异步电机矢量控制M精编b仿真实验修订版
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仿真实现
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ａ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ； ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｍｌ ； ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
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 Ａ Ｂ Ｃ坐标 系上 的数学 模型依 然是 十分 困难 的 。 １ ９ ７ １ 年， 联邦 德 国的 Ｆ ． Ｂ ｌ ａ ｓ ｃ ｈ ｋ ｅ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 。 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ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 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ的 特 点， 应用 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ模块 库 及 在 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环 境 下 的 电力 系统 仿 真模块 库 （ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂ ｌ ｏ ｃ ｋ ｓ ｅ ｔ ） ， 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 … 。
基于SVPWM的异步电机矢量控制调速系统仿真
[ 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 ] 。
异步电机矢量控制与MATALAB仿真
在交流电动机中，因为三相对称绕组通过三相对称电流，气隙中就会产生空间旋转的磁场，电动机功率不变，按磁动势相等的原则，将三相对称绕组产生的空间旋转磁场用两相对称绕组来等效变换。图为三相和两相坐标系的磁动势矢量，A、B、C坐标轴组成了电动机的三相坐标系，α、β坐标轴组成了电动机的两相坐标系，N2为两相绕组每相的有效匝数，N3为三相绕组每相的有效匝数，每个坐标轴上的磁动势为该坐标轴上的电流与线圈匝数的乘积。
1.3论文研究的目的和意义
电机是电能的主要应用，是世界上应用最广泛电能转换为机械能的变换装置。但是直流电机本身存在一些问题，它不但结构和制造复杂，制造费时，价格昂贵，而且运行中电刷容易磨损，产生火花，需要经常进行维护，对环境安全的要求也比较高，不适合很多具有危险性的场合。
交流电机尤其是鼠笼式异步电机就具有众多的优点，它的价格远远低于直流电机，结构简单，制造方便，坚固耐用，不容易发生故障，能够在许多危险性场合使用，因为这一系列优势，让交流电机比直流电机获得了更加广泛性的应用。矢量控制系统较好的解决了交流电机的转矩控制，将坐标系从三相变换为两相，转子磁链定向从而实现转矩、磁链的解耦，达到了对交流电机的磁链电流和转矩电流分别控制的目的。使交流调速系统逐渐取代了直流调速系统，成为应用中主要的传动装置。
2.2 ××××××…………………………………………………………………Y
2.X ××××××…………………………………………………………………Y
3 ×××××………………………………………………………………………Y
………………………………………（略）
X ×××××……………………………………………………………………Y
把磁链方程带入电压方程后得到的电压方程为：
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。
异步电动机矢量控制系统Matlab仿真研究_毕业设计论文
毕业设计论文基于Matlab的异步电动机矢量控制系统的仿真研究1 引言交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。
对其仿真研究不能像控制系统那样可用各环节简化传递函数来表示，这样会有很多重要环节被忽略，完全体现不了交流调速系统的整体结构和各个环节点上的信号状态。
对电气传动系统的建模仿真力求达到与实际系统相一致，matlab提供的simulink中的电力系统工具箱（pow erlib）能很好地满足这一要求。
以往对电气传动系统的仿真研究主要集中在电机的建模和仿真[4][5]，最近，许多对复杂电力传动系统的建模仿真方法已提出，主要有运用仿真工具箱对电力传动系统建模仿真[7]和将电力传动系统的功能单元模块化的仿真建模[3]。
这些方法都是在matlab/simulink环境下，结合电力系统工具箱对复杂电力传动系统建模仿真，但是没有分析powerlib运行原理。
状态空间分析方法对于电力传动系统的建模仿真是一种方便有效的方法，它被成功地应用到powerlib中，能够完成复杂电力传动系统的建模仿真，并且能够方便的进行波形分析和控制参数的调节。
本文基于文献[6][8]，用状态空间方法分析powerlib中各主要元件的建模原理，给出了powerlib模块的仿真原理和使用方法，并且基于异步电动机矢量控制系统实例描述了复杂电力传动系统建模仿真的过程，分析了仿真中的实际问题，通过改进仿真方法，提高了仿真效率。
2 电力传动系统的建模和状态空间描述电力传动系统的建模包括以下几个主要部分：电力逆变器、电力半导体开关、电动机以及控制系统。
对于一个含有非线性元素的电路（例如电力电子电路）不能直接用状态空间描述，然而可以把电力电子电路分成非线性和线性两部分，线性部分用状态空间描述，非线性部分用非线性模型描述。
这样整个系统可以看作一个前向通道是线性部分，反馈通道是非线性部分的反馈系统，如图1所示。
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。
《电力拖动与控制系统》课程设计-异步电机矢量控制Matlab仿真实验
