运动控制综合实验（交流部分）
实验报告
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运动控制课程设计报告
前言：
众所周知,直流调速系统具有良好的静、动态性能指标,在很长一个历史时期内,直流调速系统始终占据着调速系统的垄断位。与直流电动机相比,交流电动机虽然有结构简单、价格便宜、维护方便等优点,但由于一直没有理想的调速方案,而使其应用受到很大限制。近年来,随着电力电子技术、计算机控制技术和现代控制理论的发展,具有良好静、动态性能指标的交流调速系统也不断现,其中,变频调速系统以调速范围大、静态稳定性好、运行效率高而被广泛用于数控机床、自床
、
加工领域中。
动
及
高
速
磨
床
等
机
1．实验的目的与要求：
（1）对异步电机的数学模型进行综合分析，了解异步电机按两相静止和转子磁场分解的数学模型。
（2）用MATLAB仿真软件建立异步电动机仿真模型。 （3）用MATLAB仿真软件建立SVPWM仿真模型。 （4）写出建立模型的过程内容，和仿真结果。
2. 实验原理：
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。 ? 异步电机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
（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。 ? 在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们
都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。 ? 三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通
时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个高阶系统。 异步电动机三相原始动态模型相当复杂，简化的基本方法就是坐标变换。异步电动机数学模型之所以复杂，关键是因为有一个复杂的电感矩阵和转矩方程，它们体现了异步电动机的电磁耦合和能量转换的复杂关系。要简化数学模型，须从电磁耦合关系入手。
把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。 SVPWM 的基本工作原理是： 以三相对称正弦波电压供电时交流电机产生的理想圆形磁链轨迹为基准，在一个控制周期 Ts中，通过选择 8个电压矢量中最接近参考电压矢量的 3 个开关矢量，并控制他们的作用时间，从而使电机的实际气隙轨迹逼近理想的圆形[7]。
一般来说，SVPWM 的控制方案分为三个部分，即三相电压的区间分配、矢量合成的最佳序列选择和控制算法。电压的区间分配直接影响到具体的控制算法，
矢量合成序列选择的不同则关系到开关损耗和谐波分量。在前一章中，详细地分析了SVPWM 技术的基本调制算法。从中我们可知要实现SVPWM 信号的实时调制，首先需要知道参考电压矢量Uref 所在的区间位置，然后利用所在的扇区的相邻两电压矢量和适当的零矢量来合成参考电压矢量。 所以SVPWM 算法的基本步骤为: 1、判断Uref所在的扇区；
2、计算相邻两开关电压矢量作用的时间；
3、根据开关电压矢量作用时间合成为三相PWM 信号；
3.实验内容与实验过程：
3.1实验仿真系统的设计过程：
3.1.1异步电动机仿真模型的建立 (1) 异步电动机三相原始模型
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。为便于分析，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。
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。 磁链方程：
??A??LAA????L?B??BA??C??LCA??????a??LaA??b??LbA???????L ?c??cA 电压方程：
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0??iA???0???iB?0??iC?d????0??ia?dt0??ib????Rr????ic?? 转矩方程：