【正文】 . 交流伺服系統(tǒng). 北京: 機械工業(yè)出版社, 1994[31] 張云祥，1994[32] ,電氣傳動，1996[33] 竺偉，電氣傳動，1997[34] 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)，第3版，機械工業(yè)出版社，2014[35] 劉豹，第3版，機械工業(yè)出版社，2006[36] 姬志艷，應用異步電機全階模型的無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真研究，電氣自動化，1997年，第3期[37] Lazhar Ben 一Brahim. A Fully Digitized FieldOriented Controlled Induction Motor Drive Using only Current Sensors. IEEE Trans. ,(3).[38] Manfred Schroede. Sensorless Control of Induction Motors at Low Speed and Standstill. ,863[39] Tamai Sensorless Vector Control of Induction Motor Applied Model Reference Adaptive System. Conf. Rec. IEEE IAS Ann. [40] Shauder C. Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors without Rotational Transducers. IEEE Trans. IA 1992(5),128六、指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日七、系級教學單位審核意見：審查結果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字：年 月 日附錄2 中期報告 附錄2 中期報告燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）中期報告課題名稱：交流電機無速度傳感器控制研究學院（系）： 里仁學院 電氣工程系 年級專業(yè)： 12級自動化3班 學生姓名： *** 指導教師： *** 完成日期： 2016年5月30日 綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義（一） 本課題的依據(jù)和意義：隨著電力電子技術、計算機技術和矢量控制技術的發(fā)展，高性能的交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應用。因而，利用檢測的定子電壓電流等容易測得的物理量進行速度估算，即對交流電機無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實意義[1][2][3][4]。（3） 轉(zhuǎn)矩方程式式中，為電動機極對數(shù)。按照矢量控制原理，要將這些交流量轉(zhuǎn)換成直流量，還要引進同步旋轉(zhuǎn)坐標系變換。矢量旋轉(zhuǎn)變換：也就是交流二相繞組和直流二相M、T繞組之間電流的變換，它是一種靜止的直角坐標系與旋轉(zhuǎn)的直角坐標系之間的變換。1. 直流磁場定向矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)圖2 直流磁場定向矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。根據(jù)3S/2S變換求出靜止軸系中的兩相電壓及兩相電流、。5. 磁鏈環(huán)的設計異步電動機中有其中，、為轉(zhuǎn)子繞組漏感及電阻。六、 撰寫畢業(yè)論文工作的具體安排和打算和畢業(yè)論文的時間進度表。查閱的書籍內(nèi)容看不懂時，老師又不厭其煩為我講解，這樣理解起來就變得更容易和印象深刻。關鍵詞：異步電動機，89C196，矢量控制交流異步電動機是一個高階、多變量、非線性、強藕合的被控對象，采用參數(shù)重構和狀態(tài)重構的現(xiàn)代控制理論概念可以實現(xiàn)交流電動機定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕，實現(xiàn)了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。由于進行坐標變換的是電流(代表磁動勢)的空間矢量，所以，這樣通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)，簡稱VC系統(tǒng)。異步電動機經(jīng)過如上的變換后就等效成了直流電動機。針對異步電動機的調(diào)速需要，設計以80C196為控制器的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，并詳細介紹了系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計。在做畢業(yè)設計期間，吳忠強老師對我們非常認真負責。三、 Matlab模型仿真搭建：各個模塊和系統(tǒng)的仿真驗證尚未完成。由圖知，異步電動機的速度調(diào)節(jié)對象存在耦合，磁鏈乘轉(zhuǎn)矩電流分量。2. 無速度傳感器的矢量控制選擇的方案是基于轉(zhuǎn)子磁通定向的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。而軸是靜止的，軸與M軸的夾角隨時間的變化而變化，所以矢量在軸上的分量的長短也隨時間的變化而變化，相當于繞組交流磁動勢的瞬時值。由數(shù)學模型式（47）的第3式可得（48）（4） 轉(zhuǎn)矩方程（49）二、 交流異步電機的矢量控制系統(tǒng)：矢量變換控制：在靜止三相坐標系下的定子交流電流通過三相/二相變換，可以等效成兩相靜止坐標系下的交流電流；再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流。1代表定子側變量，2代表轉(zhuǎn)子側變量（也可以用代表定子側變量，代表轉(zhuǎn)子側變量）。（2） 磁鏈方程式每個繞組的磁鏈是它本身的自感磁鏈和其他繞組對它的互感磁鏈之和，表達式為：（14）式中；；；。而且，精度越高的光電碼盤價格也越貴，大大增加了系統(tǒng)的成本。學習并掌握流電機的控制器的設計、系統(tǒng)狀態(tài)觀測器的設計原理和方法；2. 