异步电机矢量控制Matlab仿真实验1 异步电机动态模型推导1.1 异步电机动态数学模型的性质电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同，至使表达式差异很大。
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。
(1)变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。
在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。
因此异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统。
(2)异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。
因此即使不考虑磁路不饱和等因素，数学模型也是非线性的。
(3)三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。
1.2 异步电动机的三相数学模型1.2.1 异步电机三相数学模型的前提假设在研究异步电机数学模型时，作如下的假设(1)忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽略铁心损耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以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相等。
异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。
若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y 连接。
然后，按Y连接进行分析和设计。
三相异步电机的物理模型如下图1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c随转子以角转速w旋转。
图1 三相异步电动机的物理模型1.2.2 异步电机的三相动态模型的数学表达式异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
异步电机SVPWM矢量控制仿真分析
第12卷 第2期2008年3月电 机 与 控 制 学 报ELE CTR IC M ACH I NE S AND CONTRO LVo l 12N o 2M ar .2008异步电机S VP WM 矢量控制仿真分析张春喜, 廖文建, 王佳子(哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨150040)摘 要:为了给实际电机控制系统提供必要的设计参数,依据异步电机矢量控制理论及空间电压矢量脉宽调制原理,在M atlab /Si m u li n k 下建立了基于空间电压矢量脉宽调制的异步矢量控制仿真模型,并针对仿真中的关键问题及系统的仿真结果进行了分析。
仿真结果表明,采用该控制系统电流、转矩波动小,转速响应迅速,系统的各项指标都满足电机实际运行特性要求。
关键词:空间电压矢量脉宽调制;矢量控制;仿真;异步电机中图分类号:TM 464文献标识码:A文章编号:1007-449X (2008)02-0160-04Si m ul ation analysis i n SVP WM vector control foras ynchronous motorZ HANG Chun -x,i LIAO W en -jian , WANG Jia -zi(Co ll ege of E l ectrical and E lectron ic Eng i neer i ng ,H a rbin U n i versity of Sc i ence and T echno logy ,H arb i n 150040)Abst ract :To prov ide the necessary design para m e ters for t h e actua lm otor contro l syste m ,the si m ulation m o led of vecto r contr o l syste m based on space vector pu lse w idth m odu lation (SVP WM )fo rA sychronousM otor is estab lished inMATLAB /Si m u li n k ,acco r d i n g to t h e princ i p le o fSVP WM and the theory of vector contro l syste m.The key prob le m s and resu lts of the si m ulation w ere analyzed i n detai.l The resu lts sho w that t h is syste m has s m a ller fluct u ations of current and torque ,qu icker response speed ,and all of the in -d icato rs accord w it h the perfor m ance of t h e actualm otor .K ey w ords :space vector pulse w i d th m odu lation ;vector con tro;l si m u lation ;asynchronous m oto r收稿日期:2007-09-12作者简介:张春喜(1964-),男,博士,教授,主要研究方向电机驱动控制、开关电源;廖文建(1983-),男,硕士研究生,主要研究方向交流调速;王佳子(1983-),女,硕士研究生,主要研究方向交流调速。
《电力拖动与控制系统》课程设计-异步电机矢量控制Matlab仿真实验
异步电机矢量控制Matlab仿真实验1 异步电机动态模型推导1.1 异步电机动态数学模型的性质电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。
无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。
交、直流电动机结构和工作原理的不同，至使表达式差异很大。
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。
