【正文】 nk還提供一套圖形分析的環(huán)境，使用者可以方便地觀察到從建模到仿真的整個(gè)過程[23~24]。20世紀(jì)60年代后期，美國新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授為學(xué)生設(shè)計(jì)了一套調(diào)用庫程序的方便計(jì)算的接口，這個(gè)就是用F語言編寫的最原始的Matlab，隨后Matlab由美國的Mathworks公司于1984年正式推出市場。(8)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法?？柭鼮V波是以最小均方差為估計(jì)的最佳準(zhǔn)則。但是這種方法在低速場合下的轉(zhuǎn)速估計(jì)精度很難提高，且受干擾的影響也較大。其基本思想是利用某些量的誤差項(xiàng)，通過PI自適應(yīng)控制器獲得轉(zhuǎn)速的信息，一種采用的是轉(zhuǎn)矩電流的誤差項(xiàng)；另一種采用了轉(zhuǎn)子q軸磁通的誤差項(xiàng)。利用電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)速估算的方法雖然具有計(jì)算簡單的優(yōu)點(diǎn)，但這種方法存在計(jì)算中缺少任何校正環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)。因此，無速度傳感器成為了籠型電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)先采用的技術(shù)。圖中為磁鏈環(huán)調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)。電流調(diào)節(jié)器選擇PI調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（3）電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算由于直流電磁時(shí)間常數(shù)，因此取電流調(diào)節(jié)器開環(huán)時(shí)間常數(shù)為。通常取。對（221）作非奇異變換可求得以定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈作為狀態(tài)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程為(222)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩表示為： (223)式中，為定子電壓的dq分量，為轉(zhuǎn)子電壓的dq分量；為定子電流的dq分量，為轉(zhuǎn)子電流的dq分量；為定子磁鏈的dq分量，為轉(zhuǎn)子磁鏈的dq分量；為d軸與坐標(biāo)系軸間的夾角，為定子旋轉(zhuǎn)磁場同步角速度；為轉(zhuǎn)子軸與坐標(biāo)系軸間的夾角，為轉(zhuǎn)子角速度；為d軸與軸間的夾角（即），為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差角速度。1代表定子側(cè)變量，2代表轉(zhuǎn)子側(cè)變量（也可以用代表定子側(cè)變量，代表轉(zhuǎn)子側(cè)變量）。每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和，表達(dá)式為：（27）式中 而。由圖22可知，和之間的關(guān)系有（21）二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到二相靜止坐標(biāo)系的矩陣形式為（22）由（22）式可求出二相靜止坐標(biāo)系到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的逆變關(guān)系為（23）同理可得，電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換也與電流的旋轉(zhuǎn)變換相同。從內(nèi)部看，通過三相/二相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，異步電動(dòng)機(jī)變換成一臺(tái)由輸入，輸出的直流電動(dòng)機(jī)。3) 利用電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上的特征提取轉(zhuǎn)速信號(hào)無論是基于數(shù)學(xué)模型的開環(huán)計(jì)算轉(zhuǎn)速，還是基于PI控制的閉環(huán)構(gòu)造轉(zhuǎn)速，都需要電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型來做鋪墊，這樣就必不可少地受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響。其控制的核心就是轉(zhuǎn)速信號(hào)的觀測，獲取轉(zhuǎn)速信號(hào)的方法基本上有以下三條思路:1）基于電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型計(jì)算轉(zhuǎn)速這種思路主要包括兩種方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算，一種是基于轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢估計(jì)法，另一種方法是基于轉(zhuǎn)子磁通計(jì)算轉(zhuǎn)速，基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，利用異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過電壓、電流和磁鏈方程推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速估計(jì)公式，對估算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差進(jìn)行估算。的兩相電動(dòng)機(jī)，d軸和 q軸構(gòu)成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。