【正文】 10.[38]J Hu,B Wu. New Integration Algorithms for Estimating Motor Flux over a Wide Speed Range[M]. IEEE Transactions on Power Electronics,1998,13(5):969977．[39] Peng,Tadashi Fukao. Robust Speed Identification for SpeedSensorless Vector Control of Induction Motors[M]. IEEE Transactions on Industry , 30(5):1234~1240.[40][D].南京:南京航空航天大學,2011年2月.[41]王高林,陳偉,楊榮峰,于泳,徐殿國,[M].,13(5):638~642.[42],. Secondary resistance identification of an inductionmotor applied model reference adaptive system and its characteristics[M].IEEE Transactions on Industry , 23: 296~303. [43]Mengwei Li Campbell,John Chiasson,Marc Bodson,Leon M Sensorless Identification of the Rotor Time Constant in Induction Machines[M].IEEE Transactions on Automatic control,2007,52(4):758~763.[44]鄒旭東,朱鵬程,康勇,陳堅,[M].電氣傳動,1990,20(1):2~5.[45][D].北京:清華大學,2004年6月.[46][D].浙江:浙江大學,.[47], . Vector control and dynamics of AC drives[M].New York:Oxford University Press,1996.[48]龐中華,[M].北京::27~38.致謝在本次論文設(shè)計過程中，我要感謝唐老師和黃老師對該論文從選題，構(gòu)思到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予耐心的指導和幫助，正是這些指導和幫助使我得以完成畢業(yè)設(shè)計。系統(tǒng)仿真表明，適當?shù)剡x取調(diào)節(jié)參數(shù)和合適的仿真參數(shù)和仿真算法，可使該系統(tǒng)得到良好的動態(tài)性能，對給定值具有良好的動態(tài)跟蹤能力，控制系統(tǒng)的各個部分協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)了優(yōu)化，獲得了具有理想性能的調(diào)速系統(tǒng)。對于磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場方向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號確定，靠矢量控制方向保證，并沒有磁鏈模型實際計算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場定向。圖410（c）是異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩給定，當t=0時，起動轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)矩最大值超過了100Nm。放大器GG2和積分器組成帶限幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR.。從矢量控制方程中可以看出，在保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變的控制下，電動機轉(zhuǎn)矩直接收定子電流的轉(zhuǎn)矩分量控制，并且轉(zhuǎn)差可以通過定子電流轉(zhuǎn)矩分量計算，轉(zhuǎn)子磁鏈也可以通過定子電流的勵磁分量來計算。磁鏈調(diào)節(jié)器作用是：力圖使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定。所以在實際情況中提高PWM開關(guān)頻率，有助于建立圓形旋轉(zhuǎn)磁場。m后，電磁轉(zhuǎn)矩增大，定子電流也隨之增大。當異步電動機轉(zhuǎn)子磁鏈發(fā)生波動時，電磁轉(zhuǎn)矩不是穩(wěn)定的，電動機轉(zhuǎn)速也受到影響。所以所得仿真波形與理論上分析的波形基本一致。由于仿真模型中采用了雙閉環(huán)的控制方式，系統(tǒng)抗擾動能力較強，因此采用該算法可以在不影響系統(tǒng)精度的前提下，較為迅速地得出仿真結(jié)果。轉(zhuǎn)子磁鏈觀測使用兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的磁鏈模型（Current model），函數(shù)模塊F用于計算轉(zhuǎn)矩，兩相旋轉(zhuǎn)坐標系/三相靜止坐標系變換模塊（dq0toabc）實現(xiàn)了矢量控制中的2r/3s的坐標變換。 轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真及分析帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)主電路采用電流滯環(huán)控制型逆變器。開始階段，異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩較大，導致了起動電流較大；空載運行時，負載轉(zhuǎn)矩很小，導致了此時定子和轉(zhuǎn)子電流較?。