矢量控制异步电动机调速系统仿真设计

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运动控制系统课程设计异步电机矢量控制Matlab仿真实验

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。

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.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。

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。

基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真

基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真
参考文献
[ 1 ]张毅刚 ,彭喜元 ,姜守达. 自动测试系统 . 哈尔滨工业大学出 版社 , 2001.
[ 2 ] 陆廷孝 ,郑鹏洲 ,可靠性设计与分析. 北京 :国防工业出版社 , 1995.
[ 3 ] 杨为民 , 可靠性 ·维修性 ·保障性总论. 北京 :国防工业出 版社 , 1995.
作者简介 :李银龙 (1981 - ) ,男 ,桂林电子科技大学电子工程学院 ,主 要研究方向 :自动控制和测试计量技术及仪器 。 收稿日期 : 2008 - 03 - 28 ( 8077)
2转子磁链给定值它机参数为一常数但是在额定转速以上即定子频率大于50hz时为了使定子电压不超过额定值那么试就必须相应的减小也就是常说的弱磁升速根据公式3可以算出励磁分量成it1过直角坐标到极坐标的变换得到定子电流幅值i过静止三相到静止二相变换后得到实际的电流幅值i1与i较后通过pi调节用来控制svpwm矢量的幅值大小
时 ,为了使定子电压不超过额定值 ,那么试就必须相应的减小 ,
也就是常说的弱磁升速 , 根据公式 ( 3) 可以算出励磁分量成
im31;电流的 M T轴分量 im31 , i3t1 过直角坐标到极坐标的变换得到
Ls 分别为 M T坐标系上定子绕组的电阻和自感 ; Rr, L r, 分别为
M T坐标系上转子绕组的电阻和自感 ; Lm 为 M T坐标系上定转
子绕组间的互感 ; p = d / d t为算子 ;ωs1
= (ωs-ω r Nhomakorabea)
为转差角频
率 ,ωs 为电源角频率 ,ωr 为转子电角速度 。
由于
M
轴与转子磁链矢量
近此理想磁通 。此方法将逆变系统和电机看成是一个整体 ,数
学模型简单 ,也便于微处理器实时控制 [5 ] [6 ] 。

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设计与仿真研究

异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究

异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究THE DISIGN OF THE ASYNCHRONOUS MOTOR VECTOR CONTROL SYSTEM AND IT`S SIMULATION STUDY专业:电气工程及其自动化姓名:高智指导教师:申请学位级别:学士论文提交日期:学位授予单位:天津科技大学摘要本文的研究内容是“异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究”。

在矢量控制技术出现之前,交流调速系统多为V / f比值恒定控制方法,又常称为标量控制。

采用这种方法在低速及动态(如加减速)、加减负载等情况时,系统表现出明显的缺陷,所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。

随着电力电子技术的发展,交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制,采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美,甚至超过直流调速系统。

矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的。

它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换,将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,建立三相交流绕组、两项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机进行控制。

因此他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。

本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。

通过空间矢量的坐标变换,对系统进行建模,其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR等模块。

并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。

关键词:异步电动机;矢量控制;MATLAB仿真ABSTRACT:The content of this study is the design of the Asynchronous motor vector control system and it's simulation study. Before the advent of vector control technology, most of alternating current speed control system are constant V/f ratio control method which is also often referred as the scalar control. This approach in low-speed and dynamic (such as acceleration and deceleration), such as addition and subtraction load, the system showed obvious defects, so the stability of AC variable speed system, start torque at low speed dynamic response is not such as a DC tune speed system. With the development of power electronics technology, the AC induction motor control technology fully from the scalar control to vector control, vector control of AC motor can be comparable and DC motor control effects, even more than the DC speed control system.Vector control is developed on the basis of the motor unified theory of electrical and mechanical energy conversion and coordinate transformation theory. Its ideology is the asynchronous motor simulation into a DC motor to control, coordinate transformation, decomposition of the stator current vector for the rotor field oriented two DC components were controlled, in order to achieve the decoupling of flux and torque control, three-phase AC winding, two exchanges winding and rotation of the DC winding equivalence between the three, in order to find the equivalent asynchronous motor winding DC motor model, in order to control the DC motor control method for asynchronous motor . So that he can achieve dynamic control of the electromagnetic torque, optimize the performance of the speed control system. In this paper, the closed-loop vector control of asynchronous motor flux research and exploration. By the coordinates of the space vector transformation of the system modeling, including a DC power supply, inverter, motor, the rotor flux current model, the ASR, ATR AΨR and other modules. And control system for the MATLAB / SIMULINK simulation analysis.Key Words:Asynchronous Motor;Vector Control;MATLAB Simulation目录第一章绪论 (1)第一节交直流调速系统的相关概念及比较 (1)第二节交流调速系统的历史和现状 (2)第三节异步电机矢量调速系统的发展 (5)第二章异步电动机的数学建模分析 (7)第一节三相电机的模型分析 (7)第二节同步旋转坐标系上的数学模型及状态方程 (11)第三节异步电动机的数学模型 (12)第四节坐标变换和变换矩阵 (13)第五节异步电动机在不同坐标系下的数学模型 (20)第三章异步电动机矢量控制的基本原理 (23)第一节异步电机的电磁转矩 (23)第二节矢量控制思路的演变过程 (23)第三节矢量控制的磁场定向 (26)第四节转子磁链观测器 (28)第五节异步电机矢量控制系统 (30)第四章异步电动机矢量控制系统的仿真分析 (33)第一节SIMULINK软件基本介绍 (33)第二节异步电机矢量控制系统仿真模型的建立 (33)第三节各模块参数设置 (36)第四节仿真结果 (37)第五章全文总结 (40)参考文献 (41)致谢 (42)第一章绪论第一节交直流调速系统的相关概念及比较电动机+控制装置=电力传动自动控制系统。