5~8周，建立可靠的交流電機的數(shù)學模型，設計系統(tǒng)的速度觀測器；3. 9~12周，針對系統(tǒng)出現(xiàn)的具體問題，設計可行的系統(tǒng)控制方案；4. 13~16周，根據(jù)所研究的控制系統(tǒng)模型進行Simulink仿真調(diào)試；5. 17~18周，撰寫并完善論文，準備答辯事宜。相對而言，國內(nèi)在無速度傳感器交流調(diào)速方面的研究起步較晚，在理論和實際應用方面都與國外有著較大差距。但是光電碼盤在電機轉(zhuǎn)軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當將影響測速的精度，并導致電機軸上的體積增大，而且給電機的維護帶來一定困難，同時破壞了異步電機的簡單堅固的特點。查閱的書籍內(nèi)容看不懂時，老師又不厭其煩為我講解，這樣理解起來就變得更容易和印象深刻。同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，教會了我專業(yè)知識、如何學習和待人，我才能在各方面越來越成熟，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多優(yōu)秀的人才，桃李滿天下！學院及指導老師給我安排了《交流電機無速度傳感器控制研究》這個畢業(yè)設計題目，符合了時代技術特點，而且具有良好的研究意義。第4章對參數(shù)進行調(diào)節(jié)，并根據(jù)控制策略，在MATLAB/SIMUKINK中對整個無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了仿真，分析仿真結果證明了此方法的可行性和正確性。 本章小結本章首先對仿真平臺進行了介紹，然后建立了無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的各部分仿真模塊，最后將各模塊聯(lián)合起來搭建了一個完整的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真模型。 整個無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型仿真。仿真軟件為matlabR2014a版本，仿真結果證明了此方法的可行性和正確性。特別是在系統(tǒng)仿真和實時圖形處理方面，功能豐富的工具箱吸引了不同領域、不同方向的研究者，使他們成為Matlab的忠實擁護者和使用者。目前這種算法的理論研究并不是很成熟，而且這種算法硬件實現(xiàn)起來也很困難，使得此方法的應用還處在起步階段。然而異步電機的模型是高階的，在對狀態(tài)變量的每一次估算時，都必須將電機模型在該運行點重新進行線性處理，然后再通過卡爾曼濾波算法的一系列關系式來完成轉(zhuǎn)速估計工作，這樣的計算過程非常繁瑣，實時性不強，因此這種方法只能應用在線性系統(tǒng)的濾波當中。人為地改變轉(zhuǎn)子的機械機構，使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)一個凸極，然后給電機施加一個三相平衡的高頻電壓信號，通過這種方法來檢測出人為制造的凸極機械位置，從而獲得轉(zhuǎn)速信息。將全維狀態(tài)觀測器作為這種方法的可調(diào)模型，而把異步電機的數(shù)學模型作為參考模型，并將兩種模型的輸出量進行比較，將偏差進行反饋，由此就構成了一種轉(zhuǎn)速估計法。(2)模型參考自適應法(MRAS)。因此,無速度傳感器矢量控制技術的核心是如何準確地獲取電機的轉(zhuǎn)速信息,利用容易測量的定子電流、電壓等信息綜合計算出電機旋轉(zhuǎn)速度,目前已經(jīng)提出了許多方案。磁鏈調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為磁鏈環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：，使磁鏈調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)為：，則。直流回路放大系數(shù)，由電流環(huán)的動態(tài)結構框圖24可得可得ACR的比例系數(shù)的表達式電流環(huán)的負反饋系數(shù)取。（2）整流裝置滯后時間常數(shù)。由數(shù)學模型式（228）的第3式可得（229）（230）使dq坐標與轉(zhuǎn)子磁鏈同步，并進一步將d軸取在轉(zhuǎn)子磁鏈上，于是，代入（222）得（231）式（231）的第4行為(232)式中，是轉(zhuǎn)差角速度，即轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)角速度和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度的差。按照矢量控制原理，要將這些交流量轉(zhuǎn)換成直流量，還要引進dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系變換。式中，為電動機的極對數(shù)。感應電動勢與轉(zhuǎn)速和磁鏈的乘積有關，電磁轉(zhuǎn)矩與電流和磁鏈的乘積有關，輸入電壓及頻率的變化會引起電流、磁鏈、電磁轉(zhuǎn)矩等變量同時變化，因此電機模型中包含兩個變量的乘積，再加上電機本身的電磁慣性和運動系統(tǒng)機電慣性等，使得異步電機的動態(tài)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。把兩個坐標系畫在一起，如下圖22所示。 本文的主要研究內(nèi)容本文結合國內(nèi)外研究成果，查閱并消化理解相關資料，了解無速度傳感器控制技術的工作原理，并對相關環(huán)節(jié)的參數(shù)進行了計算，運用基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的方法，對于無速度傳感器矢量控制進行了研究，并根據(jù)控制策略，在MATLAB／SIMUKINK中對整個無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行了仿真，分析仿真結果來證明此方法的可行性和正確性。缺點是基于開環(huán)工作狀態(tài)的估測，精度不高。根據(jù)所需要的轉(zhuǎn)矩推算出相應的轉(zhuǎn)差角頻率和計算動態(tài)過程中為保持轉(zhuǎn)子磁鏈相位不變的附加轉(zhuǎn)差角頻率，并測出電動機轉(zhuǎn)子的角速度，以三者之和的積分進行磁場定向。