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
I
ABSTRACT
The Design and Simulation of Vector Control System
of Asynchronous Motor
Abstract
Before 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
II
目录
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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
III
目录
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
IV
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。交流调速系统是一种以控制对象为交流电动机的电力传动自控系统；与此同理，当以直流电动机为控制对象时的电力传动自控系统便是直流调速系统啦，这个不难理解。
直流调速系统在20世纪中期前都有着毫无疑问的重大作用对电气工程事业的发展起到推动作用，它之所以受青睐主要是因为它采用电流、转速两个闭环调速系统能获得良好的静、动态调速特性。一方面，该系统在额定转速以上通过使电枢电压保持不变而改变励磁电流实现恒功率调速即所谓的弱磁调速；另一方面，能实现恒转矩调速。不过什么事都是一分为二的，直流电机也存在其自身致命缺陷和不足，那就是它在结构上有接触摩擦式电刷与换向器结构。如下图1-1所示。
图1-1直流电机的换向器和电刷
换相结构对直流调速系统的发展的限制具体表现在：有会产生火花的隐患，直接导致其不能适合严谨存在火花的场合，否则极易造成火灾爆炸事故；为了让直流电机的换向器能可靠地工作，需要增大换向器和电枢的直径，这样又导致电机的转动惯量很大，不能满足有快速响应的生产场合的需要。这样以来便使得直流调速系统的维护工作量相当大，为了其正常工作需要储备一定的资源，故成本高昂，与此同时定期的停机检修也会使得工厂车间的生产效率降低；最后，换相器为防止环火的发生对电机运转速度及换相电流、电压有限定值，这会极大地限制了每台直流电动机的最大转速和运行功率。显然大功率的电动机制造起来更难，成本高昂，故直流调速对大功率高转速的电机应用场合不适合。
简而言之，直流调速系统的发展及其应用因此受到桎梏。交流电动机因而有不少的优点，比如，因为异步电动机的结构较直流电机简单只有定子三相电压输入，所以在体积相同的情况下异步电动机的输出功率一般都会比直流电动机的输出功率大很多。故而在输出功率相同的时候，异步电动机的体积一般也会比直流电动机的体积小很多。同样，在输出同样大功率的情况下，异步电动
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