异步电机矢量控制Matlab仿真实验_(电机模型部分)

异步电机矢量控制Matlab仿真实验_(电机模型部分)

摘要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,由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成,为非线性,所以控制起来极为不便。

异步电机的模型之所以复杂,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。

本文研究了按转子磁链定向的矢量控制系统的电流闭环控制的设计方法,通过坐标变换,在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中,得到等效的直流电动机模型,然后仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链,将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制,并用MATLAB进行仿真。

关键词:异步电动机直流电动机磁链 MATLAB仿真目录1 课程任务设计书 (2)2 异步电动机数学模型基本原理 (3)2.1 异步电动机的三相动态数学模型 (3)2.2 异步电机的坐标变换 (6)2.2.1 三相-两相变换(3/2变换) (6)2.2.2静止两相-旋转正交变换(2s/2r变换) (8)3 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 (9)3.1 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 (9)3.2 以ω-is-ψr 为状态变量的状态方程 (9)3.2.1 dq坐标系中的状态方程 (9)3.2.2αβ坐标系中的状态方程 (10)3.3αβ坐标系下异步电机的仿真模型 (11)3.4矢量控制系统设计 (14)3.5 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (14)4 异步电动机矢量控制系统仿真 (15)4.1 仿真模型的参数计算 (15)4.2 矢量控制系统的仿真模型 (16)4.3仿真结果分析 (17)5. 总结与体会 (18)参考文献 (19)1课程任务设计书2 异步电动机数学模型基本原理异步电动机是个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

在研究异步电动机数学模型时,作如下的假设:120电角度,产生的磁动(1)忽略空间谐波,设三相绕组对称,在空间中互差势沿气隙周围按正弦规律分布;(2)忽略磁路饱和,各绕组的自感和互感都是恒定的;(3)忽略铁心饱和;(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

矢量控制异步电动机调速系统仿真设计

矢量控制异步电动机调速系统仿真设计

摘要近年来,随着电力半导体器件及微电子器件特别是微型计算机及大规模集成电路的发展,再加上现代控制理论,特别是矢量控制技术向电气传动领域的渗透和应用,使得交流电机调速技术日臻成熟。

以矢量控制为代表的交流调速技术通过坐标变换重建电机模型,从而可以像直流电机那样对转矩和磁通进行控制,交流调速系统的调速性能已经可以和直流调速系统相媲美。

因此,研究由矢量控制构成的交流调速系统已成为当今交流变频调速系统中研究的主要发展方向。

最后,综合矩阵变换的控制策略及异步电动机转子磁场定向理论,采用计算机仿真方法分别建立了矩阵变换仿真模型以及基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统仿真模型,对矩阵变换的控制原理、输入、输出性能以及矢量控制系统的优质的抗扰能力及四象限运行特性进行分析验证,展现了该新型交流调速系统的广阔发展前景,并针对基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统的特点,着重对矢量控制单元进行了软件设计。

本设计研究的是矢量控制的异步电动机的调速系统,采用MATLAB软件在其simulink中进行仿真。

关键词:坐标变换矢量控制异步电动机MATLAB simulink仿真ABSTRACTIn recent years, with the development of the power semiconductor device,the microelectronics component, the microcomputer and large-scale integrated circuit and modern control theory, especially the penetration from vector control technology to electric drive field and application, the feasible AC motor speed regulation technology has become more mature day by day.Depend on the control principle of the MC and the rotor-flux orientation theory, and using the computer simulation technology, the simulation model of the MC and the matrix converter fed induction motor vector control drive system has been build. The input-output characteristic and the ability of four-quadrantoperation have been testified, which has proved that the system has wide application field. The software of the vector control unit was designed at the end.This design is the study of vector control of the induction motor speed control system,using MATLAB software in its simulink simulation.Key words: matrix converter vector control induction motor MATLABsimulink simulation.目录1摘要......................................................................................... ABSTRACT .. (I)一.绪论 (4)1.1引言41.2 交流调速技术概况71.3仿真软件的发展状况及应用81.4 MATLAB 概述81.5 Simulink 概述11二.矢量控制理论 (12)2.1 异步电机的动态数学模型122.2 坐标变换162.2.1变换矩阵的确定原则162.2.2功率不变原则162.3矢量控制182.3.1 问题分析182.3.2直流电机的转矩控制182.3.3异步电机的转矩分析192.3.4 矢量控制原理19三. 总体模块设计 (22)3.1矢量控制结构框图223.2各子系统模块233.2.1求解磁链模块233.2.2 求解转子磁链角模块243.2.3 ids*求解模块243.2.4 iqs*求解模块253.2.5 ABC到DQ坐标变换模块253.2.6 DQ到ABC坐标变换模块263.3 电机参数设置263.4矢量控制环节模块283.5矢量控制的异步电动机调速系统模块28四. Simulink 仿真 (30)五. 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录1 3s/2r 坐标变换 (41)附录2 ω*=100和ω*=150时的比较 (43)一.绪论1.1引言交流电机特别是鼠笼异步电机,由于结构简单、制造方便、价格低廉,而且坚固耐用、惯量小、运行可靠、很少需要维护、可用于恶劣环境等优点,在工农业生产中得到了广泛的应用。

