04 异步电机矢量控制(VC)系统仿真实验

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。

异步电机矢量控制系统仿真实现

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｖｅｃｔｏｒ — ｃｏｎｔｒｏｌａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｍａｔｈ —
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；ｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｍｌ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
１引言
异步电机作为交流传动系统中一个主要执行环节，其本身是一个高阶次、非线形、强耦合的多变量系
广泛认可的： ①忽略磁路饱和及铁耗，认为各绕组的自
感、互感都是线性的； ② 三相绕组对称，磁势沿气隙周围按正弦分布； ③ 不考虑温度和频率变化对电机的影
响。但是，即使在上述假设条件下，要分析和求解异步电机在ＡＢＣ坐标系上的数学模型依然是十分困难的。１９７１年，联邦德国的Ｆ．Ｂｌａｓｃｈｋｅ等人首先提出在
统，其动、静态性能相当复杂。在进行复杂的系统设计
时，采用计算机仿真的方法是十分有效和必要的。Ｍａｔｌａｂ是一种交互式仿真系统，特别适用于动态系统的建模和仿真。本文结合Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的特点，应用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块库及在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下的电力系统仿真模块库（ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＢｌｏｃｋｓｅｔ），构造一种异步电机矢量控制系统的数学模型及仿真方法。通过可靠的仿真实验，说明该模型的正确性，为同类系统提供了一种有效、可靠的研究依据 … 。

异步电动机矢量控制系统仿真研究

异步电动机矢量控制系统仿真研究摘要：本文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Matlab/Simulink 构建一种异步电动机矢量控制系统的模型。

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；Matlab/Simulink1 引言直流电动机调速系统具有优良的静、动态调速特性，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[1-2]。

在1971 年德国学者提出的矢量变换控制方法中，正交旋转坐标系的直轴励磁轴（M）与转子磁场重合，交轴为转矩轴（T），转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩的方程得到简化，即在磁场恒定的情况下，电磁转矩与交轴电流分量成正比，因此，感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样，实现了磁场和转矩的解耦控制。

像直流调速系统一样，实现了交流电动机的磁通和转矩分别独立控制，从而使交流电动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[3-5]。

2 转子磁场定向（FOC）控制框图矢量控制系统的结构图如图1所示。

系统的给定量有参考转速和参考磁链，其总的控制思路是：给定磁链除以1/Lm输出励磁电流给定值，给定转速与电机反馈转速相比较后，通过速度调节器，输出转矩信号的给定值，电机三相实际输出电流经过坐标变换，解耦为实际励磁电流分量和转矩电流分量。

励磁给定值与实际励磁电流，转矩信号给定值与实际转矩电流分量分别经过pi调节器后，经过旋转逆变换，换算成两相静止坐标下矢量调制信号αU 、βU ，再由SVPWM算法得到PWM脉宽调制信号，去驱动控制逆变器的功率开关器件IGBT，最终实现了异步电机转矩的有效控制[4-5]。

PI图1 异步电动机矢量控制系统结构图3 系统仿真模型的建立系统的仿真模型如图2所示：图2 异步电动机矢量控制系统仿真图3.1 主要仿真模块介绍3.1.1 速度、转矩、磁链调节器模块三个调节器的参数值如表1；三个调节器的内部接线结构如图3所示。

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。

毕业设计异步电机电压空间矢量系统的仿真研究

摘要摘要由于直流电动机结构复杂，制造费时以及需要经常性维护等缺点，使得人们一直努力寻找能替代直流电动机调速的交流电动机调速。

随着电力电子技术、PWM调制技术、计算机控制技术、交流电动机的控制技术的发展，交流调速系统由于其坚固耐用、运行可靠等众多优点，正在逐步取代以前直流调速系统，在传动领域占据主导地位。

直到20世纪80年代中期，德国学者们在交流电机调速中提出了磁链轨迹控制的思想，在此基础上进一步发展产生了电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)的概念。