而且是在基頻以下進行的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如在基頻以上則采用電壓恒定只提高頻率的恒功率弱磁調(diào)速。1．標量控制系統(tǒng)（1）恒壓頻比控制(V/f)交流異步電機調(diào)速時，總是希望保持每極磁通量為額定值不變，這樣鐵芯才能工作在最經(jīng)濟狀態(tài)。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋一般采用轉(zhuǎn)速傳感器檢測反饋到輸入端，這種結構有時會受到局限性。使用無速度傳感器控制方案，無需速度檢測硬件，避免了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了系統(tǒng)成本：另一方面，使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電機與控制器的連線，使得采用無速度傳感器的交流電機的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應用更加廣泛。電機速度信息的辨識方法，分為直接法和間接法。然而由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來了以下一些缺陷：1)系統(tǒng)成本增加：除了速度傳感器本體外，還需配套電氣連接線，速度處理電路等，所有這些增加了電機驅(qū)動系統(tǒng)的成本，同時降低了可靠性。 無速度傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀矢量控制技術使高性能交流調(diào)速得以實現(xiàn)，使其獲得了巨大的發(fā)展空間。無速度傳感器控制技術的關鍵在于能夠及時有效地估計電機實際的轉(zhuǎn)速，且使得估計出的轉(zhuǎn)速擁有較高的可信度，以滿足調(diào)速性能。2）恒控制，是氣隙磁通在定子每相繞組中感應電動勢，它以對恒壓頻比實行電壓補償為目標，穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能優(yōu)于恒壓頻比控制?；旧暇邆淞酥绷麟姍C雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點，應用前景廣泛。(3)直接轉(zhuǎn)矩控制( DTC)直接轉(zhuǎn)矩控制是一種基于電機定子變量的直接控制的非線性控制方式，并被看作與FOC并列的控制策略。這種無傳感器控制系統(tǒng)共同的優(yōu)點是自適應調(diào)節(jié)能力強，算法簡單易行。原交流電動機的轉(zhuǎn)子總磁通就是等效直流電機的磁通，M繞組相當于直流電動機的勵磁繞組，相當于勵磁電流；T繞組相當于電樞繞組，相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。但是，矢量與其分量表示的式空間磁動勢矢量，而不是電流的時間相量。首先建立了三相坐標系下的異步電機原始模型，然后進行3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的電機模型，最后推導得到MT坐標系下的磁場定向方程，并在此基礎上設計了電流環(huán)、速度環(huán)和磁鏈環(huán)，完成了異步電機矢量控制的控制環(huán)參數(shù)設計。首先，將ABC三相靜止坐標系下異步電動機的數(shù)學模型變換到二相靜止坐標系下，從而得到異步電動機在二相靜止坐標系下的數(shù)學模型。將二相靜止坐標系下異步電動機的數(shù)學模型變換到二相同步旋轉(zhuǎn)直角坐標系下，從而得到異步電動機在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型。異步電機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，除了電機，其他環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)一致。通過電流環(huán)小慣性環(huán)節(jié)的近似處理可求得電流環(huán)的動態(tài)結構框圖如圖24所示。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)電機運行的額定轉(zhuǎn)矩系數(shù)為電動機的轉(zhuǎn)動慣量：，則 所以電動機的積分時間常數(shù)為：（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的類型選擇在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)設計成典型Ⅱ型，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇PI調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為（4）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為比較等式兩邊系數(shù)，得到轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益的表達式為，而轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益可求得所以ASR調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)為而ASR的比例系數(shù)的表達式為而電動機的積分時間常數(shù)可得ASR的比例系數(shù)為 磁鏈環(huán)的設計在異步電動機中有其中，為轉(zhuǎn)子繞組漏感及電阻。第3章 異步電機轉(zhuǎn)速估計和轉(zhuǎn)子磁鏈模型 第3章 異步電機轉(zhuǎn)速估計和轉(zhuǎn)子磁鏈模型 轉(zhuǎn)速估計的方法為了得到高性能的調(diào)速系統(tǒng)，需要采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，因而需要檢測異步電動機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。以異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型為出發(fā)點，直接求出