基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真

基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真

口应用 实例 口
0 10 4 5 1 ~/ , . 8 ).6× 0 h 其可靠度 函数 为 R () h 。 2 t :e 表 2为译码单元 、 动单元 的故障率表 。 驱
表2
仪器 仪表 用户
析 , 出 了相 应 的数 据 , 系 统 的 可靠 性 工 作 提 供 理 沦上 的 支 给 对 持, 但也存在不足之处 : 没有对单 元模块 的 内部 电路做 出详 并
仿 真 结 果 表 明 : 系统 不 仪具 有 矢量 控 制 调 速 系 统 的 优越 性能 , 该 同时 具
压基波最大幅值为 直流 侧 电压 , 比正弦脉 宽调 制 逆变 器输 这 出电 压 高 出 1 ¨ 。 5%
1 矢量控 制 系统 的电机 方程
当选取转子磁通矢量 作 为同步速旋转两 相坐标 系的 轴空间定 向坐标时 ,即 M 轴系 已沿转子磁场定 向, 时异步 此 电机 的基 本 方 程 式 如 下 : ¨
版社 ,9 5 19 .
6 结束语
文章主要对 信号 调 理 电路 的功 能单 元 做 出 了叮靠 性 分
作者简介 : 李银龙( 9 1一) 男 , 18 , 桂林 电子科 技大学 电子工 程学 院, 主 要研 究方 向 : 自动 控 制 和 测试 计 量 技 术及 仪 器 。
收 稿 日期 : 0 8— 3— 8 8 7 ) 20 0 2 (0 7
[] 1 张毅刚 , 彭喜元 , 姜守 达. 自动测试 系统 . 尔滨1业 犬学 出 哈
版社 ,0 1 20 .
[ ]陆廷孝, 2 郑鹏洲 , 可靠性设计与分析. 北京 : 国防工业出版社 ,
l 95 9 .
[ ]杨为民 , 3 可靠性 - 维修性 - 障性总论.北京 : 保 国防工业 出

异步电机矢量控制变频调速系统的仿真研究

异步电机矢量控制变频调速系统的仿真研究
3 r n
第 1 2期
张晓玲 ,等 异步电机矢量控制变频调速系统的仿真研究
设计控制 器时可 略去此 部分


图 1 矢 量 变 换 控 制 系 统构 想
F g 1 Co c p fv c o o t o y t m i. n e to e t r c n r ls se
张 晓玲 ,许 伯 强
( 北 电力 大 学 电气 与 电 子 工程 学 院 ,河 北 保 定 0 10 ) 华 7 0 3 摘 要 :矢 量控 制 技 术 已经 成 为异 步 电机 一 种 主要 的控 制 方 式 , 目前 更 是 高性 能 异 步 电机 变 频 调 速 系 统 的
主要 方法。根据异步 电动机 矢量控制 的基本原理 ,基于 Ma a/ iuik 件搭建 了按 转子磁 场定 向的矢 tb Sm l 软 l n
量控 制 系统 的仿 真 模 型 ,分 析 了给 定转 速 突 变和 突加 负载 时 电机 的 运 行 情 况 ,并 给 出 了转 速 、 转 矩 、 电
流的仿真 波形 ,验证 了模型的正确性 ,结果表 明所建 立的调 速 系统具有 良好 的动 态性 能,实现 了系统 的
解耦 控 制 。
关键 词 : 矢量 控 制 ;异 步 电机 ; 电磁 转 矩
既然 异步 电动 机 经 过 坐标 变换 可 以等 效成 直
越来越 重要 的地 位 。矢 量 控 制 成 功地 解 决 了交 流 电枢 电流 。 样 ,实现 了对交 流 电 动机 的磁 通 和转 矩 分 别 独立 流 电动机 ,那 么模 仿 直 流 电 动 机 的控 制 方 法 ,求 控制 。矢量控 制 实 现 的基 本 原 理是 通 过 测 量 和控 得 直流 电动机 的控 制量 ,再 经 过 相 应 的 坐标 反 变 制异 步电动 机定 子 电流 矢量 ,根据 磁 场 定 向原 理 换 ,就能 够控制 异 步 电 机 了 。所 构想 的矢 量 变 换 分别对 异步 电动 机 的励 磁 电流 和转 矩 电流 进行 控 控 制系统 如 图 1所 示 。 图 中给定 的反 馈 信 号 经过 制 ,从 而达到控 制 异 步 电动 机 转 矩 的 目的 。将 异 类似 于直 流调速 系 统 所用 的控 制 器 产 生励 磁 电流 步 电动 机的定 子 电 流矢 量分 解 为 产 生磁 场 的 电流 的给定 信号 和 电枢 电流的给 定信号 ,经过 反 分量 ( 磁 电流 ) 和产 生 转矩 的 电流分 量 ( 矩 旋转 变换 V 得 到 :, ,再 经 过 二相/ 相 变 励 转 R Z 电流 )分 别加 以控 制 ,并 同时 控制 两 分 量 问 的幅 换得 到 , , 。把 这 3个 电 流控 制信 号 和 由

毕业设计——矢量控制异步电机调速系统仿真研究

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。

异步电动机矢量控制系统仿真模型设计本科本科毕业论文

异步电动机矢量控制系统仿真模型设计本科本科毕业论文

异步电动机矢量控制系统的仿真模型设计中文摘要:矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的,它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换,将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,达到直流电机的控制效果。

本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。

通过空间矢量的坐标变换,对系统进行建模,其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR 等模块。

并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。

关键词:异步电动机、矢量控制、MATLAB仿真Abstract:Vector control(VC) is based on motor unification principle,energy conversion and vector coordinate transformation theory.By transforming coordinate, The stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively.So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. This paper does some research works of the asynchronous motor flux vector control closed-loop research and exploration. Through the space vector coordinate transformation, and the modeling of system,including DC power supply, inverter, AC motor, rotor flux current model, the ASR, ATR,AΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis.Key Words:Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation一、绪论1、交直流调速系统的相关概念及比较交流调速系统是以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统。

异步电机磁场定向矢量控制调速系统建模与仿真.

异步电机磁场定向矢量控制调速系统建模与仿真.

