异步电动机矢量控制系统仿真模型设计.doc

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：ΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis. Key Words：Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation 1 关键词 1 Abstract 1 Key Words 1 一、 绪论 3 1、交直流调速系统的相关概念及比较 3 2、交流调速系统的历史和现状 4 3、本文的意义及主要工作 5 二、 异步电动机矢量控制系统 6 1、矢量控制系统原理 6 2、坐标变换的基本思路 7 3、坐标变换 8 （1）三相——两相坐标系变换（3/2变换） 8 （2）旋转变换（2s/2r变换） 10 4、异步电动机在不同坐标系下的数学模型 11 （1）异步电动机在坐标系上的数学模型 11 （2）异步电动机在两相旋转坐标上的数学模型 12 （3）转子磁链计算 12 三、异步电动机矢量控制调速系统的仿真模型 15 1、各模块的仿真模型 15 （1）2s/2r变换和2s/2r逆变换的仿真模型 15 （2）转子磁链模块 16 （3）异步电动机仿真模型 17 2、带转矩内环的转速、磁链闭环矢量系统仿真模型 18 四、异步电动机矢量控系统的仿真及结果分析 18 1、各模块参数设置 18 （1） 电动机参数 19 （2） 各调节器参数 19 （3） 各给定参数 19 2、仿真结果 20 (1) 定子磁链轨迹 20 （2）三相电流给定波形 20 （3）转速响应 21 （4）转速调节器ASR输出 21 （5）输出转矩轨迹 22 （6）两相调制信号 22 （7）转矩调节器ATR输出 23 3、仿真结果分析 23 五、总结 23 参考文献 24 致谢 25 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。直流调速系统是以直流电动机作为控制对象的电力传动自控系统。 直流调速系统可以在额定转速以下通过保持励磁电流改变电枢电压的方法实现恒转矩调速;在额定转速以上通过保持电枢电压改变励磁电流来实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可以获得优良的静、动态调速特性，因此直流调速在很长时间以来(20世纪80年代以前)一直占据主导地位。 但是，由于直流电动机本身结构上存在机械式换向器和电刷这一致命弱点，这就给直流调速系统的开发及应用带来了一系列的限制，具体表现在以下几个方面: (1)机械式换向器表面线速度及换向电流、电压有一定的限值，这极大的限制了单台电动机的转速和运行功率。而且，大功率的电机制造技术难，成本高。对于高转速大功率的电动机应用场合，直流调速方法是行不通的。 (2)为使直流电动机的机械式换向器能够可靠的工作，往往要增大电枢和换向器的直径，导致电机转动惯量很大，对于要求快速响应的生产场合就不能够实现。 (3)机械式换向器带来的另外一个麻烦就是必须经常检修和维护，因为电刷要必须定期更换。这样导致直流调速系统的维护工作量大，运行成本高，同时由于定期的停机检修也造成了生产效率的下降。 (4)由于电刷的电火花，直流电机也不能应用于易燃易爆的生产场合，对于多粉尘和多腐蚀性气体的地方也不适用。 总之，由于直流电动机存在的这些问题，使得直流电动机的应用受到了极大的限制，也使得直流调速系统的发展和应用受到相应的限制。 相对于直流电动机而言，交流电动机(特别是鼠笼型异步电动机)具有许多优点:结构简单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、少维修、使用环境及结构发展不受限制等优点。 交流调速系统由于采用了无换向器的交流电动机作为调速传动设备，突破了直流电动机所带来的种种限制，可以满足生产生活的各种需求，具有很大的发展潜力。 2、交流调速系统的历史和现状 电能是现代社会最广泛使用的一种能量形式，具有生产和变换比较经济、传输和分配比较容易，使用和控制比较方便的特点，因此成为国民经济各部门动力的主要来源。而电能的生产、交换、传输、分配、使用和控制等，都必须利用电机