(1)变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。
在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。
因此异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统。
(2)异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。
因此即使不考虑磁路不饱和等因素，数学模型也是非线性的。
(3)三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。
1.2 异步电动机的三相数学模型1.2.1 异步电机三相数学模型的前提假设在研究异步电机数学模型时，作如下的假设(1)忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。
(2)忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。
(3)忽略铁心损耗。
(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。
无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以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相等。
异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以是Δ连接。
若三相绕组为Δ连接，可先用Δ—Y变换，等效为Y 连接。
然后，按Y连接进行分析和设计。
三相异步电机的物理模型如下图1所示，定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的，转子绕组轴线a、b、c随转子以角转速w旋转。
图1 三相异步电动机的物理模型1.2.2 异步电机的三相动态模型的数学表达式异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。
基于MATLAB的异步电机转子磁场定向矢量控制系统仿真
（） ａ给定速度为 １ ０ ｒ ｉ ０／ ｎ时异步电机起动时的转速 波形 ５ ｍ
Ｅ＝ 一：＋ 一 岛 【 足＋ ＋（‘ 、 Ｒ 。 ≥ 厶 ， ＝ ｃ 、 ｃ ）
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出版 社
作者简介 ： 常伟（９０ ）男， １８一 ， 工程师 ， 电力大学在职研究生 ， 华北 首钢动力厂供 电技术 员。
１ 述 概
异步电机是—个高阶、 非线陛、 强藕合的多变量系统 ， 数学模型 比 较 复杂。 本文利用 Ｍ Ｔ Ａ Ｓ ｌ ｋ Ａ Ｌ Ｂ／ｉ ｉ 软件对异步电动机转子磁场定向控 ｍｕ ｎ 制系统动态过程建立仿真模型 寸 控制方案进行仿真研究。 按转子磁 场定向的矢量控制系统是已经获得实际应用的商陛能调速系统 ， 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， 实现将三相异步 电机像直流电机一样对磁场和转矩的解耦控制， 注重转矩与转子磁链的 解耦， 实行连续控制， 可获得较宽的调速范围， 使异步电机的动静态陛能 有很大提高， 所以， 异步电机矢量控制技术 已被广泛应用于商陛能异步 电机调速系统中。 ２异步电机的数学模型 对于笼型异步电机， 转子侧 电压为零， 根据文献［可以建立异步电 １ 】 机在 —Ｂ静止坐标系下的数学模型以同步角速度旋转的两相直流旋 转坐标 ｄｑ之间的变换， ， 可以推导出异步电机在 ｄｑ ， 坐标系上的数学模
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８ ８・
科 技 论 坛
基于Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ的异步电 机转子磁场定向矢量控制系统仿真
常 伟
（ 华北 电力大学电气学院， 北京 １０ ４ ） ０ ０ ３
异步电机SVPWM矢量控制的Matlab仿真
异步电机ＳＶＰＷＭ矢量控制的Ｍａｔｌａｂ仿真①李瑾②（南昌工程学院电气工程学院 江西南昌３３００９９）摘 要 ＳＶＰＷＭ（ＳｐａｃｅＶｅｃｔｏｒＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技术应用于交流异步电动机调速系统中不但改善了脉宽调制ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技术存在的直流电压利用率偏低的缺点而且具有电机转矩脉动小、动态响应快、噪声低等优点。
本文以两相静止的αβ坐标系中异步电机的数学模型为基础，运用Ｍａｔ ｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对采用转子磁场定向矢量控制策略的ＳＶＰＷＭ控制系统进行了仿真，仿真结果说明文中建立的三相异步电机仿真模型和所用的ＳＶＰＷＭ控制算法是正确和有效的。
关键词 空间矢量 脉宽调制 转子磁场定向 Ｍａｔｌａｂ中图法分类号 ＴＭ３４３ 文献标识码 ＡＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０１ ００２ＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＡｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒＳＶＰＷＭＶｅｃｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌＬｉＪｉｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００９９）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＳＶＰＷＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｅｄｉｎＡＣａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｏｆｌｏｗＤＣｖｏｌｔａｇｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｔｈａｖｅｌｉｔｔｌｅｍｏｔｏｒｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅ，ｆａｓｔｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｌｏｗｎｏｉｓｅａｄｖａｎｔａｇｅｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｄＳＶＰＷＭｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｒｏｔｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｖｅｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒａｎｄＳＶＰＷＭａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅｃｏｒｒｅｃｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｓｐａｃｅｖｅｃｔｏｒ Ｐｕｌｓｅｗｉｄｔｈｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｒｏｔｏｒｆｌｕｘｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｍａｔｌａｂ１ 前言空间电压矢量脉冲宽度调制（ＳＶＰＷＭ）控制策略是通过逆变器电压空间矢量的切换来得到接近圆形的旋转磁场，它具有比ＳＰＷＭ（ＳｉｎｕｓｏｉｄａｌＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）控制更好的性能如提高电压型逆变器的电压利用率，减小电机的转矩脉动并改善其动态特性等，其主要原因在于ＳＶＰＷＭ虽然不输出三相对称的ＰＷＭ波，但它在静态甚至暂态时都能产生准圆形旋转磁场，即它比ＳＰＷＭ更为直接地控制了交流电机的旋转磁场而不是象ＳＰＷＭ控制那样把控制重点放在波形的改进上［１］。
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。
异步电机矢量控制Matlab 仿真
异步电机矢量控制Matlab 仿真实验报告一．异步电机矢量控制的基本思想在转子磁场定向的基础上,经过一系列的坐标变换,实现将三相异步电机像直流电机那样对磁场和转矩的解耦控制,使异步电机的动、静态性能大大提高。
二．异步电机模型该模型状态方程：电压方程：1s s m 11s s m 12m r m r r r r 2r m m r r r r 000000i R L p L p u i R L p L p u i L p L R L p L i L L p L R L p ααββαβωωωω+⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-+-⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦电流方程：转矩方程：e p m β1α2α1β2()T n L i i i i =-三．异步电机矢量控制的仿真模型转速给定与电机反馈转速相比较后,通过速度PI 调节器,输出定子12121112122200*001k=LsLr-Lm r S r m r m m r r m S r m r r m m s m m s r s r s m m s m r s r s i i L R L L R L L L i i L u L R L L L R L k i L u R L L L R L L L i i L L Ls R L L L R L i ααββααβαββωωωωωωωω⋅⋅⋅⋅⎡⎤⎢⎥⎡⎤-⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦Lm电流转矩分量给定1q i ，定子电流励磁分量给定1d i 由磁链PI 调节器到。
定子三相电流经过坐标变换后的1d i 与1q i 给定值相比较,再经过磁通分量PI 调节器和转矩分量PI 调节器后分别输出定子电压分量1d u ，1q u 。
实质上对电机转子磁通和转矩的控制,可以转化为对转子磁场定向坐标系下定子电流id 1、iq 1的控制。
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。
异步电机矢量控制M精编b仿真实验
异步电机矢量控制M精编b仿真实验The pony was revised in January 2021基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真一．理论基础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iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，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ism和ist。
图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A 、B 、C 三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。
从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r ，变成一台以ism 和ist 为输入、ω为输出的直流电动机。
m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，ist 相当于与转矩成正比的电枢电流。
按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。
采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。
图1-2矢量控制系统原理结构图通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r 仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。
三相异步电机矢量控制matlab仿真 (2)
