【正文】 摘 要 本設(shè)計通過把異步電動機模型解耦成有磁鏈和轉(zhuǎn)速分別控制的簡單模型，模擬直流電動機的控制模型來達到控制交流電動機的目的。以電子電流的幅值、相位和頻率為控制量，保持電機的旋轉(zhuǎn)磁場大小不變，而改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度，達到無延時的轉(zhuǎn)矩響應。在分析三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理和三相異步電機的數(shù)學模型、坐標變換的基礎(chǔ)上，深入研究了轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計了磁鏈和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)并給出了框圖，通過計算機仿真方法分別建立矩陣變換仿真模型以及基于矩陣變換的異步電動機矢量控制系統(tǒng)仿真模型。對矩陣變換的控制原理、輸入、輸出性能以及矢量控制系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)的抗擾能力及四象限運行特性進行分析驗證。針對基于矩陣變換的異步電動機矢量控制系統(tǒng)的特點，著重對矢量控制單元進行了軟件設(shè)計。直接矢量控制是一種優(yōu)越的交流電機控制方式，模擬直流電機的控制方式可以使交流電機也能達到與直流電機相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系統(tǒng)中磁鏈調(diào)節(jié)器的設(shè)計方法。并采用MATLAB進行仿真設(shè)計。關(guān)鍵詞：三電平逆變器；異步電機；轉(zhuǎn)子磁場定向控制；MATLAB仿真 I 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented Abstract Threelevel inverter because it can achieve higher voltage grade, output less harmonic content of advantages in high pressure highpower inverter occasions a wide range of applications, and rotor fieldoriented control is the most widely used control method. Therefore, this article chooses threelevel inverter induction motor rotor fieldoriented control for research. Based on the analysis of the threelevel inverter topology structure and working principle and mathematical model of threephase asynchronous motor, on the basis of the coordinate transformation, the indepth study of the rotor fieldoriented vector control system design, the basic principle of the rotor flux observer, flux and speed double closed loop system. Finally, has pleted the design of control system and gives the diagram. MATLAB/Simulink on the system modeling and simulation. Key words：ThreeLevel Inverter。 Asynchronous Motor。 rotor field oriented control。 MATLAB simulation II 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究目 錄摘 要 IAbstract II一、緒 論 1（一）課題背景和意義 1（二）多電平逆變器的發(fā)展概況 1（三）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)綜述 21. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 22. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 2（四）課題研究的主要內(nèi)容 3二、二極管嵌位式三電平逆變器 4（一）逆變器介紹 4（二）三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理 4（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點 8三、異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制 9（一）異步電機動態(tài)數(shù)學模型與坐標變換 9 9 13 16 18（二） 異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制 19 19 19 21（三）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng) 2磁鏈雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 23 24 24（四）本章小結(jié) 24四、控制系統(tǒng)仿真分析 25（一）MATLAB/Simulink軟件介紹 25（二）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真 25 25 25（三）本章小結(jié) 33五、結(jié)論與展望 34參考文獻 35致 謝 36 IV 一、 緒 論（一）課題背景和意義在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防軍事以及日常生活中廣泛應用著電機傳動，其中很多機械有調(diào)速要求，如車輛、電梯、機床及造紙機械等，約電能也需要調(diào)速。過去由于直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方法簡單、轉(zhuǎn)矩易于控制，比較容易得到良好的動態(tài)特性，因此高性能的傳動系統(tǒng)都采用直流電機，直流調(diào)速系統(tǒng)在變速傳動領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。但是直流電機的機械接觸式換向器結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高、運行中容易產(chǎn)生火花、需要經(jīng)常的維護檢修，使得直流傳動系統(tǒng)的運營成本很高，特別是由于換向問題的存在，直流電機無法做成高速大容量的機組，如目前3000轉(zhuǎn)/分左右的高速直流電機最大容量只有400千瓦左右，低速的也只能做到幾千千瓦，遠遠不能適應現(xiàn)代生產(chǎn)向高速大容量化發(fā)展的要求。這些缺點正是交流電機所能克服的，但交流電機的調(diào)速性能不理想，致使交流調(diào)速在變速傳動領(lǐng)域一直得不到廣泛的應用。 隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，研究出各種新的控制技術(shù)以及新的控制理論，比如：異步電機的磁場定向控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，自適應控制理論等等，致使交流調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)性能指標和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美，而交流電機又具有直流電機所不具備的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，牢固，運行可靠，易于正反轉(zhuǎn)，能適應防塵、防爆、防腐蝕的惡劣環(huán)境，易于發(fā)展高速大容量的變速傳動系統(tǒng)。交流電機典型的高效調(diào)速方法是變頻調(diào)速，它既適用于異步電機，也適用于同步電機。交流電機采用變頻調(diào)速不但能實現(xiàn)無極調(diào)速，而且根據(jù)負載的特性不同，通過適當調(diào)節(jié)電壓和頻率之間的關(guān)系，可使電機始終運行在高效區(qū)，并保證良好的動態(tài)特性。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速時和直流電機變壓調(diào)速系統(tǒng)相似，機械特性基本上平行上下移動，而轉(zhuǎn)差功率不變。同時交流電機采用變頻起動更能顯著改善交流電機的起動性能，大幅度降低電機的起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩，所以變頻調(diào)速是一種理想的交流電機調(diào)速方法?，F(xiàn)在廣泛應用的磁場定向控制調(diào)速技術(shù)對電機進行節(jié)能技術(shù)改造，在磁場定向控制調(diào)速技術(shù)中利用矢量控制原理的高性能控制動態(tài)響應好、效率高、性價比高、高精度等特點，使交流電動機可以有效地節(jié)電量，取得很好的經(jīng)濟效益。并使調(diào)速后的交流電動機具備寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快速動態(tài)響應及四象限運行等良好技術(shù)性能，可以使其動、靜態(tài)特性可以和直流傳動系統(tǒng)相媲美。在高壓大功率的應用領(lǐng)域，結(jié)合多電平逆變器的異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制因為其自身的優(yōu)點得到了廣泛的應用。（二）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)綜述 1. 交流調(diào)速的發(fā)展概況直流電動機的調(diào)速性能優(yōu)于交流電動機，因此在調(diào)速領(lǐng)域曾一直占主導地位。但直流電動機結(jié)構(gòu)復雜，轉(zhuǎn)速、電壓、功率受到環(huán)境影響，價格昂貴。與此同時交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格低廉、維修方便等優(yōu)點。但異步電動機本身是一個非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應用。交流調(diào)速的初期，人們只能從異步電機的穩(wěn)態(tài)模型研究調(diào)速方法。異步電機的控制包括恒壓頻比控制、滑差頻率控制。恒壓頻比（V/F）控制是只在控制過程中保持V/F是常數(shù)不變，保證定子磁鏈的恒定，是一種最簡單的控制方法。但它是一種開環(huán)控制，動態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負載的不同改變，低速時還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象?；铑l率控制包含了速度閉環(huán)，更容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。但是沒有瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，所以會影響動態(tài)性能。所以這兩種方法都是穩(wěn)態(tài)控制，電機動態(tài)性能不好。大多應用在風機等沒有高動態(tài)性能要求的調(diào)速中[2]。由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、微機控制技術(shù)等理論技術(shù)的發(fā)展，異步電機調(diào)速取得了突破性進展，交流調(diào)速技術(shù)進入了一個新的時代[11]。 2. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 理論。矢量控制一般稱為磁場定向控制，也就是將磁場的方向作為坐標軸的基準方向。轉(zhuǎn)子磁場定向控制的思想是將異步