但是它的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。 異步電動(dòng)機(jī)的控制方法交流異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)大致可分為兩大類，一類是標(biāo)量控制系統(tǒng)，主要是變頻調(diào)速系統(tǒng)，包括恒壓頻比控制和轉(zhuǎn)差頻率控制。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(shí)際應(yīng)用方面都與國外有著較大的差距，沒有產(chǎn)品化，高性能電機(jī)控制主要依賴進(jìn)口控制器。由于速度傳感器的安裝存在以上缺點(diǎn)，所以對無速度傳感器轉(zhuǎn)速估算方法的研究，成為高性能交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。 交流電機(jī)無速度傳感器控制研究畢業(yè)論文目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 研究課題的和意義背景 1 無速度傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 異步電動(dòng)機(jī)的控制方法 2 本文的主要研究內(nèi)容 4第2章 異步電機(jī)矢量控制理論與控制環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì) 5 矢量控制的基本思路 5 異步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 6 異步電動(dòng)機(jī)在ABC三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 7 異步電動(dòng)機(jī)在靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 9 異步電動(dòng)機(jī)在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 10 異步電動(dòng)機(jī)在MT同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 13 控制環(huán)的參數(shù)設(shè)計(jì) 15 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)框圖 15 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 16 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 17 磁鏈環(huán)的設(shè)計(jì) 19 本章小結(jié) 20第3章 異步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)和轉(zhuǎn)子磁鏈模型 21 轉(zhuǎn)速估計(jì)的方法 21 異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)速估計(jì) 23 本章小結(jié) 24第4章 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真 254．1 Matlab／Simulink仿真平臺(tái) 25 無速度傳感器矢量控制仿真實(shí)驗(yàn) 25 電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)模型仿真 26 磁鏈環(huán)模型仿真 28 整個(gè)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)模型仿真 29 仿真結(jié)果分析 34 本章小結(jié) 35結(jié)論 36參考文獻(xiàn) 37致謝 39附錄1 開題報(bào)告 40附錄2 中期報(bào)告 45附錄3 外文翻譯 61附錄4 外文原文 71III第1章 緒論 第1章 緒論 研究課題的和意義背景隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和矢量控制技術(shù)的發(fā)展，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)、價(jià)格低廉，因而各國研究人員紛紛轉(zhuǎn)向交流調(diào)速技術(shù)的研究，高性能的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。電機(jī)軸上的體積增大，同時(shí)給系統(tǒng)維護(hù)帶來了不便；4)增加了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；5)編碼器工作精度受環(huán)境條件影響，有的對環(huán)境條件很敏感，如電磁干擾、振動(dòng)、潮濕和溫度變化都會(huì)使性能下降，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性難以得到保證；6)電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍寬，傳感器有的分辨率低或運(yùn)行特性不好，同一個(gè)速度傳感器很難同時(shí)很好地既測量極低速度范圍又測量極高速度范圍。國外從20世紀(jì)70 年代末開始開展這方面的研究工作，目前，國外已經(jīng)開發(fā)出實(shí)用的無速度傳感器通用變頻器產(chǎn)品，德國和日本在這方面技術(shù)上則遙遙領(lǐng)先。此外，不使用速度傳感器也減小了整個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，使得無速度傳感器調(diào)速系統(tǒng)能夠更加廣泛地應(yīng)用于工程中[11~18]。3）恒控制，是氣隙磁通在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢，這種控制方式可以得到和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的機(jī)械特性，從而使高性能調(diào)速得以實(shí)現(xiàn)。