具有性的高性能调速技术，如矢量控制技术、直控制技术等。

1.1矢量控制技术德国西门子公司的Felix Blaschke博士首先提出了磁场定矢量控制矢量控制（VC模直流电动机的控制，用后交流电动机三相电流的量量量,然后对调，交流电动机直流电动机较的性速性电动机矢量控制要有矢量控制矢量控制过模直流电动机的控制控制交流电动机大大提高了调速系统的动性1.2直接转矩控制技术20世纪80年学用直控制（DTC）技术了提出了用矢量：构建电动机的模型模型控制电动机现对电动机的直控制可过子电因参数化带的影其结果精确可靠，所异步电动机直控制技术计算容易、结构简单、动态性能较但该调速系统低速运还存些问题需要决死区效应、脉动等。

矢量控制直控制技术都现了高性能的电动机调速控制，这调速都能较的、动性,普遍适用于各高性能调速领域。

但因为这控制不同的特点也不同用领域各有侧重用砰-砰控制的直控制技术的快，参数鲁棒性还可较高的瞬景非常相比之下，矢量控制技术连续控制、低速控制、调速范围等优势明显些对系统动性能要求不高而更加看重器、容量用的用合，例水泵的能传动、风机的能传动等一般的工业机械传动合，矢量控制技术了广泛用。

因此，作为重要的交流调速技术，矢量控制技术值步做深入研究。

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异步电动机矢量控制系统仿真
1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真
1.1 异步电动机矢量控制原理
异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。

本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。

图1矢量变换控制系统仿真原理图
如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。

（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率；
是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。

图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。

、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。

和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。

1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模
在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。

图2 电流控制变频模型图
整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和显示模块。

这些元件都有设置对话框，用户可以方便的选择元件类型和设置参数。

在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机的模型是最重要的元件，在Powerlib中给出了各种电机模型，这大大减少了交流调速系统的建模难度。

控制系统采用转速电流双闭环控制，其中的磁场定向模块提供矢量控制坐标变换需要的磁链位置角，电机模型如图3所示。

图3 矢量控制电机模型仿真框图
1.3异步电机转差型矢量控制系统仿真
由于系统中包含非线性Powerlib模块(电机、逆变器),因此仿真采用变步长算法,这样异步电机非线性部分和逆变器的过零点才能精确的计算出来,但是这样会增加仿真步数减少仿真速度。

由于在仿真初始化过程中,Power2sys函数将逐个检查模型中的各个模块是否为Powerlib模块,这样对一个复杂系统在一定程度上会降低仿真速度。

为此我们可以人为迫使Power2sys不去检查那些常规模块,方法是在常规模块以及包含常规模块的子系统的模块名字前加一个“$”符号,这样可以提高仿真速度。

仿真过程中由于初始值选择不当或者系统中存在分式,会出现奇异点使仿真过程停止,可以在分母中加上一个很小地值或选择适当的初值避免奇异点的出现。

图2中的电压测量单元和电机输出测量单元是Simulink模块和Powerlib 模块间的接口模块，分别把电机定子电压信号和电机输出信号反馈回Simulink 模块。

电压控制信号作为Simulink模块的信号送入到Powerlib模块—异步电机
时，是通过可控电流源（IGBT逆变器）作为中间环节。

仿真时要注意二者之间的联系，防止仿真出错停止，转子磁链观测模型如图4.
图4 转子磁链观测模型
4.4 仿真结果
在MATLAB/SIMULINK6.5环境下对所建立的交流异步电机转差型矢量控制系统采用变步长方法进行仿真，其中交流异步电机参数如下：ＲS=1.898Ω，
LS=0.196H，Rr=1.45Ω，Lr=0.196H，Lm=0.187H，PN=3kW，UN=380V，J=0.0067kg·m2，f=50Hz，pn=2。

为了验证所设计的交流异步电机矢量控制系统模型的静、动态性能，系统空载启动，待进入稳态后，在t=0.2s时转速突加为180r/min,t=0.4s时又突减为120r/min。

待系统稳定后，t=0.6s时突加负载5Nm，t=0.8s时突减负载，重新回到空载状态。

在经过一系列转速突变和负载扰动仿真后，得到电机各个量响应输出波形如图7～12。

图4 电磁转矩波形图5 电机转速波形图6 定子三相电流波形
图7 dq坐标系下转子两相电流波形图8 dq坐标系下转子磁链波形
图9 dq坐标系下定子磁链波形
由仿真波形可以看出，在的参考转速下，系统空载启动，转速很快达到给定值，电流和转矩波形较为理想。

t=0.2s时转速突加到180r/min，电流和电磁转矩相应增加，随即又到达稳定状态。

t=0.4s时转速突然下降，电流和转矩也立即跟随变化。

t=0.6s时突加负载扰动，转矩马上突变，电流也相应增加，而转速几乎没有变化。

t=0.8s时突减负载，转矩和电流同时变化，转速仍然稳定在给定的120r/min上。

定转子磁链响应也随着变化过程增大和减小。

可见，整个过程中转速给定和负载扰动频繁突变，而转速能很好的跟随给定值，且响应时间短，过渡过程快，有很好的跟随和抑制扰动的性能。

整个变化过程中电磁转矩也能够瞬间响应，并很快达到稳定。

在稳态时的转矩有很小的脉动，这主要是由于电流换向和滞环控制器频繁切换造成的，脉动大小跟滞环宽度有关。

参考文献：
[1] 李家荣，邓智全. 三相异步电动机矢量控制调速系统的建模和仿真[J].淮南工
学院学报.2001(6)
[2] 陈伯时，陈敏逊. 交流调速系统[M].北京：机械工业出版社，1998.。