交流调速系统的Matlab仿真

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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导言1.1课题研究背景及目的1.1.1研究背景直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。

在相当长时期内，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。

尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向和在恶劣环境下的不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统的进一步发展。

交流电机自1985年问世以来，一直没有理想的调速方案，因此在恒速传动领域得到了长期的应用。

20世纪70年代以后，国际上解决了交流电机调速方案中的关键问题，带动了交流调速系统的快速发展。

目前，交流调速系统已逐渐取代大多数直流调速系统。

目前，交流调速具有调速范围宽、稳态精度高、动态响应快、工作效率高、四象限运行等优点。

其稳态和动态特性可与直流调速系统相媲美。

与直流调速系统相比，交流调速系统具有以下特点：（1）容量大；（2）转速高且耐高压；（3）交流电机的体积、重量和价格均小于同等容量的直流电机，且结构简单经济可靠、惯性小；（4）交流电机具有很强的可用性和耐用性，可以在非常恶劣的环境中使用；（5）新型高性能、高精度交流传动系统已达到与直流传动系统相同的性能指标；（6）交流调速系统能显著节能；从各方面看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。

1.1.1研究目的本课题主要利用MATLAB Simulink软件中的交流电机库对交流电机调速系统进行仿真，并从仿真结果中直接了解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了仿真研究，了解了PID调节器参数变化对系统性能的影响、系统动静态性能的优缺点以及适用环境。

1.2文献综述第1页基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真在实际应用中，电机作为将电能转换为机械能的主要设备，应具有较高的机电能量转换效率；其次，它应该能够根据生产机械的工艺要求控制和调整电机的转速。

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。

第四章 MATLAB与交直流调速系统仿真

根据是否把系统输出信号进行反馈并参与控制而将自动控制系统又分为开环控制系统和闭环控制系统。
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
4.1.2控制系统的技术指标与要求
控制系统的技术指标通常分为静态指标和动态指标两大类。
1、静态指标 ⑴调速范围生产机械要求电动机在额定负载时提供的最高转速 nmax与最低转速nmin之比叫做调速范围，表示为: D n max / n min
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
直流电动机I的状态空间表达式为：
x1 40 x 2 0 . 00144
y 0 x1 1 x2
92 . 5 x 1 500 0 x2 0
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
查看此模型方法是通过选择电机模型，在右键弹出式菜单中，点击Look under mask，即可实现。
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
4.3 直流调速系统与MATLAB 仿真实现
4.3.1直流调速系统控制方案
根据电动机的转速表达式：
n
u d id R d Ce
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
MATLAB与交直流调速系统仿真
第4章 MATLAB与交直流调速系统仿真
4.1控制系统及控制技术指标与要求
4.1.1 自动控制和自动控制系统介绍
自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象，如机器设备、生产过程中的速度、温度、压力等物理量自动的按照预定规律运行或变化的处理过程。并将这种能对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统称为自动控制系统。
输出方程
0 . 185 1 3 x 1 3 2 10 u 2 10 x 2 0 0

基于MATLAB的交流调速系统课程仿真教学研究

单位都在使用ＭＡＴＬＡＢ来解决各种疑难问题，它已经日益成为从事电气类专业的工程技术人员必须掌握的软件。２．基于ＭＡＴＬＡＢ的教学设计
ｏｆｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌｐｒａｃｔｉｃａｌｃｏｕｒｓｅ，ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅａｃｈｉｎｇｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｃｅ．
’
挣脱各种条件的束缚，快速高效地解决交流调速系统中的许多复杂问题，大大简化学习过程中的演算分析过程，有效提升学习效率，大大激发学习兴趣。ＭＡＴＬＡＢ凭借其强大的计算仿真、数据处理和人机交互功能，已经成为国际上应用最广泛
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＣｓｐｅｅｄａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ．
收稿日期：２０ｌ４．１２．２０
中图分类号：Ｇ６４２．０；文献标识码：Ａ；文章编号：ｔ００９．１１１４（２０１５）０１．０００６．０３
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｅａｃｈｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＣｏｕｒｓｅｏｆＡＣＳｐｅｅｄＡｄｊｕｓｔｍｅｎｔ — ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢ

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。

优质毕业设计基于MATLABSIMULINK的交流电动机调速系统仿真

1绪论1.1课题研究背景及目标1.1.1研究背景直流调速系统关键优点在于调速范用广、静差率小、稳定性好和含有良好动态性能。

在相当长时期内，高性能调速系统儿乎全部是直流调速系统。

尽管如此，直流调速系统却处理不了直流电动机本身换向和在恶劣环境下不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统深入发展。

交流电动机自1985年出现后，因为没有理想调速方案，所以长久用于恒速拖动领域。

20世纪70年代后，国际上处理了交流电动机调速方案中关键问题，使得交流调速系统得到了快速发展，现在交流调速系统已逐步替换大部分直流调速系统。

现在，交流调速已含有了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率和能够四象限运行等优异特征，其稳、动态特征均能够和直流调速系统相媲美。

和直流调速系统相比，交流调速系统含有以下特点：（1）容量大；（2）转速高且耐高压；（3）交流电动机体积、重量、价格比相同容量直流电动机小，且结构简单、经济可靠、惯性小；（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，能够在十分恶劣环境下使用；（5）高性能、高精度新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样性能指标；（6）交流调速系统能显著节能；从各方面看，交流调速系统最终将替换直流调速系统。

1.1.1研究目标本课题关键利用MATLAB-SIMULINK软件中交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，山仿真结果图直接认识交流系统机械特征。

本文关键对三相交流调圧调速系统进行仿真研究，认识PID调整器参数改变对系统性能影响，认识该系统动态及静态性能优劣及适用环境。

1.2文件综述在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能关键设备，一是要含有较高机电能量转换效率；二是应能依据生产机械工艺要求控制和调整电动机旋转速度。

电动机调速性能怎样对提升产品质量、提升劳动生产率和节省电能有着直接决定性影响。

所以，调速技术一直是研究热点M2】。

而交流调速系统凭着其绝正确优势，最终必将替换直流调速系统⑶。

MATLAB与交直流调速系统仿真

Matlab与交直流调速系统仿真
• Matlab软件介绍 • 交直流调速系统概述 • 交直流调速系统的仿真模型 • Matlab在交直流调速系统仿真中的
应用 • Matlab仿真的优化与改进
01
Matlab软件介绍
Matlab的特点与优势
强大的数学计算能力
Matlab提供了丰富的数学函数库，支持各种复杂的数学计算，包括矩阵运算、统计分析等。
控制系统分析与设计
Matlab提供了多种控制系统分析和设计的方法，如根轨迹法、频率响应法、状态空间法等。
02
交直流调速系统概述
交直流调速系统的定义与分类
交直流调速系统的定义
交直流调速系统是指通过调节交流或直流电源的电压、电流等参数，实现对电机等驱动装置的速度调节的系统。
交直流调速系统的分类
直流电机调速系统的仿真模型
01பைடு நூலகம்
建立直流电机数学模型
根据直流电机的工作原理，建立电压、电流、转速等物理量之间的数学关系。
02
建立控制系统模型
03
仿真模型的验证
根据控制策略和控制电路，建立控制系统的传递函数或状态方程。
通过实验数据或实际系统运行数据，对仿真模型的准确性和可靠性进行验证。
交流电机调速系统的仿真模型
详细描述
通过对仿真结果进行统计分析、性能指标评估等，可以全面了解各种控制策略和算法在不同工况下的表现。这有助于选择最优的控制方案，提高调速系统的性能和稳定性。
05
Matlab仿真的优化与改进
提高仿真的精度和稳定性
算法改进
采用更精确的数值计算方法，如有限差分法、有限元法等，以提高仿真精度。
图形可视化

