论文总字数：19480字

摘 要

在过去的几十年里，直流电动机调速系统被大家广泛应用，但是在使用中也发现了很多局限性的问题，而后人们经过逐渐的改革与创新，开始使用交流异步电动机的变频调速。考虑到相对恒压频比控制和直接转矩控制在很多性能上不能满足用户的需要，所以文中采用的是矢量控制。在研究的过程中建立了关于异步电动机的数学模型。经过研究发现异步电机矢量控制系统较其他系统而言动态性能和低速机能好、调速范围宽。最后利用MATLAB软件工具箱SIMULINK对磁链闭环控制系统进行仿真，给出了仿真结果，并对结果进行了分析。

关 键 词：异步电动机,矢量变换,变频调速,SIMULINK

Abstract：In the past decades, speed control system of DC motor is widely used, but a lot of the limitations of the problems found in the use of people, and then after the reform and innovation gradually, begin to use AC asynchronous motor variable frequency speed regulation. Considering the relatively constant ratio of voltage and frequency control and direct torque control is not in a lot of performance to meet the needs of users, so the paper is used in vector control. During the research process, the mathematical model of asynchronous motor is established. Through the study found that the induction motor vector control system with other system dynamic performance and low speed performance, wide speed range. Finally, using the software MATLAB toolbox of SIMULINK to simulate the flux feedback control system, the simulation results are given, and the results are analyzed.

Key Words: asynchronous motor，vector control，variable frequency, SIMULINK

目 录

1 引言 4

1.1 异步电机矢量控制变频调速系统研究目的和意义 4

1.2 异步电机矢量控制变频调速系统的现状与发展 4

2 矢量控制系统 6

2.1 矢量控制系统的原理 6

2.2 转差频率矢量控制 7

2.3 气隙磁场定向矢量控制 7

2.4 定子磁场定向矢量控制 8

2.5 转子磁场定向矢量控制 8

2.6 异步电动机数学模型建立 9

2.7 转子磁场定向异步电动机矢量控制基本原理 12

2.8 矢量控制的概念和基本思想 13

3 矢量控制系统仿真研究 18

3.1 MATLAB／SIMULINK简介 18

3.2 异步电动机直接矢量控制在MATLAB／SIMULINK下的模型 19

3.3 异步电动机的重要子模块模型 20

3.4 系统仿真结果和分析 22

结论 25

参考文献 26

致谢 28

1 引言

1.1 异步电机矢量控制变频调速系统研究目的和意义

一般来说我所研究的交流电动机无非就是同步的和异步的。异步电机它的转子转速不仅仅与电源的供电频率有关，还与负载大小有关系。异步电机仅供给定子励磁，转子电流和励磁则是依托定子磁场的感应而来的。在一般情况下，异步电动机是多电机运行。但与同步电机相比，异步电机的调速性能好。但是异步电动机需要从电网吸收滞后无功，从而会使电网的功率因数恶化。虽然有以上的一些缺点，但是它的优点还是被大多数人所看好的。异步电机关于直流电机具备布局单一，制造便捷，运转可靠，坚固耐用，价格便宜，易于维护等明显的长处，因而在工农业，交通运输，国防等领域中得到广泛的应用。异步电动机是电力拖动体系中的一种特别重要的机电能量改变装配和执行机构。