目录1 设计任务及要求 (3)2 异步电动机数学模型基本原理 (3)2.1异步电机的三相动态数学模型 (3)2.2异步电机的坐标变换 (8)2.2.1三相-两相变换 (8)2.2.2静止两相-旋转正交变换 (9)3 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 (10)3.1 按转子磁链定向矢量控制的基本思想 (10)3.2 以ω-is-ψr 为状态变量的状态方程 (10)3.2.1 dq坐标系中的状态方程 (10)3.2.2 αβ坐标系中的状态方程 (12)3.3 以w-is-Φr为状态变量的αβ坐标系上的异步电动机动态结构图 (13)3.4 转速闭环后的矢量控制原理框图 (14)3.5 转速闭环后的矢量控制系统结构图 (15)4 异步电动机矢量控制系统仿真 (16)4.1 仿真模型的参数计算 (16)4.2 矢量控制系统的仿真模型 (17)4.3仿真结果分析 (20)4.3.1 mt坐标系中的电流曲线 (20)5. 总结与体会 (22)参考文献 (22)1 设计任务及要求仿真电动机参数：R s=1.85Ω，R r=2.658Ω，L s=0.2941H，L r=0.2898H，L m=0.2838H，J=0.1284Nm·s2，n p=2，U N=380V，f N=50Hz。
采用二相旋转坐标系（d-q）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。
2 异步电动机数学模型基本原理交流电动机是个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
在研究异步电动机数学模型的多变量非线性数学模型时，作如下假设：（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120电角度，产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；（2）忽略磁路饱和，认为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。
2.1异步电机的三相动态数学模型电动机绕组就等效成图2-1所示的三相异步电动机的物理模型。
基于MATLAB的异步电动机矢量控制系统的仿真
基于MATLAB的异步电动机矢量控制系统的仿真
陈桂
【期刊名称】《电子机械工程》
【年(卷),期】2003(019)005
【摘要】根据异步电动机矢量控制的基本原理,基于MATLAB/SIMULINK构造异步电动机及其按转子磁场定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,使用时只需输入不同的电机参数即可.【总页数】3页(P48-50)
【作者】陈桂
【作者单位】南京工程学院自动化系,江苏,南京,210013
【正文语种】中文
【中图分类】TM343;TP391.9
【相关文献】
1.基于Matlab/Simulink的异步电动机间接矢量控制系统仿真 [J], 丁丽娜;高艳萍;谷军
2.基于MATLAB的异步电动机问接矢量控制系统的建模与仿真 [J], 路秀芬
3.基于Matlab的异步电动机矢量控制系统的仿真研究 [J], 刘福才;陈龙;韩会山
4.基于Matlab/Simulink的交流异步电动机矢量控制系统的仿真研究 [J], 吕万丰;杨江峰;熊基伟
5.基于Matlab/Simulink的异步电动机转差频率矢量控制系统仿真研究 [J], 王建华;何凤有
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异步电机矢量控制M精编b仿真实验修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真一．理论基础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iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，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ism和ist。
图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A 、B 、C 三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。
从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r ，变成一台以ism 和ist 为输入、ω为输出的直流电动机。
m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，ist 相当于与转矩成正比的电枢电流。
按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。
采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。
图1-2矢量控制系统原理结构图通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r 仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。
简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。
图1-3简化后的等效直流调速系统二．设计方法1.电流模型设计转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。
转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。
在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。
本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。