图 12 电流比较脉冲产生器输出的6相脉冲用来控制全桥逆变器。 (4)全控桥逆变电路 异步电机通常都采用三相交流电源供电,经过整流、逆变后变成可控PWM电源。在本 仿真系统中,如果完全采用该供电体制,势必增加整个仿真系统的复杂程度,延长仿真运行 时间。因此,为了简化仿真模型,我们采用了对直流电源直接进行 IGBT 全控桥逆变的供电 策略。从仿真效果看,采取这样的措施并不影响系统的实际运行。 (5)异步电动机与反馈回路
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。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、异步电动机和反馈回路。其中,
(1)通过给定磁链(在矢量控制环节内给出)作为磁链电流值指令值。
(2)在矢量控制环节内的磁链计算器根据定子电流的监测值计算磁链的大小和方向。
图 14
图 15
由仿真曲线可知电机的转速ω 是随着运行时间的增加逐渐由0增加到最大值然后回落
到稳定转速。而转矩则在瞬时内达到峰值,并在转速增加的时间内一直在峰值附近震荡,直
到转速快达到峰值才随着运行时间推移逐渐回落到负载转矩附近震荡,这些特性都与电机的 实际情况相同,由此可见用 SIMULINK 建造的模型可以正确的反映实际的模型。
图3 各模块的功能及实现: (1)速度控制器 从单纯的系统响应时间角度考虑,采用比例控制是一个不错的选择,但对于实际系统而 言比例控制往往容易造成比较大的误差,而且往往随着比例系数的增加,系统的稳定性会越 来越差。因此,综合考虑系统响应时间、误差以及动态稳定性等方面的因素,我们在这里采
用PI控制器。该环节输入为参考转速与反馈转速之差(ω ∗ − ω ),则输出参考转矩

异步电动机矢量控制系统设计及仿真.

异步电动机矢量控制系统设计及仿真.

中文摘要异步电动机矢量控制系统设计及仿真摘要现代交流调速系统在矢量控制技术出现以前多用恒压频比的控制策略,采用这个控制策略的不足之处是在电动机低速转动或者在加减速、加减负载等动态情况下,系统性能显著降低,致使交流调速系统在低速、启动时转矩的动态响应以及整个系统的稳定度方面比直流调速系统逊色,这样就不能满足人们的高精度需求。

后来,交流异步电动机控制开始大踏步从标量控制向矢量控制迈进了。

下面就来简要介绍下矢量控制理论。

矢量控制发展起来的基础和核心理论支撑是坐标转换原理,机电能量转换理论等一些电机学的概念。

这一控制的根本思想方法其实就是将异步电动机模仿成直流电动机来控制。

只要建立出与三相交流绕组等效的两相绕组,即可建立与异步电动机等效的直流电机模型,再加上相应的比例积分调节环节,于是就可按对直流电机的控制策略对异步电动机进行控制。

因而使用矢量控制可以实现对电机电磁转矩的动态实时控制,使得调速性能得以优化提高。

这次毕设中我根据这个思路成功地进行了MATLAB仿真。

关键词:交流电动机;矢量控制调速系统;仿真ABSTRACTThe Design and Simulation of Vector Control Systemof Asynchronous MotorAbstractBefore the technique of vector control system was invented, alternating current speed control system used constant V/f ratio control method witch is normally known as scalar control. Systems which take this method show vital defect when the motor running at low speed or under circumstances like acceleration, deceleration, adding load, reducing load. Alternating current motor witch use vector control can achieve the same control performance as constant current motor, even better.Vector control developed from the foundation of the theory of motor integration, mechanical-electric energy transition, coordinates transition. Its main idea is simulating constant current motor to control alternating current motor. Once the equivalent among three-phase alternating current wingding, two-phase alternating current wind and rotating constant current winding is established, the mode of alternating current motor that simulating constant current motor can be created as well. Therefore, asynchronous motor can be controlled in ways according to synchronous motor. So that vector control can achieve dynamic control of electrical torque of asynchronous motor and reach a high level of speed control performance. I have successfully made a MATLAB simulation of the system.Key Words: Asynchronous Motor; Vector Control; Simulation目录摘要 (I)Abstract (II)第 1章绪论 (1)1.1交、直流调速系统 (1)1.2交流调速系统概述 (2)第2章异步电动机之矢量控制理论 (5)2.1异步电动机之数学模型 (5)2.1.1关于异步电动机数学模型之性质 (5)2.1.2数学模型构建 (5)2.2异步电动机的坐标变换 (8)2.3异步地电动机根据矢量控制法则设计的调速系统 (10)第3章矢量控制系统的仿真 (14)3.1 MATLAB仿真工具介绍 (14)3.2 电动机的具体仿真设计 (15)3.2.1总体仿真结构图 (15)3.2.2仿真系统各子模块设计及参数设置 (16)3.3仿真结果分析 (24)3.3.1空载运行结果分析 (24)3.3.2电机带额定负载运行 (26)3.3.3电机动态运行性能 (28)第4章总结与展望 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)附录A外文文献原文 (35)附录B外文文献译文 (43)华东交通大学毕业设计(论文)第1章绪论1.1 交、直流调速系统一般来说,电力传动控制系统由电动机和控制装置组成。

异步电动机矢量控制系统设计及仿真

异步电动机矢量控制系统设计及仿真
II
目录
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摘要..................................................................................................................................................I Abstract......................................................................................................................................II 第 1 章 绪论 ..........................................................................................................................1

