【正文】 I 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真 摘 要 本文 主要進(jìn)行 MATLAB 對異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)仿真 ， 分析異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的主要控制方法、基本組成與工作原理。 在此基礎(chǔ)上 介紹了異步電 動 機(jī)的坐標(biāo)變換，對異步電 動 機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了闡述。最后，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析， 總結(jié) 出如下結(jié)論： 采用 轉(zhuǎn)差頻率矢量控制 的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。 關(guān)鍵詞 ：轉(zhuǎn)差頻率，矢量控制，異步電動機(jī) II Induction Motor Slip Frequency Indirect Vector Control Of Matlab Simulation Abstract This paper focuses on the matlab simulation of the asynchronous motor speed regulation , this paper analyzes the main control method , basic position and working principle of the induction motor slip frequency control , this paper analysis the dynamic model of asynchronous motor and further introduces the coordinate transfer and the basic principle of motor slip frequency vector control system. At the same time , the simulation work to prove its , according to analysis of the simulation results , the conclusions are as follows simply slip frequency control is always with poor load capacity , on the contrary the vector control applications can enhance the ability to regulate the motor of the torque and without voltage pensation. Key words:slip frequency,vector control,induction motor III 目 錄 摘 要 .....................................................................I Abstract .................................................................II 1緒論 ....................................................................1 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 .............................................1 異步電動機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)的類型 .................................2 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和動向 .................................2 MATLAB 和 Simulink 概述 .............................................2 轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速系統(tǒng) .............................................4 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念 .......................................4 基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型控制的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 .................5 2異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制交流調(diào)速系統(tǒng) ..............................8 異步電機(jī)的特點 .....................................................8 三相異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型 ...............................8 電壓方程 .....................................................9 磁鏈方程 ....................................................10 轉(zhuǎn)矩方程 ....................................................11 電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程 ........................................12 矢量控制技術(shù)思想 ..................................................13 坐標(biāo)變換 ....................................................14 交流異步電機(jī)在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ................19 異步電機(jī)在 兩相靜止坐標(biāo)系（ ?? 坐標(biāo)系）上的數(shù)學(xué)模型 ...........21 異步電機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)系上的數(shù)學(xué)模型 ........................22 三相異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程 ......................22 基于轉(zhuǎn) 差頻率矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的組成 ................................23 基于轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 ..................23 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制公式推導(dǎo) ......................24 3主電路與控制電路 .......................................................26 IV PWM 逆變器 ........................................................26 控制電路的設(shè)計 ....................................................27 轉(zhuǎn)速 PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計 .........................................27 函數(shù)運(yùn)算模塊的設(shè)計 ..........................................28 4 轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制的 MATLAB 仿真 ......................................30 仿真模型的搭建及參數(shù)設(shè)置 ..........................................30 主電路模型 ..................................................30 控制電路的模型搭建 ..........................................31 仿真結(jié)果與分析 ....................................................33 仿真波形圖 ..................................................33 仿真結(jié)果分析 ................................................35 本章總結(jié) ..........................................................35 參考文獻(xiàn) .................................................................36 致 謝 ...................................................................37 1 1 緒論 現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 交流技術(shù) 誕生于 19世紀(jì)，但由于其性能無法與直流調(diào)速技術(shù)相比，所以過去的直流調(diào)速技術(shù)一直在電氣傳動領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。