（1）轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制( FOC)FOC控制算法是根據(jù)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型經(jīng)過縝密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出的，其過程需要進(jìn)行坐標(biāo)變換，將三相異步電動(dòng)機(jī)變換為空間上互差90176。(4)無速度傳感器矢量控制無速度傳感器的高性能異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是在常規(guī)帶速度傳感器的控制基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確度依賴于實(shí)際調(diào)試，同樣型號(hào)的變頻器用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不一樣的負(fù)載機(jī)械時(shí)，必須重新調(diào)試。圖21 矢量變換控制系統(tǒng)的思想從整體上看，A、B、C三相輸入，轉(zhuǎn)速輸出，為異步電動(dòng)機(jī)。而軸是靜止的，軸與M軸的夾角隨時(shí)間的變化而變化，所以矢量在軸上的分量的長短也隨時(shí)間的變化而變化，相當(dāng)于繞組交流磁動(dòng)勢的瞬時(shí)值。三相定子繞組的電壓平衡方程式：（24）三相轉(zhuǎn)子繞組電壓方程式： （25）若用微分算子，電壓矩陣方程可以表示為:（26）式中：為定子三相電壓瞬時(shí)值；為轉(zhuǎn)子三相電壓瞬時(shí)值；為定子三相電流瞬時(shí)值；為轉(zhuǎn)子三相電流瞬時(shí)值；為定子三相磁鏈瞬時(shí)值；為轉(zhuǎn)子三相磁鏈瞬時(shí)值；分別為定子和轉(zhuǎn)子電阻。定子電壓方程為（29）轉(zhuǎn)子電壓方程為（210）定子磁鏈方程為（211）轉(zhuǎn)子磁鏈方程為（212）式中：為定子電壓的分量，為轉(zhuǎn)子電壓的分量；為定子電流的分量，為轉(zhuǎn)子電流的分量；為定子磁鏈的分量，為轉(zhuǎn)子磁鏈的分量；分別為定子、轉(zhuǎn)子兩項(xiàng)繞組的自感，為定、轉(zhuǎn)子兩項(xiàng)繞組的互感，為轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)速。由式（215）~（220）可得（221）式（220）和（221）是描述異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程。 電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）電流濾波時(shí)間常數(shù)。(2)電流調(diào)節(jié)器的類型選擇。由圖26可見，磁鏈環(huán)調(diào)節(jié)對象是一個(gè)大時(shí)間常數(shù)及一個(gè)小時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，所以磁鏈調(diào)節(jié)器選擇PI調(diào)節(jié)器。對籠型電機(jī)而言，速度傳感器的安裝將破壞電動(dòng)機(jī)本身堅(jiān)固、簡單、低成本的優(yōu)點(diǎn)。一種比較具有代表性的方法是：利用異步電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢、電流來估計(jì)，并分為兩種不同的情況，在較低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以電流模型為主，而在較高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以定子電壓模型為主。(3)基于PI的自適應(yīng)調(diào)節(jié)器法。電機(jī)自身的定子與轉(zhuǎn)子齒槽的存在會(huì)使其在電機(jī)的氣隙之間產(chǎn)生齒諧波，這些齒諧波中就包含了正比于轉(zhuǎn)速的頻率成分，通過測量定子反電動(dòng)勢或者定子電流等物理量，然后對這些物理量進(jìn)行合理的處理，就可以估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。該方法是在最佳線性濾波理論的基礎(chǔ)上，把狀態(tài)空間模型引用到濾波理論中，并形成一套推理算法。由于以上原因再加上該方法對參數(shù)變化的魯棒性并無改進(jìn)，目前在實(shí)用性上還不強(qiáng)。第4章 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真 第4章 無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真 Matlab／Simulink仿真平臺(tái)Matlab名字的由來是Matrix和laboratory兩個(gè)詞的前幾個(gè)字母縮寫組合而成的，它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，在美國和其他發(fā)達(dá)國家的實(shí)驗(yàn)室及其科學(xué)研究機(jī)構(gòu)中得到了非常廣泛的應(yīng)用。Simulink可以用離散、連續(xù)采樣時(shí)間或混合采樣時(shí)間對連續(xù)或離散、線性或非線性或者混合系統(tǒng)進(jìn)行分析建模仿真，可以用來模擬仿真實(shí)際應(yīng)用中大部分可能遇到的系統(tǒng)。 磁鏈環(huán)模型仿真。 仿真結(jié)果分析 從仿真結(jié)果可以得到以下結(jié)論：（1） 系統(tǒng)在全速度范圍內(nèi)是漸近穩(wěn)定的。調(diào)節(jié)器則采用PI調(diào)節(jié)器，用工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)，對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制?；诖?lián)雙模型觀測器的異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，電氣傳動(dòng)，1997.[10] 劉豹，唐萬生，現(xiàn)代控制理論，第3版，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[11] 姬志艷，應(yīng)用異步電機(jī)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(dòng)化，1997年，第3期.