现代交流调速系统在矢量控制技术出现以前多用恒压频比的控制策略,采 用这个控制策略的不足之处是在电动机低速转动或者在加减速、加减负载等动 态情况下,系统性能显著降低,致使交流调速系统在低速、启动时转矩的动态 响应以及整个系统的稳定度方面比直流调速系统逊色,这样就不能满足人们的 高精度需求。后来,交流异步电动机控制开始大踏步从标量控制向矢量控制迈 进了。下面就来简要介绍下矢量控制理论。
矢量控制发展起来的基础和核心理论支撑是坐标转换原理,机电能量转换 理论等一些电机学的概念。这一控制的根本思想方法其实就是将异步电动机模 仿成直流电动机来控制。只要建立出与三相交流绕 组等效的两相绕组,即可建 立与异步电动机等效的直流电机模型,再加上相应的比例积分调节环节,于是 就可按对直流电机的控制策略对异步电动机进行控制。因而使用矢量控制可以 实现对电机电磁转矩的动态实时控制,使得调速性能得以优化提高。这次毕设 中我根据这个思路成功地进行了 MATLAB 仿真。 关键词: 交流电动机; 矢量控制调速系统; 仿真

基于MATLAB_SIMULINK的异步电机矢量控制调速系统仿真优秀doc资料

基于MATLAB_SIMULINK的异步电机矢量控制调速系统仿真优秀doc资料

基于MATLAB_SIMULINK的异步电机矢量控制调速系统仿真优秀doc资料文章编号:100022472(2000022*******基于M AT LAB SI M U L I NK的异步电机矢量控制调速系统仿真Ξ杨洋,张桂香(湖南大学机械与汽车工程学院,湖南长沙410082摘要:从异步电机矢量控制数学模型入手,介绍一种基于M A TLAB S I M UL I N K的异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统仿真模型Λ该模型可通用于异步笼型电机,使用时只需输入不同电机参数即可Λ通过仿真实验验证了模型的正确性Λ关键词:异步电机;矢量控制;M A TLAB S I M UL I N K;仿真中图分类号:TM921.51文献标识码: ASi m ulati on of V ector Control Inducti on M otor A djusting Syste m Based on M A TLAB S I M UL I N KYAN G Yang,ZHAN G Gui2x iang(Co llege of M echan ical and A utomo tive Engineering,H unan U n iv,Changsha 410082,Ch inaAbstract:A si m ulati on model of vecto r con tro l inducti on mo to r adjusting syste m w ith the reference fra m e fixed to the ro to r is established.T he model can beconven ien tly used by inputting p roper mo to r para m eters.Si m ulati on s show the validity of the model.Key words:inducti on mo to r;vecto r con tro l;M A TLAB S I M UL I N K;si m ulati on0引言矢量控制理论的提出使异步电机调速性能达到甚至超过直流电机调速性能成为可能,而且运用矢量控制已成为当今交流变频调速系统的主流Λ在进行复杂的系统设计时,采取计算机仿真方法来分析和研究交流调速系统性能是非常有效和必要的Λ传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模,直观性、灵活性差,编程量大,操作不便ΛM A TLAB是一个高度集成的软件系统,集科学计算、图象处理、声音处理于一体,具有极高的编程效率ΛM A TLAB提供的S I M UL I N K是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它具有模块化、可重栽、可封装、面向结构图编程及可视化等特点,可大大提高系统仿真的效率和可靠性ΛS I M UL I N K提供有Sink s(输出方式、Source(输入源、Ξ收稿日期:2000202229作者简介:杨洋(1970-,女,湖南长沙人,湖南大学硕士生.D iscrete (离散时间环节、L inear (线性环节、N on linear (非线性环节、Connecti on s (连接与接口、Ex tra (其他环节子模型库Λ用户可以方便定制和创建自己的模型、模块Λ在多种矢量控制方法中,按转子磁场定向的矢量控制运用较为普遍,本文将结合这种矢量控制和S I M UL I N K 的特点,介绍一种异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统的建模仿真方法Λ模型将为同类调速系统提供有效、可靠的研究分析依据Λ1异步电机矢量控制系统的仿真模型异步电机的矢量控制相当于把直流电机换向器的功能通过控制的方法来实现,从而达到磁通和转矩单独控制的目的Λ根据感应电机的坐标变换理论,在三相坐标系下的定子输入的电流通过3s 2r 交换,由三相静止坐标变换为两相垂直的静止坐标,再通过从两相静止坐标系到两相旋转坐标系M ,T 轴的变换,并且使得M 轴沿转子总磁链矢量的方向,最终获得等效成同步旋转坐标系下的直流电流i m 1,i t 1,这样异步电机通过坐标变换,变成一台由i m 1,i t 1输入的直流电机Ζ矢量控制系统的构想就是模仿直流电机的控制方法,求得直流电机的控制量,经过相应的坐标反变换,重新获得三相输入电流(或电压,就能控制异步电机了Ζ根据异步电机理论,经坐标变换后,笼型异步电机在同步旋转坐标上按转子磁场定向的电压矩阵方程(转子短路,u