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。

MATLAB与交直流调速系统仿真

未来展望
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

MATLAB仿真在交流调压调速系统实验教学中的应用

ｕｅｓａｔｅｔｕｔｒａｄｎｄｒｔｎｄｈｓｒｃｕｅｎｗｏｋｒｃｓｏｔｓｓｅｒｐｏｅｓｆｈｅｙｔｍｉｅｐｒｍｅｔｌｅｃｎｇ．Ｔｈｕ．ｉｎｘｅｉｎａｔａｈｉｓｔｈｅｐｌｓ
ＳＨＡＮＧＬｉ，ＣＨＥＮ．ｉ１ｅ
（ｅａｔｎｆＥｅｔｏｉＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉｇ，ＳｚｏｃｔｎｌＵｎｖｒｉＤｐｒｍｅｔｏｌｃｒｎｃｎｏｍａｉｎｉｅｒｏｎｕｈｕＶｏａｉａｉｅｓｔｏｙ，Ｓｚｏ１１４ｈｎ）ｕｈｕ２５０，Ｃｉａ
ｍｏｅｉＭＡＴＬｄｌｎＡＢｏｔａｅＴｈｅｐｒｐｒｙｆｓｆｗｒ．ｏｅｔｏＡｖｌａｅｎｄｐｅｃｎｒｌｙｓｅＣｏｔｇａｓｅｄｏｔｏｓｔｍｉａａｙｚｄｎｓｎｌｅｉｄｔｉｂｙｄｐｉｇｔｓｍｏｅ．Ｔｈｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｓａｅｃｎｉｔｎｉｔｓｉｌｅｈｅｒｔｃｌｅａｌａｏｔｎｈｉｄ１ｉｌｔｏｅｕｔｒｏｓｓｅｔｗｔｈｈｏｅｙｅｄｄｂｙｔｏｅｉａａａｙｉ．Ｂｅａｓｈｉｌｔｏｍｏｅｈａｄｒｃｖｓｂｉｔｉｈｒｐｃｎｌｓｓｃｕｅｔｅｓｍｕａｉｎｄｌｓｉｅｔｉｉｌｙｗｔｇａｈｉｉｓ，ｉ’ ｅｓｅｆｒｓｕｅｔｏｔＳａｉｒｏｔｄｎｓｔ

基于MATLAB的交流调速系统仿真

摘要随着电力拖动控制系统的发展，交流调速系统在动态响应，调速范围，稳态精度等各个方面的优良性能可以与直流调速系统相媲美，而且交流电动机拥有结构简单，维护方便等优点，交流调速系统已经成为了电动机调速的主要发展方向。

然而交流调速系统比直流调速系统复杂，所以采用计算机仿真的方法来分析交流调速系统是解决这一问题的一种有效工具。

传统的计算机仿真软件缺乏直观性和灵活性，而且操作起来并不方便，不容易实现仿真，而MATLAB软件拥有着直观、灵活、高效、易拓展等特点，而且在实时监控上有着很大的优势，又具有较强的开放性，可以在软件中编写自己的程序来拓展工具包，这是最受人们欢迎的地方。

