无速度传感器的矢量控制系统仿真

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：武汉理工大学

题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真

初始条件：

电机参数为：额定电压U=380V、频率50

=、定子电阻s R=0.252Ω、

f Hz

额定功率P=2.2KW、定子自感

L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速

s

n=1420rpm、转子自感r L＝0.0016H、级对数p n＝2、互感m L＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2

要求完成的主要任务:

（1）设计系统原理图;

（2）用MATLAB设计系统仿真模型；

（3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较

参考文献：

[1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械

工业出版社，2005:212-215

时间安排：

2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电机的调速方案。矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。

关键词：矢量控制、无速度传感器、Matlab

目录

1矢量控制概述 (1)

2无速度传感器矢量控制系统 (1)

3无速度传感器矢量控制方法 (2)

4无速度传感器矢量控制系统SIMULINK分析 (3)

5仿真结果分析 (8)

6学习心得 (9)

7参考文献 (1)

无速度传感器的矢量控制系统仿真

1矢量控制概述

空间矢量法是一种应用于交流电机变频调速领域的最重要的闭环控制技术之一，并且常用于交流电机动态建模。空间矢量是一个复杂变量，其大小和角度都随时间任意地变化。目前被认为是假定在空间按正弦分布。在矢量控制的应用中，转速和转子的位置都可以通过使用诸如测速发电机或者编码盘等传统的机电传感器来获得。但是，这样增加了驱动系统的体积和成本。如果转速和转子的位置能够估计，我们就不必要再使用传感器。这就是所谓的无传感器控制技术。无传感器控制技术的主要目的就是估计转子的位置和转速并利用此电机速度参数测量电压和电流。

矢量控制，即利用空间坐标变换方法控制交流电机模型。在实现上通过坐标变换将三相坐标系变为两相，再由两相静止坐标系变换到两相旋转坐标系，由此将交流电机模型转化为直流电机模型。由于电机转速是利用转子磁链直接控制的。因此，该系统利用了转子磁链的定向控制原理。

矢量变换控制可以让交流电动机模仿直流电动机的控制规律。实现交流电动机磁通和转矩的相互独立控制，使交流电动机变频调速系统具有直流调速系统的全部优点。为了适应高精度的转速闭环控制及磁场定向的需求。要在电机轴上安装速度传感器。然而，在有些场合不允许外装任何速度和位置检测元件，且安装速度传感器在一定程度上降低了调速系统的可靠性, 增加了速度传感器本身带来的误差。解决这种问题，可以通过无速度传感器的矢量控制系统研究，使用间接计算法求出电机运行的实际转速值作为反馈信号, 实现转速外环控制。

2无速度传感器矢量控制系统

一般说来, 异步电动机无速度传感器控制系统, 把获得转速(或同时获得磁链) 的方法分为三大类一是利用电机的运动方程进行转速的推算; 二是利用电机的状态方程直接

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进行转速的计算; 三是利用自适应状态观测器观测磁链并同时对转速进行辨识。还有其它一些方法是这几类方法的变形、混合或是不便于把它归结为其中的某一种类型。

这种系统是用一个转速推算器代替速度传感器, 其中转速推算器有4个输入信号和2 个输出信号。转速推算器的一个输出就是电动机运行的实际转速值ω̅，以此作为转速反馈信号。其中ACR 为电流调节器。

3无速度传感器矢量控制方法

在电机定子侧装设电压传感器和电流传感器，检测三相电压U ABC和三相电流I ABC，根据3/2 变换求出静止轴系中的两相电压U sα、U sβ、及两相电流I sα、I sβ。由定子静止轴系（α−β）中的两相电压、电流可以推算定子磁链，估计电机的实际转速。

当二相同步旋转坐标系按转子磁场定向时，异步电机的数学模型为：

dωr dt =pL m

jL r

i sqψ

rd

−P

J

T L(1)

ωs=L m

T rψrd

i sq(2)

Dψrd dt =−1

T

ψ

rd

+L m

T r

i sd(3)

di sd dt =L m

σL s L r T r

ψ

rd

−R s L r2+R r L m2

σL s L r2

i sd+ω1i sq+U sd

σL s

(4)

di sq dt =−L m

σL s T r

ωrψ

rd

−R s L r2+R r L m2

σL s L r2

i sq+ω1i sd+U sd

σL s

(5)

式中: L s，L r，L m，R s，R r——分别为定、转子的电感、互感和电阻；

ω1，ωs，ωr，ω̂，——分别为同步转速、转差、真实转速和估算转速；

U sd，U sq，i sd，i sq——分别为按转子磁场定向后定子电压和电流的d、q轴分量；ψrd，θ——分别为按转子磁场定向后转子磁链的d轴分量、d轴与固定坐标α轴夹角；

T r，p，T L——分别为转子电磁时间常数、极对数和负载转矩；

σ，J ——分别为漏磁系数和转动惯量。

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