1.2 异步电机矢量控制变频调速系统的现状与发展

随着各种交流电机技术的进步，也必定经历了几个时期才得以完善的：初期通用变频器，一般只考虑到它的控制结构简单、成本较低，所以刚开始都是以开环恒压频比控制方法来进行研究的。但是后来也慢慢地发现它的好多不足，比如控制以及调速不是很好，控制曲线不稳定，转矩反应速度慢，电磁转矩利用率低，稳定性因为低速定子电阻以及逆变器死区效应变得不好，一般来说比较适宜应用在水泵、风机等地方；改革开放的日本学者跟踪基于磁链空间矢量的电压（或磁通轨迹法）。整体概念是基于三相波形产生的条件的影响，为理想的圆形旋转电机气隙磁场接近目标轨迹，产生三个相位调制波形即为电压空间矢量控制。要想完全能够消除速度控制稳态的偏差，我们首先要建立有关于电机的稳态模型。只有消除低速时定子电阻对调速机能的干预，才能达到预期的效果。这就需要用直流电流信号重建相电流进而估算出磁链幅值经过反馈控制来消除干预。当我们能够完成输出电压、电流的闭环控制，动态负载下的电压控制精度和稳定度就可以的到提高促使得电流波形得到改良。完成迅速的加减速全因为该控制方式对再生过电压、过电流抑制较为显著。

交流电机是一个多变量，极其复杂的非线性控制，该方法在控制特性，静态和动态的效果不是很好。想要从根本性上改善系统的性能，需要用到转矩控制调节。海外的一些学者经过对电机数学模型的简化，让它的不足得到了改善，完成了如今应用较为广的矢量控制理论。也称磁场定向控制。它是以直流电动机和交流电动机的比较得出来的，而在七十年代初期由西德F．Blasschke等人将它提了出来。创造了一个交流—直流电机等效控制。交流电动机控制的繁杂性，在以往的实验中大家能够明显看出，但并不影响其能完成转矩、磁场独立控制。矢量控制的基本原理是控制的磁通矢量电机，通过分化的定子电流，使转矩和磁场分解为两个部分，其变化是由一种正交坐标解耦控制完成。但是在实际的控制过程中却很难达到理想的预期效果，主要是因为矢量控制技术在实践操作上存在不足导致转子磁链难以观察以及矢量变换比较复杂。我们需要在这种矢量控制系统中配置转子位置和速率传感器，以便于获得转子磁链在空间上的位置，这样一来才能完成定子电流的解耦控制，这种方法有一定的局限性不方便操作，不适用很多场合。电机运转过程又会受到好多因素的影响，比如恶劣的温度等外界环境以及电机转子时间常数等参数会改变电机磁场，很大程度上降低了控制系统精度，国内外许多学者在转子时间常数还有环境方面做了大量的工作。继矢量控制方式之后，1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首次提议直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC)。直接转矩控制在控制的时候只是控制定子磁链，是不需要转速信息的，直接在定子坐标系下对交流电动机的数学模型进行分析，掌管电动机的磁链和转矩。这点也是它同矢量控制的不一样之处，它不是通过控制电流、磁链等间接方法控制转矩的，而是对转矩直接控制来进行操作的。它不需要将交流电动机控制等效成直流电动机控制样式，于是防止了矢量旋转变换中的很多繁杂的计算，它是不用遵循直流电动机的控制，不作为交流电机解耦的简化数学模型。对定子电阻的控制，所有其他的电机参数的变化；定子磁链观测的介绍可能很容易同步预算速率信息，他能够轻而易举地完成无速度传感器控制。应用于另一种通用变频器的设计也是采用这样的一种控制方法，在速度传感器安装不便的一些地方是特别重要的，这种被称为无速度传感器直接转矩控制的控制，对提高系统的稳定性给予了很大的帮助。然而，这一类的控制依赖于对电机参数的自动识别(Identification简称ID)和精准的机电数学模型，经过ID建立电机在实际情况下的电机惯量、定子阻抗互感等重要参数，然后预算出电动机的定子磁链、实际转矩和转子速率依据精准的电动机模型，转矩产生的带控制和PWM信号的频带的磁链和，逆变器的控制开关的状态。交流传动与控制技术是当今技术发展最为迅速的，这是制造技术和电力电子变流技术，控制技术，微型计算机和大规模集成电路的快速发展所造就的。

那些通用变频器，特别是关于电机控制理论的，在经济发展及其快的世界大环境中显示了它的优越性，其发展的趋势为以下:

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