m 2=u t 2=0为u m 1u t 10=R 1+L s p -Ξ1L s L m p -Ξ1L m Ξ1L s R 1+L s p Ξ1L m L m p L m p 0R 2+L r p 0Ξs L m 0Ξs L r R 2i m 1i t 1i m 2i t 2(1电机转子磁链与电流的关系为L m i m 1+L r i m 2=Ω2(2L m i t 1+L r i t 2=0(3将(2代入(1中第3行中,得:i m 2=-p Ω2R 2(4再代入(2解出i m 1:i m 1=-T 2p +1L m Ω2或得:Ω2=L m T 2p +1i m 1(5由式(1第4行可得:i t 2=-L m L r i t 1(6而由式(3第4行Ξs =-R 2Ω2i 2(7可将(6代入(7,并考虑到T 2=L r R 2,则Ξs =-L m i t 1T 2Ω2(8电机的电磁转矩公式为:T e =Mp L m L r i t 1Ω2(9电机运动方程为:T e -T l =J N pd Ξ d t (10其中,R 1,R 2为定转子电阻;T 2为转子励磁时间常数,T 2=L r R 2;L m 为定转子等效绕组间15第2期杨洋等:基于M A TLAB S I M UL I N K 的异步电机矢量控制调速系统仿真的互感,L m =(3 2L m 1;U m 1,U m 2为M T 轴坐标系中M 、T 轴定子电压;L s 为定子等效绕组的自感,L s =L m +L 11;i m 1,i t 1,i m 2,i t 2为M T 轴坐标系中M 、T 轴定向转子电流;L r 为转子等效绕组的自感,L r =L m +L 11;T e 电磁转矩;Ξ1为定子转速;N p 为极对数;Ξs 为转差;J 为转动惯量;Ξ为转子转速;Ω2为转子总磁链Ζ由上述式子可知,由于M T 坐标按转子磁场定向,在定子电流的两个分量之间实现了解耦,i m 1唯一决定磁链Ω2,当磁通不变时,i t 1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Ζ式(5,(8,(9,(10就是矢量控制的基本数学模型Ζ根据这些推导的式子,可以画出异步电机变压变频矢量控制系统结构图(图1Ζ图1中异步电机矢量变换数学模型如图2Ζ图2的模型中除根据(5,(9式绘得分解成磁通和转速的直流电机模型外,由转子频率和转差频率相加,得到定子频率信号,再经积分,即获得转子磁链的相位信号5,这是坐标变换所不可缺的参数Ζ如果将式(1展开,并代入式(2,(3,我们可以写出异步电机按转子磁场定向情况下的状态变量方程X α=A (Ξ1X +B U(11式中X =i m1i t 1Ω2,A (Ξ=ZΞ1L m R 2ΡL r -Ξ1-R 1L r ΡL m Ξ1ΡR 2L mL r 0-R 2L r ,B =L r Ρ00L r Ρ00,U =u m 1u t 1,Z =R 1L 2r +R 2L 2m ΡL r ,Ρ=L s L r -L 2m 从状态方程可以看出这是一个线性时变系统,虽然S I M UL I N K 中提供有状态方程模块,但主要是针对定常系统的,所以在S I M ULI N K 中用状态方程仿真电机系统较为不便Λ如希望用状态方程仿真,可直接在M A TLAB 中用M 文件编程建立仿真系统,只不过系统模型不如S I M UL I N K 所建的直观Λ本文主要的目的是在S I M UL I N K 下建立仿真模型,图1和图2的模型,可毫不费力地利用S I M UL I N K 提供的库模块来构建,这是后一节的重点Λ图1异步电机变压变频矢量控制系统结构图A 7R 为磁通调节器,A SR 为转速调节器25湖南大学学报(自然科学版2000年图2异步电机矢量变换数学模型2异步电机矢量控制系统的SI M UL I NK 仿真模型图1中,包含了坐标转换模块(2r 3s block ,电流控制型变频器模块(CSI block ,以及异步电机矢量变换模型(I nducti on m otor block ,这些模块可以由SI M UL I NK调用库模型分别建立,然后封装成Subsyste m Λ这里的坐标变换(2 3和图2中的坐标转换(3 2互为反变换Λ而电流控制型P WM 变压变频器的模型在M AT LAB 5.2中的POW ERS Y S 库中可以找到Λ这三个主要模块构造好后,其它环节也一样可以通过SI M UL I NK 模块库调入,输入不同参数,然后如图3连接,整个仿真模型就建好了Λ图中异步电机矢量变换模块展开内部结构如图4Λ系统中还包括两个P I 调节器,对应于图1中A 7R ,ASR ,这两个调节器也是定制好Subsyste m 后再封装而成Λ图3异步电机矢量控制变压变频调速SI M U L I NK 仿真模型3仿真实验35第2期杨洋等:基于M A TLAB S I M UL I N K 的异步电机矢量控制调速系统仿真图4异步电机矢量变换仿真模块(1仿真实验1转速输入设定为一阶跃函数,初值为100rad s (角频率,1s 后跃变为300rad s Λ磁通设为一定值1.1,由电流型逆变器给电机供电,让电机空载启动运行,仿真获得的转速、电磁转矩仿真曲线如图5,图6Λ图5电机输出速度仿真曲线图6电磁转矩仿真曲线(2仿真实验输入设定转速(角速度不变,300rad s ,磁通输入仍为1.1,电机空载启动,1s 后加入额定负载T L ,经SI M UL I NK 仿真模型仿真后得出的速度、电磁转矩曲线如图7,图8Λ图7电机输入速度仿真曲线图8电机电磁转矩变化曲线45湖南大学学报(自然科学版2000年项目: 科技支撑计划课题(2021BAG12A05-08定稿日期:2021-06-28作者简介:倪强(1987-,男,湖南益阳人,硕士研究生,研究方向为电力牵引交流传动及其控制技术。