煌患迂撦d后，負載轉(zhuǎn)矩上升，導致了定子和轉(zhuǎn)子的電流上升。交流異步電動機由PWM變頻器供電的仿真模型如圖33所示。圖32（e）是電動機的動態(tài)機械特性，該機械特性與理論上異步電動機起動、空載運行以及帶負載運行的機械特性相一致。圖32 異步電動機的仿真波形電動機在額定電壓下空載起動時，圖32分別描述了定子電流、轉(zhuǎn)子電流、電動機轉(zhuǎn)速、電動機轉(zhuǎn)矩和機械特性變化情況。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導體之間有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。具體的變換過程比較復雜，變換后得到的數(shù)學模型如下。由于各繞組匝數(shù)相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，可以用電流表示，但是此時的電流是空間矢量，而非時間相量。在圖23中的d、q兩個繞組而言，當觀察者站在地面上看上去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組；如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看，它們就的的確確是一個直流電動機的物理模型。異步電動機數(shù)學模型之所以復雜，關(guān)鍵是因為有一個復雜的電感矩陣和轉(zhuǎn)矩方程，它們體現(xiàn)了異步電動機的電磁耦合和能量轉(zhuǎn)換的復雜關(guān)系。（4）運動方程作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩與電動機速度變化之間的關(guān)系可以用運動方程來表達，一般情況下，電氣傳動系統(tǒng)的運動方程式為：對于恒轉(zhuǎn)矩負載D=K=0，則：上述的異步電動機動態(tài)模型是在線性磁路、磁動勢在空間按正弦分布的假定條件下得出來的，對定、轉(zhuǎn)子電壓和電流未作任何假設(shè)。轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸間的電角度差為空間角位移變量。2 基于動態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)工作原理異步電動機具有非線性、強耦合、多變量的性質(zhì)，要獲得高動態(tài)調(diào)速性能，必須從動態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動機的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動機的調(diào)速方案。電力系統(tǒng)(SimPower System)模塊庫是專用于RLC電路、電力電子電路、電機傳動控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真用的模型庫。 仿真工具MATLAB/Simulink簡介MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。變頻器由最初的恒壓頻比控制方式(V/F)，轉(zhuǎn)差頻率控制方式(SF)發(fā)展到矢量控制方式(VC)和直接轉(zhuǎn)矩控制方式(DTC)，調(diào)速精度和動態(tài)性能上均有明顯提高。長期以來，交流電的頻率保持固定不變，但是變頻調(diào)速技術(shù)的出現(xiàn)使得交流電的頻率可以可控地變化，這樣就使得交流電得到充分利用。電氣傳動控制系統(tǒng)的計算機仿真是應(yīng)用現(xiàn)代科學手段對其進行科學研究的十分重要的手段之一。 然而，隨著科技的不斷發(fā)展和前進，直流調(diào)速弱點也逐步顯現(xiàn)出來。本文介紹了交流調(diào)速系統(tǒng)概況、矢量控制的基本概念以及異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)在 MATLAB/Simulink仿真工具中模型建立以及特性研究。電氣傳動控制系統(tǒng)計算機仿真是應(yīng)用現(xiàn)代軟件工具對其工作特性進行研究的一種十分重要的方法。直流電動機轉(zhuǎn)速與交流電動機相比，更加容易被控制和調(diào)節(jié)。交流調(diào)速系統(tǒng)廣泛采用交直交變頻器作為交流電源，交直交變頻器主要包括整流部分和逆變部分，整流部分將工頻交流電整流成直流電，逆變部分再將直流電逆變成頻率可調(diào)整的交流電，從而滿足生產(chǎn)過程中對電動機調(diào)速系統(tǒng)的需求。由于異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)還具有調(diào)速范圍寬的優(yōu)點，在工業(yè)控制領(lǐng)域中逐漸替代有極調(diào)速方式。變頻調(diào)速技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢大體可歸結(jié)為以下幾個方面：功率器件的發(fā)展?；A(chǔ)工業(yè)和各種工業(yè)制造業(yè)的高速發(fā)展，為變頻器相關(guān)配套件生產(chǎn)提供了有力支持。它為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口，使得建模就像用紙和筆來畫畫一樣容易。第三章：異步電動機性能的仿真研究在MATLAB/Simulink中，通過仿真研究異步電動機的特性。這樣，實際電動機就被等效為圖示的三相異步電動機的物理模型。對于每一項繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通與漏磁通之和，因此，定子和轉(zhuǎn)子各相自感為：兩相繞組之間只有互感，互感的情況較為復雜，定子和轉(zhuǎn)子的六個繞組之間的互感可考慮有兩類：一類是A、B、C相繞組及a、b、c相繞組之間因位置固定，故互感為常數(shù)；另一類是定子任一相與轉(zhuǎn)子任一相之間的位置是變化的，互感是角位移θ的函數(shù)。當三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認為兩相繞組與三相繞組等效，這就是3/2變換。旋轉(zhuǎn)正交坐標系的物理模型如圖23所示。（2s/2r變換）從靜止兩相正交坐標系αβ到旋轉(zhuǎn)正交坐標系dq的變換，稱作靜止兩相旋轉(zhuǎn)正交變換，簡稱2s/2r變換。設(shè)兩相坐標d軸與三相坐標A軸的夾角為，為dq坐標系相對于定子的角速度；為dq坐標系相對于轉(zhuǎn)子的角速度。MT坐標系上的數(shù)學模型：3 交流異步電動機性能的仿真研究本章主要通過仿真研究異步電動機的特性，為下一章交流異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的仿真打下基礎(chǔ)。模型參數(shù)如表31所示。m，此時觀察電動機轉(zhuǎn)速知，電動機轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率變大，因為該負載遠大于電動機額定負載40N仿真電路將三相交流電通過由通用橋模塊（Universal Bridge）組成的整流單元整流，并經(jīng)過電感、電容濾波，得到近似直流電。m，定子電流和轉(zhuǎn)子電流幅值分別逐漸上升，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。4 交流異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)仿真按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想是通過坐標變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系中，得到等效的直流電動機模型，仿照直流電動機的控制方法來控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標系中的控制量通過反變換得到三相坐標系的對應(yīng)量，以實施控制。和經(jīng)過2r/3s變換后得到三相定子電流的給定值、并通過電流滯環(huán)控制PWM逆變器控制電動機定子的三相電流。ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖42所示，ATR為轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器如圖43所示，ApsiR為磁鏈調(diào)節(jié)器如圖44所示。圖45（a）帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)在給定轉(zhuǎn)速=1400r/min時，轉(zhuǎn)速響應(yīng)，從波形中可以看出，在矢量控制下，在起動階段，轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)；在t=，此時為空載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速；當t=，給電機加負載，TL=60N圖46 =1400r/min時系統(tǒng)仿真波形圖46（a）、（b）分別為異步電動機定子磁鏈軌跡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。m后，電動機轉(zhuǎn)速略有下降。比較兩者波形可以看出，在起動階段，磁場建立過程比較平滑，磁鏈呈螺旋形增加，最終形成近似六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場?？v觀圖44帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)仿真模型，轉(zhuǎn)速給定通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）得到轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器（ATR）的給定轉(zhuǎn)矩，而仿真模型中增加了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)，和矢量控制方程計算出的反饋信號在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器（ATR）中作用，得出定子電流的轉(zhuǎn)矩分量給定值。如果利用給定值間接計算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。轉(zhuǎn)差頻率控制異步電動機矢量控制系統(tǒng)仿真模型如圖49所示。PWM發(fā)生器設(shè)置為內(nèi)部模式，然后運行模型，根據(jù)dq0/abc輸出和PWM發(fā)生器的三相調(diào)制輸入信號幅值小于1的要求，計算G4的衰減系數(shù)。m，此時電磁轉(zhuǎn)矩上升，轉(zhuǎn)速略有下降，但不是很明顯，并且最終穩(wěn)定下來。在計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，無論轉(zhuǎn)速高低時都能適用，但都受電動機參數(shù)影響。結(jié)論本文通過在