和由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流isα，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量isβ⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫++-=+--=βαβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1)也可表述为：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫++=-+=)(11)(11αβββααψωψψωψr r s m r r r r s m r r T i L s T T i L s T (2-1-2)然后，采用直角坐标-极坐标变换，就可得到转子磁链矢量的幅值r ψ和空间位置ϕ，考虑到矢量变换中实际使用的是ϕ的正弦和余弦函数，故可以采用变换式 22χαψψψr r r += (2-1-3) rr ψψϕβ=sin (2-1-4) rr ψψϕα=cos (2-1-5)图2-1-1 在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型2 矢量控制系统设计图3-1为电流闭环控制后的系统结构图，转子磁链环节为稳定的惯性环节，对转子磁链可以采用闭环控制，也可以采用开环控制方式；而转速通道存在积分环节，为不稳定结构，必须加转速外环使之稳定。
常用的电流闭环控制有两种方法：一个是将定子电流两个分量的给定置*sm i 和*st i 施行2/3变换，得到三相电流给定值。
采用电流滞环控制型PWM 变频器，在三相定子坐标系中完成电流闭环控制。
另一个是将检测到得三相电流施行3/2变换和旋转变换，达到mt 坐标系中的电流sm i 和st i 。
采用PI 调节器软件构成电流闭环控制，电流调节器的输出为定子电压给定值*smu 和*st u ，经过反旋转变换得到静止两相坐标系的定子电压*u α和*u β，再经过SVPWM 控制逆变器输出三相电压，其系统结构图如图3-2所示。
本次MATLAB仿真系统设计也是采用的这种控制方法。
图3-1 电流闭环控制后的系统结构图图3-2 定子电流励磁分量和转矩分量闭环控制的矢量控制系统结构图本次MATLAB系统结构仿真模型如图3-3所示，其中SVPWM用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，将大大增加仿真计算时间，对计算机的运行速度和内存容量要求较高，转速，转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，转子磁链幅值和角度由电动机模型直接得到。
矢量控制系统仿真模型图如图3-3所示。
图3-3 矢量控制系统仿真模型图由图中可知ASR为转速调节器，APsirR为转子磁链调节器，ACMR为定子电流励磁分量调节器，ACTR为定子电流转矩分量调节器，对转子磁链和转速而言，均表现为双闭环控制的系统结构，内环为电流恒定，外环为转子磁链或转速环。
其中系统中的K/P 模块是计算转子磁链幅值和角度的，其内部结构图如图3-4所示。
图3-4 转子磁链和角度计算结构图在此次设计中，由于电动机模型是根据两相静止αβ坐标系下的数学模型建立，在仿真设计中加入了静止两相——旋转正交变换（2s/2r变换）和旋转——静止两相正交变换（2r/2s变换），其MATLAB仿真结构图分别如图3-5和图3-6所示。
图3-5 2s/2r变换结构图图3-6 2r/2s变换结构图本次仿真设计中的调节器都是采用PI调节器，其传递函数为；i i ACR i (1)()K s W s s ττ+=(3-1) i K — 电流调节器的比例系数；i τ — 电流调节器的超前时间常数。
同时其传递函数也可写为：()I ASR p K W s K S=+ (3-2) 其PI 调节器的MATLAB 仿真结构图如图4-7所示。
而且此PI 调节器是带了限幅的。
根据MATLAB 的仿真图形，不断改进PI 调节器和Kp 和Ki 。
转速调节器ASR ，其结构图如图4-7所示，其中Kp 取5，Ti 取10，积分限幅取-100~100，转速给定根据电动机的额定转速1430 r/min ，可以得到其转速给定为149.75。
图3-7 ASR 调节器磁链调节器 APsirR,其结构图与转速调节器结构相同，其中磁链给定为1.2。
两个电流调节器MATLAB仿真模型如图3-8所示。
只是参数不同，ACMR的Kp取5，Ti取10；ACTR的Kp取5，Ti取15。
图3-8 电流调节器ACMR和ACTR仿真结构图三．仿真结果电机定子侧的电流仿真结果电机定子侧的电流（Isa&Isb）仿真结果如图4-1所示。
系统在t=3s时突加负载。
由仿真结果可知:空载起动时，定子电流基本稳定不变，成正弦变化。
在t=3s突加负载后，电流仍成正弦变化，幅值变大，但基本保持稳定。
图4-1 电机定子侧的电流（Isa&Isb）电机定子测电流（Ia&Ib&Ic）仿真结果如图4-2所示，空载启动时电流成交流变化，并且幅值逐渐变大，然后趋于稳定，电机在恒定幅值稳定运行。
当t=3s突加负载后，电流幅值突然加大，然后有一定的回落直到稳定运行，此时电流仍成交流变化，幅值大于空载运行时。
图4-2 电机定子侧的电流（Ia&Ib&Ic）电机输出转矩仿真结果电机输出转矩Te的仿真结果如图4-3所示。
结果表明，电机在空载启动时，输出转矩会有一个突变到较大值，随着电机的启动输出转矩减小直至为0并稳定运行。
在突加负载后，通过系统的闭环控制，使得电机输出转矩突增并超过给定负载转矩一定值，以保证电机正常运行，逐渐稳定后输出转矩回落到给定值，输出转矩等于负载转矩，电机稳定运行。
图4-3 电机输出转矩Te仿真图电机的转子速度及转子磁链仿真结果电机的转子速度Wr和转子磁链Psir仿真结果分别如图4-4和4-5所示。
可见，电机起动后，转速成线性上升，当上升到给定值时，转速调节器ASR的输出由于积分作用还维持在幅值。
转速超调后使得ASR退饱和从而稳定在给定值。
突加负载后，转速下降，但由于采用的是PI调节器，它具有消除静差的作用，所以转速很快上升继续保持在给定值。
转子磁链Psir建立后，几乎为恒值，在突加负载后，磁链有一个小幅度的上升，但在电流环的PI调节作用下，磁链Psir很快恢复到给定值，并在此状态稳定运行。
图4-4 电机的转子速度Wr仿真结果012345678910图4-5 转子磁链Psir仿真结果参考文献[1]陈伯时．电力拖动自动控制系统(第4版)．机械工业出版社．2004．[2]李德华．电力拖动控制系统(运动控制系统)．电子工业出版社．2006[3]裴润，宋申明．自动控制原理(上册)．哈尔滨工业大学出版社．2006．[4]黄忠霖．自动控制原理的MATLAB实现．国防工业出版社．2007．[5]冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践．2006.。