异步电机矢量控制Matlab仿真实验(矢量控制部分)

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 02 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统基本原理 02.1异步电动机矢量控制的基本思想 02.2异步电动机矢量控制系统具体分析 (1)2 坐标变换 (2)2。

1 坐标变换基本思路 (2)2。

2 三相-—两相坐标系变换 (3)2。

3 静止两相-—旋转正交变换 (4)3 转子磁链计算 (5)4 矢量控制系统设计 (6)4。

1 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (6)4。

2 异步电动机矢量控制MATLAB系统仿真系统设计 (7)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)5.3 电机的转子速度及转子磁链仿真结果 (11)心得体会 (13)参考文献 (14)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Matlab异步电动机矢量控制系统的仿真

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。

异步电动机矢量控制调速系统设计

异步电动机矢量控制调速系统设计
16 O
异 步 电动 机矢 量 控 制 调 速 系 统 设计
异步电动机矢量控制调速系统设计
De i fAs n h o o s sgn o y c r n u Mo o co n r lSp e y t m t rVe t r Co to e d S se
陈 德 增 ( 岛科技 大学 , 东 青 岛 2 6 4 ) 青 山 6 0 2
流调 速 最 终 取代 直流 调 速 成 为 可 能 。 目前 对 调 速特 性 要 求 较 高
的生 产 工 艺 已较 多 地 采 用矢 量控 制 型 变 频 调速 装 置 。
1 矢 量 控 制
图 1 矢 量 控 制 系 统 原理 结构 图
以 产生 完 全 一 致 的 旋转 磁 动 势为 准 则 ,在 三 相 坐 标 系 下 的 定 子 交 流 电流 i i i通 过 3 / S变换 , 以等 效 成 两 相 静 止 坐 Bc 、 S2 可
de eo v lpmen o pe t . tpr s c s
Ke wor :s nc r n s oo ,e lt n, c o y dsa y h o ou m trr gua i Ve t rConr l o to
交 流 异 步 电动 机 是 一 个 高 阶 、 变 量 、 线 性 、 藕 合 的 被 多 非 强 控 对 象 ,采 用 参 数 重 构 和状 态 重 构 的现 代 控 制 理 论 概 念 可 以 实
经过 相应 的 坐 标反 变 换 , 能够 控 制 异 步 电动 机 了。由于进 行 坐 就
图2
系 统 框 图
三 相 电 压 检 测 单元 、 速 反馈 单 元 、 制 信 号 输 出 单 元 等 部分 组 转 控 成 。系 统 框 图 如 图 2所 示 , 统 是 以 1 系 6位 单 片 机 8 C1 6为 控 0 9 制 核 心 ,由一 些 硬 件 模 拟 电 路 组 成 异 步 电 动 机 的 矢 量控 制 变 频

毕业论文2矢量控制的异步电动机调速系统仿真设计

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变频调速系统的设计与仿真研究

异步电动机矢量控制变频调速系统的设计与仿真研究

O 引言
近 年来 ,随 着 电力 电 子 工业 和计 算 机 技 术 的
迅速 发展 ,交流调 速系统 正广泛应 用于工 业生产 的
理 的基本 出发 点就是 以转子磁 通这一旋 转 的空 间矢 量换 ,把 定子 电流 中的励 磁 电流 分量与转 矩 电 流分 量 变成标 量 独立 出来 ,进行 分 别控 制 。这样 , 通过 坐标变换 得到 的电机模 型就可 以等效 为一 台直 流 电动机 ,从而能像 控制 直流 电机那 样 ,进行 快速 的转矩 和 磁通 的控 制 。
的因素很 多。其转矩公式 为 :T=C ,CS m 1O仍
中,

是气 隙有 效磁通 ,, 是转子 电流 , 是 转子 1
略可 以使 其具 有 直流 调速 的全 部优 点 。
阻抗 角 ,C 为电磁常数 。, 1和 4 两个变量 既不成
2 异步 电机 的数学模型及调速 系统
各个 领域 。为 了满 足高性 能传动 的需要 ,必须对 速
度 进行精确 控制 ,而采用 矢量控 制变频 调速则 可 以
达 到满 意 的效果 。
1 矢量变频调 速的原理及优 点
电机 调 速 的关 键 是控 制 转 速 ,而 转 速 是通 过 转矩来 改变 的。直流 电机之 所 以有 良好 的调 速性 能 就是 因为它 的转 矩容 易控制 ,而影 响交流 电机转矩
的动态 结构 图
直角 ,又不是独 立变量 。 因此 ,转矩 的这种 复杂关
系成 为异步 电机难 以控制 的根 本原 因。矢量 控制原

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上海 电器 技术 ( 0 o ) 2 6N . 0 4
异步 电动 机矢量 控制 变频 调速 系统 的设计 与仿 真研 究 ・ 直 专 曩 技
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摘要近年来,随着电力半导体器件及微电子器件特别是微型计算机及大规模集成电路的发展,再加上现代控制理论,特别是矢量控制技术向电气传动领域的渗透和应用,使得交流电机调速技术日臻成熟。

以矢量控制为代表的交流调速技术通过坐标变换重建电机模型,从而可以像直流电机那样对转矩和磁通进行控制,交流调速系统的调速性能已经可以和直流调速系统相媲美。

因此,研究由矢量控制构成的交流调速系统已成为当今交流变频调速系统中研究的主要发展方向。

最后,综合矩阵变换的控制策略及异步电动机转子磁场定向理论,采用计算机仿真方法分别建立了矩阵变换仿真模型以及基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统仿真模型,对矩阵变换的控制原理、输入、输出性能以及矢量控制系统的优质的抗扰能力及四象限运行特性进行分析验证,展现了该新型交流调速系统的广阔发展前景,并针对基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统的特点,着重对矢量控制单元进行了软件设计。

本设计研究的是矢量控制的异步电动机的调速系统,采用MATLAB软件在其simulink中进行仿真。

关键词:坐标变换矢量控制异步电动机MATLAB simulink仿真ABSTRACTIn recent years, with the development of the power semiconductor device,the microelectronics component, the microcomputer and large-scale integrated circuit and modern control theory, especially the penetration from vector control technology to electric drive field and application, the feasible AC motor speed regulation technology has become more mature day by day.Depend on the control principle of the MC and the rotor-flux orientation theory, and using the computer simulation technology, the simulation model of the MC and the matrix converter fed induction motor vector control drive system has been build. The input-output characteristic and the ability of four-quadrantoperation have been testified, which has proved that the system has wide application field. The software of the vector control unit was designed at the end.This design is the study of vector control of the induction motor speed control system,using MATLAB software in its simulink simulation.Key words: matrix converter vector control induction motor MATLABsimulink simulation.目录1摘要......................................................................................... ABSTRACT .. (I)一.绪论 (4)1.1引言41.2 交流调速技术概况71.3仿真软件的发展状况及应用81.4 MATLAB 概述81.5 Simulink 概述11二.矢量控制理论 (12)2.1 异步电机的动态数学模型122.2 坐标变换162.2.1变换矩阵的确定原则162.2.2功率不变原则162.3矢量控制182.3.1 问题分析182.3.2直流电机的转矩控制182.3.3异步电机的转矩分析192.3.4 矢量控制原理19三. 总体模块设计 (22)3.1矢量控制结构框图223.2各子系统模块233.2.1求解磁链模块233.2.2 求解转子磁链角模块243.2.3 ids*求解模块243.2.4 iqs*求解模块253.2.5 ABC到DQ坐标变换模块253.2.6 DQ到ABC坐标变换模块263.3 电机参数设置263.4矢量控制环节模块283.5矢量控制的异步电动机调速系统模块28四. Simulink 仿真 (30)五. 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录1 3s/2r 坐标变换 (41)附录2 ω*=100和ω*=150时的比较 (43)一.绪论1.1引言交流电机特别是鼠笼异步电机,由于结构简单、制造方便、价格低廉,而且坚固耐用、惯量小、运行可靠、很少需要维护、可用于恶劣环境等优点,在工农业生产中得到了广泛的应用。