[12] 陳伯時(shí)，陳敏遜，交流調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[13] 周淵深，交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真，中國電力出版社，2007.[14] 周元鈞，孫靜。在本論文的寫作過程中，吳忠強(qiáng)老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一次次地指出論文稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘。附錄1 開題報(bào)告 附錄1 開題報(bào)告燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：交流電機(jī)無速度傳感器控制研究學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 電氣工程系 年級(jí)專業(yè)： 12級(jí)自動(dòng)化3班 學(xué)生姓名： *** 指導(dǎo)教師： *** 完成日期： 2016年3月21日 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和矢量控制技術(shù)的發(fā)展，高性能的交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。因而，利用檢測的定子電壓電流等容易測得的物理量進(jìn)行速度估算，即對交流電機(jī)無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1][2][3][4]。1. 了解交流電機(jī)的在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型；2. 了解交流電機(jī)的控制方法；3. 如何進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的估計(jì)；4. 如何利用Matlab軟件的Simulink模塊進(jìn)行模型仿真搭建。但是光電碼盤在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的安裝存在同心度的問題，安裝不當(dāng)將影響測速的精度，并導(dǎo)致電機(jī)軸上的體積增大，而且給電機(jī)的維護(hù)帶來一定困難，同時(shí)破壞了異步電機(jī)的簡單堅(jiān)固的特點(diǎn)。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(shí)際應(yīng)用方面都與國外有著較大差距。首先，將三相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型變換到二相靜止坐標(biāo)系下，從而得到異步電動(dòng)機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。（1） 電壓方程定子電壓方程為（31）轉(zhuǎn)子電壓方程為（32）（2） 磁鏈方程定子磁鏈方程（33）轉(zhuǎn)子磁鏈方程（34）式中，、為定子電壓的分量，、為轉(zhuǎn)子電壓的分量；、為定子電流的分量，、為轉(zhuǎn)子電流的分量；、為定子磁鏈的分量，、為轉(zhuǎn)子磁鏈的分量；為軸與坐標(biāo)系軸間的夾角，為定子旋轉(zhuǎn)磁場同步角速度；為轉(zhuǎn)子軸與坐標(biāo)系軸間的夾角，為轉(zhuǎn)子角速度；為軸與軸間的夾角（即），為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差角速度。由于各繞組匝數(shù)相等，可消去合成磁動(dòng)勢的匝數(shù)，可以直接標(biāo)上電流，如合成磁動(dòng)勢直接標(biāo)成了。圖中，帶“*”號(hào)的是各量的給定信號(hào)，不帶“*”號(hào)的是各量的實(shí)測信號(hào)。電流調(diào)節(jié)器選擇PI調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（2）電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算由于，因此取。圖中磁鏈環(huán)調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，為積分時(shí)間常數(shù)。七、 對指導(dǎo)教師及學(xué)院管理的意見及建議學(xué)院及指導(dǎo)老師給我安排了《交流電機(jī)無速度傳感器控制研究》這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，符合了時(shí)代技術(shù)特點(diǎn)，而且具有良好的研究意義?；诖?lián)雙模型觀測器的異步電機(jī)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)，電氣傳動(dòng)，1997.[50] 劉豹，唐萬生，現(xiàn)代控制理論，第3版，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.[51] 姬志艷，應(yīng)用異步電機(jī)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(dòng)化，1997年，第3期.[52] 陳伯時(shí)，陳敏遜，交流調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[53] 周淵深，交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真，中國電力出版社，2007.[54] 周元鈞，孫靜。當(dāng)觀察者站在鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，交流機(jī)就變成了直流機(jī)。把這三個(gè)電流控制信號(hào)和由控制器得到的頻率信號(hào)加到電流控制的變頻器上，即可輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)