SVPWM又称磁链追踪型PWM法，它是从电动机的角度出发，着眼于如何使电机获得圆磁场。

本文首先介绍了种种交流调速技术，并逐一的分析其优缺点，然后重点详细的介绍了电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，就其如何使电机获得圆磁场进行了具体的分析和推导。

并且推导出在MATLAB/SIMULINK环境下SVPWM控制信号的数学模型，并得到SVPWM控制下的电动机输出电流、电压、转速、转矩、磁链等信号的波形，经分析证实了异步电机在SVPWM控制下，具有启动电流小、转速稳定快、直流利用率高、能量损耗少、谐波少、控制简单等优点。

AbstractAs the DC motor complex, manufacturing time and the need for regu lar maintenance shortcomings, so people have been looking for an alternati ve to DC motor speed control of AC motor speed control. With the powe r electronics, PWM modulation technology, computer control technology, c ommunication technology, the development of motor control, AC drive syst em because of its rugged, reliable operation of the many advantages, is gr adually replacing the previous DC drive system, in drive occupy dominanc e.Until the mid-1980s, the German scholars proposed in the alternating current machine velocity modulation the flux linkage trajectory control's th ought that based on this further developed has had the voltage space vect or pulse-duration modulation (SVPWM) concept. SVPWM said that the flu x linkage tracing PWM law, it is from electric motor's angle embarking, h ow focuses to cause the electrical machinery to obtain the circular field.This paper introduces the various AC variable speed, and the analysis of their advantages and disadvantages of each, and then focus on a detail ed description of the voltage space vector pulse width modulation (SVPW M) technique, on how they get round the motor magnetic field analysis a nd derivation of specific . And derived in the MATLAB / SIMULINK en vironment, the mathematical model of SVPWM control signal, and get SV PWM under the control of motor output current, voltage, speed, torque, fl ux and other waveform, confirmed by the analysis of induction motor und er the control of the SVPWM with a start current, speed stability and qui ck, DC high efficiency, low energy loss, less harmonic control and simple.目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1引言 (1)1.2交流调速的发展历程 (2)1.2.1三大核心技术的突破 (2)1.2.2三个发展阶段 (4)第2章SVPWM调制原理和主电路设计 (10)2.1SVPWM调制技术概述 (10)2.2SVPWM调制原理 (10)2.3主电路拓扑 (15)2.4主电路参数计算 (16)第3章基于MATLAB/SIMULINK的仿真 (18)3.1MATLAB/SIMULINK简介 (18)3.2SVPWM的算法及仿真 (19)3.3异步电机模块的介绍 (27)3.4SVPWM控制下的异步电机仿真 (27)第4章仿真结果与波形分析 (30)4.1SVPWM控制下电机的输出波形 (30)4.2波形分析 (35)结论 (36)参考文献 (38)第1章绪论第1章绪论1.1 引言调速分为直流调速和交流调速两大类。

异步电机矢量控制系统的设计及仿真研究

－
G^（
s）
R（］
s）
+
1 － C（ s） G^（ s）
1 + C（ s）［G（ s）
－
G^（
s）
D（］
s）
（ 7）
由式（ 7）可知，当模型与对象匹配，即 G^（ s） = G（ s）时，若
选择 C（ s） = G^ － 1 （ s）且此时系统可实现，则式（ 7）变为 Y（ s）
= R（ s），即系统的输出始终等于输入，不受任何干扰。此外，
+ +
1 1
·2λλss
++11·s
（ 11）
由式（ 5）可得基于内模控制的速度调节器为：
F（ s）
=
（
Tc s
+ 1）（ 2λs Kλ2 s
+ 1）
（ 12）
显然这也是一种 PID 调节器，但是它只有一个可调参数 λ。
图 5 矢量控制变频调速系统近似动态结构图
5 仿真试验结果
为验证本方案的有效性，搭建矢量控制系统如图 7 所示，速度调节器采用内模控制方法。
收稿日期： 2011 － 03 － 13
前已经有许多较为成熟的方法，如定子磁场定向矢量控制、气隙磁场定向矢量控制、转子磁场定向矢量控制、电压定向矢量控制等，而且应用于工业领域中，获得了很好的控制效果［1］。在矢量控制系统中，异步电机的速度调节器一般都采用常规的比例积分即 PI 调节器。这种调节器具有结构简单，可靠性较高，抗扰性强，稳态精度高等优点。由于采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入转速调节阶段后，必须要使转速调节器退出饱和状态。按照 PI 调节器的特性，只有使转速超调，才能使 ASR 退出饱和，这就是说采用 PI 调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调［2］。为解决这一问题，文献［3］提出采用 I － P 控制器取代 PI 调节器