但是交流电机调速比较困难,早期的应用主要是调压调速,电磁转差离合器调速,绕线式异步电机转子串电阻调速,30年代提出了绕线式异步电机串级调速的方法,这些方法都是在电机旋转磁场的同步转速恒定的情况下调节转差率,效率都很低。

另一类调速方法是调节电机旋转磁场的同步速度,这是一种高效的调速方法,可以通过变极或变频来实现,其中变极调速只能是有极调速,应用场合有限。

交流电机高效调速方法的典型是变频调速,它既适用于异步电机,也适用于同步电机。

交流电机采用变频调速不但能实现无极调速,而且根据负载的特性不同,通过适当调节电压和频率之间的关系,可使电机始终运行在高效区,并保证良好的动态特性。

交流变频调速系统在调速时和直流电机变压调速系统相似,机械特性基本上平行上下移动,而转差功率不变。

同时交流电机采用变频起动更能显著改善交流电机的起动性能,大幅度降低电机的起动电流,增加起动转矩,所以变频调速是一种理想的交流电机调速方法。

变频调速系统目前应用最为广泛的是转速开环恒压频比控制的调速系统,也称为恒f v控制,这种调速方法采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案,其控制系统结构最简单,成本最低,适用于风机、水泵等对调速系统动态性能要求不高的场合。

转速开环变频调速系统可以满足一般的平滑调速要求,但是静、动态性能都有限,要提高静、动态性能,首先要用带转速反馈的闭环控制。

对此人们又提出了转速闭环转差频率控制的变频调速系统,该方法根据异步电机转矩的近似公式:,在转差s很小的范围内,只要能够保持气隙磁通Фm不变,异步电机转矩就近似及转差频率ωs成正比,控制ωs就达到间接控制转矩的目的。

但是转差频率控制是从异步电机稳态等效电路和转矩公式出发的,因此保持磁通恒定也只在稳态情况下成立。

一般说来,它只适用于转速变化缓慢的场合,而在要求电机转速做出快速响应的动态过程中,电机除了稳态电流以外,还会出现相当大的瞬态电流,由于它的影响,电机的动态转矩和稳态运行时的静态转矩有很大的不同。

因此如何在动态过程中控制电机的转矩,是影响系统动态性能的关键,人们经过深入的研究,提出了对异步电机更有效的控制策略。

异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统,对其最有效的控制首推70年代提出的矢量控制技术。

1971年德国西门子公司的F. Blaschke等提出的“感应电机磁场定向的控制原理”和美国的P. C. Custman和A. A. Clark申请的专利“感应电机定子电压的坐标变换控制”,经过不断的实践和改进,形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速系统。

矢量控制技术的提出,使交流传动系统的动态特性得到了显著的改善,这无疑是交流传动控制理论上的一个质的飞跃。

但是经典的矢量控制方法还存在不少问题,矢量控制要以转子磁链定向,然后才能把定子电流分解为磁化分量和转矩分量,使两者互相垂直,处于解耦状态,因此要先求得转子磁链的相位,才能进行坐标变换。

但是异步电机,特别使鼠笼式异步电机的转子磁链是无法直接测量的,只有实测电机气隙磁链后再经过计算才能求得,而且气隙磁场本身也常由于齿谐波磁场的影响而难以准确测量,这就影响了以转子磁链定向的矢量控制技术的可靠性。

对于这些问题,国内外学者进行了大量的理论分析和实验研究,取得了很多实际成果。

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。

1.2 交流调速技术概况据统计,电机类的耗电量占企业总用电量的70%以上,因此电机节能对国家经济具有重要的意义,电气传动及其自动化技术是电气技术的重要组成,电力传动的技术发展水平也是体现国家科技水平的重要方面。

应用变频调速技术对电机进行节能技术改造,可以有效地节电量,取得很好的经济效益。

20世纪60年代以前的调速系统以直流机组及晶闸管构成的直流V-M系统为主。

随着80年代IGBT等新型电力电子器件及微机控制技术的发展,及以矢量控制为代表的各种交流调速理论的发展,也伴随着人们为解决能源危机的巨大科研投入,交流调速技术得到迅速发展。

交流传动系统在性能上也已取得了长足发展,具备了宽调速范围、高稳态精度、快速动态响应及四象限运行等良好技术性能,其动、静态特性可以和直流传动系统相媲美。

交流调速系统其结构简单、功率大、坚固耐用、惯量小、矢量控制等高性能控制动态响应好、效率高、性价比高、高精度等特点,是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式,在传动系统领域占据了主导地位,在工业应用中远远超过了直流电机调速系统的应用,并有逐渐取代直流调速的趋势。

1.3仿真软件的发展状况及应用早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段:20世纪40年代模拟计算机仿真;50年代初数字仿真;60年代早期仿真语言的出现等。

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