所以本次设计采用MATLAB软件中的Simulink部分和SimPowerSystem部分进行交流调速系统的仿真，并且分析其特性。

关键字:MATLAB 交流调速系统Simulink 仿真ABSTRACTWith the development of electric drive control system, the excellent performance of AC speed regulation system in dynamic response, speed regulation range and steady-state accuracy can be compared with that of DC speed regulation system, and AC motor has the advantages of simple structure and convenient maintenance, so AC speed regulation system has become the main development direction of motor speed regulation. However, AC speed control system is more complex than DC speed control system, so using computer simulation method to analyze AC speed control system is an effective tool to solve this problem.The traditional computer simulation software is poor in intuition and flexibility, and it is inconvenient to operate and not easy to realize simulation. MATLAB software has the characteristics of intuition, flexibility, high efficiency and easy to expand, and it has great advantages in real-time monitoring and has strong openness, so it is the most popular place for people to develop toolkits by writing their own programs in the software. Therefore, thisdesign adopts Simulink part of MATLAB software to simulate the AC speed control system and analyze its characteristics.Key Words: Simulink Simulation MATLAB AC speed control system目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 交流调速系统国内外发展情况 (1)1.3 交流调速系统存在的问题 (2)第二章 MATLAB/Simulink仿真环境 (3)2.1 MATLAB的发展历程 (3)2.2 Simulink的简介 (3)2.3 MATLAB与Simulink的操作界面 (3)2.3.1 MATLAB与Simulink的操作界面 (3)2.3.2 Simulink的操作界面 (4)第三章转速闭环控制交流异步电动机调压调速系统仿真 (6)3.1基本原理 (6)3.2系统仿真模型和参数设置 (7)3.2.1系统仿真模型 (7)3.2.2主电路参数模型设置 (7)3.2.3控制电路模型参数设置 (8)3.2.4系统仿真参数设置 (9)3.3仿真结果分析 (9)第四章变频调速系统的仿真 (10)4.1 SPWM 内置波调速系统仿真 (10)4.1.1 基本原理 (10)4.1.2 系统仿真模型 (10)4.1.3 主电路模型参数设置 (10)4.1.4 控制电路模型参数 (10)4.1.5 系统仿真参数设置 (11)4.1.6 仿真结果分析 (11)4.2 SPWM外置波调速系统仿真 (11)4.2.1 系统仿真模型及参数设置 (11)4.2.2 仿真参数设置及仿真结果分析 (11)4.3 转速开环的交流异步电动机恒压频比控制调速系统 (12)4.3.1基本原理 (12)4.3.2系统仿真模型和参数设置 (12)4.3.3仿真结果分析 (13)4.4转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 (14)4.4.1基本原理 (14)4.4.2系统仿真模型与参数设置 (14)4.4.3仿真结果分析 (15)4.5异步电动机直接转矩控制调速系统 (15)4.5.1基本原理 (15)4.5.2系统仿真模型与参数设置 (16)4.5.3仿真结果分析 (20)4.6转速闭环、磁链闭环控制的异步电动机矢量控制调速系统 (20)4.6.1基本原理 (20)4.6.2系统仿真模型与参数设置 (20)4.6.3仿真结果的分析 (22)第五章总结........................... 错误！未定义书签。

交流调速系统MATLAB 仿真应用

1异步电机变频调速时机械特性的MATLAB 仿真分析交流异步电动机的机械特性描述了交流异步电机电磁转矩与转差率之间的关系，实质揭示了交流异步电机转子转速与负载转矩之间的变化关系。

通过编写MATLAB 程序绘制异步电机在变频调速过程中的机械特性曲线变化规律。

一台三相四极鼠笼异步电机，额定电压380V ，额定转速1458r/min ，额定频率50Hz ，定子绕组△连接，定子电阻1.375Ω，转子电阻1.047Ω，定子漏感2.43H ，转子漏感2.43H 。

基频50Hz 以下采用恒转矩控制方式，基频以上采用恒功率控制方式，程序计算时频率值取10Hz 、30Hz 、50Hz 、70Hz 、90Hz 共5组数据，各频率对应电压值分别为76V 、228V 、380V 、380V 、380V 。

程序计算流程图如图1所示，计算结果如图2所示。

由图2可知，只要保证交流异步电机在变频调速过程中，电机能够输出的最大电磁转矩大于负载转矩，即能处于稳定运行阶段，变频调速过程中机械特性曲线是上下平行移动，基本能实现平滑调速。

此外，在基频50Hz 时，电机能够输出的电磁转矩最大，无论频率升高还是降低，电机输出电磁【基金项目】重庆文理学院校级教改项目，项目编号：190215。

重庆文理学院校级教改项目，项目编号：180224。

【作者简介】朱贤勇（1986-），男，重庆人，讲师，从事电气自动化研究。

交流调速系统MATLAB 仿真应用The Application of MATLAB Simulation in AC Speed Regulation System朱贤勇1，万晓慧2（1.重庆文理学院电子信息与电气工程学院，重庆402160；2.重庆文理学院土木工程学院，重庆402160）ZHU Xian-yong 1,WAN Xiao-hui 2(1.School of Electric Information and Electrical Engineering,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;2.School of Civil Engineering,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China)【摘要】基于交流异步电动机机械特性方程和正弦波脉冲宽度调制技术基本思想，论文运用MATLAB 仿真软件编写计算程序和搭建仿真模型，揭示了交流异步电动机在变频调速过程中机械特性的变化规律和验证了正弦波脉冲宽度调制技术的基本原理。