直到 20 事件 50年底中期，晶閘管研制成功，開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時代。 在工業(yè)化的進(jìn)程中 ,電動機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能的主要設(shè)備。實際應(yīng)用中要求電機(jī)一方面要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率 ； 另一方面能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求控 制和調(diào)節(jié)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動機(jī)的調(diào)速性能如何 ，對節(jié)省能量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率有著直接的決定性影響。因此 ,調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點。 長期以來 ,直流電動機(jī)由于調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點廣泛的應(yīng)用于工程過程中。直流電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時 ,保持勵磁電流恒定 ,可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速 。在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時 ,保持電樞電壓恒定 ,可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調(diào)速。同時采用轉(zhuǎn)速、電流轉(zhuǎn)速 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜 、 動態(tài)調(diào)速特性。因此 ,20 世紀(jì) 80年代以前 ,在變速傳動領(lǐng)域中 ,直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。 交流電動機(jī)自 1885 年出現(xiàn)后，由于沒有理想的調(diào)速方案，因而長期用于恒速拖動領(lǐng)域，近些年來 ,科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。 。迄今為止 ,電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了分立換流關(guān)斷器件（晶閘管元件），自關(guān)斷器件（ GTR、 GTO、 VDMOS、 IGBT） ,功率集成電路 PIC,智能模塊 IPM,專用功率器件模塊 ASPM,使得變頻裝置在性 能與價格比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美。 。 20 世紀(jì) 60 年代中期 ,德國 ASchonung 等人率先把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于變頻調(diào)速中，即 PWM 技術(shù)。 PWM 技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，而且更重要的意義是抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量 ,從而降低或消除了變頻調(diào)速時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動 ,提高了電機(jī)的工作效率 ,擴(kuò)大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。 。 1975 年 ,德國學(xué)者 FBlaschke 提出了矢量變換控制原理 ,采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念 實現(xiàn)了交流電動機(jī)定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕 ,實現(xiàn)了將交流電動機(jī)的控制過程等效為直流電動機(jī)的控制過程。 1985 年 ,德國魯爾大學(xué)的 M Depenbrock 對時空間理論的研究 ,提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，以轉(zhuǎn)矩和磁通的獨立跟蹤自調(diào)整并借助于轉(zhuǎn)矩的 BandBand 控制來實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁通直接控制。 。單片微機(jī) MCS， DSP， → 精簡指令集計算機(jī) (Reduced Instruction Set Computer RISC)為控制核心的微機(jī)控制技術(shù)使得交流調(diào)速從模擬控制迅速走向數(shù)字控制。 數(shù)字化使得控制器對信息處理能力大幅度提高，各種計算輕易實現(xiàn)，從而交流調(diào)速的現(xiàn)代控制方法終于得以完全實現(xiàn)。交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，具有如下特點： 2 （ 1）容量大。 （ 2）轉(zhuǎn)速高且耐壓高。 （ 3）交流電機(jī)的體積，重量，比同等容量的直流電機(jī)小，且結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)可靠，慣性小。 （ 4）交流電機(jī)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，堅固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用。 （ 5）高性能，高精度的新型交流拖動系統(tǒng)已達(dá)到同直流拖動系統(tǒng)一樣的性能指標(biāo)。 （ 6）交流調(diào)速系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著的節(jié)能。 異步電動機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng)的類型 由異步電動機(jī)工 作原理可知 ,異步電動機(jī) 從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率eP可分為兩部分 :一部分ePP )s1(??是拖動負(fù)載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率 smP sP? , 與轉(zhuǎn)差率 s 成正比。轉(zhuǎn)差功率如何處理 ,是消耗掉還 是回饋給電網(wǎng) ,可衡量異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。因此按轉(zhuǎn)差功率處理方式的不同可以把現(xiàn)代異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為三類 :(1)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)。 (2)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)。 (3)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和動向 1． 智能化控制方法對交流調(diào)速系統(tǒng)的影響研究 ， 主要針對電機(jī)參數(shù)的不確定性、純滯后或非線性耦合等特性 ,以及電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)估計的不準(zhǔn)確及參數(shù)變化的影響都會造成定向坐標(biāo)的偏移，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入、輸出信息進(jìn)行仿人思維的智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中 ,成為 交流調(diào)速控制技術(shù)新的研究方向。取消通過機(jī)械連接的測速發(fā)電機(jī)及其他測速傳感器 ,實現(xiàn)無硬件測速傳感器的交流調(diào)速系統(tǒng)。 。主要措施是降低電力電子器件的開關(guān)損耗。如電力電子器件在零電壓或電流下轉(zhuǎn)換 ,即工作在所謂“軟開關(guān)”狀態(tài)下 ,從而使開關(guān)損耗降低到零。 。 。提高系統(tǒng)的可靠性主要通過兩個途徑 :一是提