异步电机矢量控制系统的仿真建模与实现

ＺＵＹａＷＡＧＬＩｈｎ—ａ，Ｉｉ— ｎＨＯｕｎ，Ｎｉ，ＱＵＺｏｇｃｉＬｎｌｇＪｏ
（．ｈｔｅｅｔｉＥｇｎｅｉｇＩｓｉｔ，ｏｔｗｓＪａｔｎｎｖｒｉ，ｈｎｄ１０１Ｃｉａ１ＰｏｏｌｒｃｎｉｅｒｎｔｕｅＳｕｈｅｔｉｏｏｇＵｉｅｓｙＣｅｇｕ６０３，ｈｎ；ｃｎｔｔ２Ｅｉａｕ，ｏｔｗｅｔｉｏｏｇＵｎｖｒｉ，ｍｅ６４０，ｈｎ）．ｍｅＣｍｐｓＳｕｈｓａｔｎｉｅｓｔＥｉ１２０ＣｉａＪｙ
控制（矢量控制）的方法；建立了一种在转子坐标系下异步电机的矢量控制系统仿真模型；即仿真结果表明，基于矢量控制的方法能够实现对异步电机的解耦，即通过控制励磁电流分量和转矩电流分量的大小直接控制异步电机磁场和转矩，使交流异步电机获得和直流电机相媲关的
２１０２年第６期
文章编号：０９— ５２２１）６１５— ６１０２５（０２０ —０９０中图分类号：Ｐ９Ｔ３１文献标识码：Ａ
异步电机矢量控制系统的仿真建模与实现
周源，王黎，邱忠才，李金龙
（．西南交通大学光电工程研究所，成都６０３；２１１０１．西南交通大学峨嵋校区，峨嵋６４０）１２０
摘
要：异步电机矢量控制是在交流电机的双轴理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上

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。

异步电机矢量控制系统性能优化及仿真分析

ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓ．ＡＣｍｏｔｏｒｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ，ｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎｄｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇ．ＷｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｃｌａｓｓｉｃＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｓｏｍｅｄｅ・
ｆｅｃｔｓｍａｙａｐｐｅａｒ，ｓｕｃｈａｓｓｌｏｗｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅ，ｂｉｇｏｖｅｒｓｈｏｏｔ，ａｎｄｐｏｏｒａｎｔｉ —ｊａｍｍｉｎｇｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ
统的性能得以优化。关键词：异步电机；抗积分饱和；扰动观测器；抗干扰中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ａ
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ
摘要：研究异步电机矢量控制系统的性能优化问题。异步电机具有多变量，非线性，强耦合特性。针对控制系统采用经典ＰＩＤ控制器时出现的速度响应慢，超调大，抗干扰性能差，提出了一种采用Ａｎｔｉ — Ｗｉｎｄｕｐ控制和扰动观测器控制的复合控制方法，来抑制积分饱和现象，可保证系统出现饱和时，能尽快的退饱和，同时利用扰动观测器对系统的干扰进行估计和补偿。仿真结果表明，改进算法能很好地解决调速系统的超调问题，加快速度响应，同时增强了系统的抗干扰性能，可以使调速系

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.

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。

异步电机矢量控制系统的建模与仿真

2011 年第 1 期
安
徽
冶
金
13
异步电机矢量控制系统的建模与仿真
江辉
1
陈
飞
2
( 1 马鞍山钢铁股份有限公司
摘要
2 安徽工业大学)
介绍了异步电机空间矢量坐标交换及其对应的数学模型 , 应用 SIM U L IN K 构建了异步电机的矢量异步电机矢量控制 SIM L IN K 仿真
2011 年第 1 期
的运行, 均是通过矢量坐标变换来实现的, 因此将这种控制系统称为矢量变换控制系统。
2. 4 按转子磁链定向的异步电机矢量控制系统的方程式 L md L rd
2 矢量控制系统的描述及数学模型
2. 1
UA UB UC Ua Ub Uc =
异步电机的在三相静止坐标系下的数学模型电压方程为 :
M T 坐标系( 同步旋转坐标系 ) 。 i MT = A 2 i = A 2 A 1 iabc 直流电机的模型可以用 MT 坐标系来等效, T 绕组上的电流等效电枢绕组电流分量 , M 绕组上的电流等励磁电流分量。这样将直流标量作为电朵的控制量 , 然后又将其变换成交流量去控制交流电机
1 矢量控制的描述
0 前言
随着电力电子技术和自动化技术的不断发展 , 促进了交流异步电机取代直流电机成为工业传动的主体 , 而矢量控制理论是实现这一转变的关键技术之一 , 由于交流异步电机是一高阶的、非线性、强耦合的多变量系统。在矢量控制的理论下通过坐标变换, 可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程阶数, 从而简化数学模型。可以通过对磁链的控制改善电机静态和动态性能 , 目前矢量控制已成为国际上变频领域应用最广泛的控制技术之一。笔者采用异步电机基于两相静止坐标系下的数学模型, 结合坐标变换, 利用 M AT L AB 软件中的动态仿真工具 SIM UL INK, 建立了异步电机带转矩内环的转速、磁链闭环的矢量控制系统的仿真模型, 并给出了仿真结果。

异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究开题报告

异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究开题报告一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义在近二三十年来，各国学者致力于研究无速度传感器控制系统，无速度传感器控制技术的出现开始于常规带速度传感器的传递动力控制系统，处理问题的起始点是运用检测容易检测到的物理量诸如定子电流和定子电压估算它的速度而代替速度传感器。

主要的方面是怎么样进行对转速的信息的准确得到，并且保持有很高的控制准确度，实现即时控制的需要。

对硬件的检测在无速度传感器的控制系统一般不会出现，省去了伴随着带速度传感器的很多必须的麻烦步骤，对该系统的可靠程度进行了增加，减少系统成本的支出，增加了系统的简易程度：另外使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机和控制器之间的连线，无速度传感器的异步电机的调速系统因为这方面的优势得以在工程中得到广泛的应用。

研究人员为了解决速度估计、磁通辨识和参数适应性等基本问题，提出了多种转速估计和磁通辨识的方法，可运用状态估计、间接测量、参数辨识、直接计算等手段，从定子电流和定子电压中提取出与速度有关的量，从而获得转子速度。

在电力电子器件、计算机技术和微处理器的迅猛发展期间，变频调速的控制技术和手段由变压变频、转差频率控制发展到了矢量控制变频调速技术，交流电机无速度传感器矢量控制三电平变频技术最近二三十年才发展起来的一项控制技术。

无速度传感器控制技术的发展从一般的有速度传感器的传递动力控制系统开始，处理问题的方法是运用检测的定子电压、电流等检测出来不复杂的量进行速度估计而代替速度传感器。

最主要的是对于转速信息的获取，且保持较高的控制精度并且满足实时控制的要求。

在中国，这方面的应用才发展了10多年，这一技术的发展，不仅仅是控制技术的进步和调速性能的优良所能概括的，它已经和节约能源和经济效益密切联系，成为影响国民经济发展的重要因素。

在外国，小到家用电器，大到交流电动机，都是采用了这项技术，其变频器类的产品的发展，有每两年也一次的更新速度。

矢量控制的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。

关键词：坐标变换矢量控制异步电动机仿真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-quadrant operation 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.Key words: matrix converter vector control induction motor simulation目录摘要 ...............................................................................................................................................1.绪论 01.1行业背景 01.2 交流调速技术概况 (1)1.3 MATLAB 概述 (2)1.4 Simulink 概述 (3)2.矢量控制理论 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

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