【正文】 C motor control effects, even more than the DC speed control system. Vector control is developed on the basis of the motor unified theory of electrical and mechanical energy conversion and coordinate transformation theory. Its ideology is the asynchronous motor simulation into a DC motor to control, coordinate transformation, deposition of the stator current vector for the rotor field oriented two DC ponents were controlled, in order to achieve the decoupling of flux and torque control, threephase AC winding, two exchanges winding and rotation of the DC winding equivalence between the three, in order to find the equivalent asynchronous motor winding DC motor model, in order to control the DC motor control method for asynchronous motor . So that he can achieve dynamic control of the electromagnetic torque, optimize the performance of the speed control system. In this paper, the closedloop vector control of asynchronous motor flux research and exploration. By the coordinates of the space vector transformation of the system modeling, including a DC power supply, inverter, motor, the rotor flux current model, the ASR, ATR AΨR and other modules. And control system for the MATLAB / SIMULINK simulation analysis.Key Words：Asynchronous Motor；Vector Control；MATLAB Simulation目 錄第一章 緒論 1第一節(jié)　交直流調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)概念及比較 1第二節(jié) 交流調(diào)速系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀 2第三節(jié) 異步電機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 5第二章　異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模分析 7第一節(jié)　三相電機(jī)的模型分析 7第二節(jié) 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型及狀態(tài)方程 11第三節(jié)　異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 12第四節(jié)　坐標(biāo)變換和變換矩陣 13第五節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 20第3章 　異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的基本原理..........................................23第一節(jié)　異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 23第二節(jié) 矢量控制思路的演變過程 23第三節(jié) 矢量控制的磁場定向 26第四節(jié) 轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器 28第五節(jié) 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng) 30第四章 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真分析 33第一節(jié)　SIMULINK軟件基本介紹 33第二節(jié) 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型的建立 33第三節(jié) 各模塊參數(shù)設(shè)置 36第四節(jié)　仿真結(jié)果 37第五章 全文總結(jié) 40參考文獻(xiàn) 41致謝 42第一章 緒論第一節(jié)　交直流調(diào)速系統(tǒng)的相關(guān)概念及比較　　　　電動(dòng)機(jī)+控制裝置=電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。而電能的生產(chǎn)、交換、傳輸、分配、使用和控制等，都必須利用電機(jī)來完成。 　　(3)無法應(yīng)用在粉塵、腐蝕性氣體和易燃易爆的場合。進(jìn)入第四代以后，GTO器件也正在被逐步淘汰。矢量控制原理的出現(xiàn)也促進(jìn)了其它控制方法的產(chǎn)生，如多變量解耦控制、變結(jié)構(gòu)滑模控制等方法。Clark申請專利“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，這二者構(gòu)成了矢量控制的理論基礎(chǔ)。第二章　異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)建模分析交流電機(jī)的模型種類繁多。另外，兩相電機(jī)和三相電機(jī)一樣，也同樣可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電流矢量可以看做是狀態(tài)變量，與磁鏈?zhǔn)噶恐g有式（211）的確定關(guān)系。所以，矢量的坐標(biāo)變換是電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中非常重要的步驟。(2) 轉(zhuǎn)子軸系的變換與定子軸系類似，變換矩陣在當(dāng)兩相轉(zhuǎn)子繞組，d、q相序和三相轉(zhuǎn)子繞組，a，b，c相序取為一致并且使d軸與a軸重合時(shí)與定子繞組的變換矩陣式相同。因此有式（21）和（22）　　 (21) 　　　　 (22)為了保持坐標(biāo)變換前后的總功率，即應(yīng)該保持變換前后有效繞組在氣隙中的磁通相等 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 (23)設(shè)三相繞組磁通公式：　　　　　　　　(24)兩相繞組磁通公式：　　 　　　　　　　　　(25) 上面兩式K為固定比例參數(shù)，通過增入一個(gè)分量，我們可以寫成矩陣形式為：　　　　 　　　　　 (26)　　將上兩式寫成矩陣形式并對其規(guī)格化得到下面方程：　　 　　　　　　　 (27)　　從上式解得，三相到兩相的匝數(shù)比應(yīng)該為：　　 　　　　　　　　　　　 (28) 因此，可以得到下面的矩陣形式：　　 　　　 　　　　　　 (29)　　當(dāng)電機(jī)使用星型接法時(shí)，有等式：　　 　　　　　　　　　 (210)　　則上面的變換矩陣可以寫成下面的形式：　　 　　　　　　 　 (211)　　同時(shí)，我們可以得到從兩相到三相的變換矩陣，即為上面矩陣的逆變換：　　 　　　　　　　　 (212) 從原理上分析，上面的變換公式具有普遍性，同樣可以應(yīng)用于電壓或者其他參量的變換中。 直角坐標(biāo)－極坐標(biāo)變換（k/p變換）令矢量is和d軸的夾角為θｓ已知id，iq，求is，θs，就是直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換，簡稱k/p變換。由式(31)可以看出，通過控制異步電動(dòng)機(jī)定子磁勢Fs的模值，或者控制轉(zhuǎn)子磁勢Fr的模值及他們在空間中的位置，就能夠達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。分別都相同，那么我們就認(rèn)為這個(gè)旋轉(zhuǎn)的直流繞組模型與靜止的三相交流繞組等效。根據(jù)式(319)、(320)、(321)可以求出：　　 (323)　　 (324)其中，為轉(zhuǎn)子電路的時(shí)間常數(shù)由式(323)可以看出轉(zhuǎn)子磁鏈Ψr唯一由定子電流矢量的勵(lì)磁電流分量isM產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩電流分量isT無關(guān)，這樣就實(shí)現(xiàn)了磁通和轉(zhuǎn)矩電流的完全解耦。轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康臋z測和獲取方法一般有兩種：直接法：磁敏式檢測法、探測線圈法。在圖中可以看出，此時(shí)的磁鏈觀測器是一個(gè)定常觀測器。其中直流電源DC、逆變器、電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)測量模塊組成了模型的主電路，逆變器的驅(qū)動(dòng)信號由滯環(huán)脈沖發(fā)生器模塊產(chǎn)生。 圖42 2s/2r變換仿真模型 圖43 2s/2r逆變換仿真模型二、轉(zhuǎn)子磁鏈模塊 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，用到了坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)是轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確觀測，沒有它就不能進(jìn)行2s/2r變換及逆變換，而且轉(zhuǎn)子磁鏈還關(guān)系到能否實(shí)現(xiàn)磁場的定向磁鏈的閉環(huán)控制。圖46 定子磁鏈軌跡圖47 三相電流波形圖48 三相電流波形按比例放大圖49 轉(zhuǎn)速(角速度)相應(yīng)圖410 輸出轉(zhuǎn)矩波形圖 411定子電流d、q分量的波形第五章 全文總結(jié)本課題詳細(xì)介紹了異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理，利用MATLAB語言中的SIMULINK模塊和電力系統(tǒng)模塊庫(Power System Blockset)建立了異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型。在未來的生活工作中，必將學(xué)以致用。圖46的磁鏈軌跡很好的反應(yīng)了這個(gè)結(jié)論。SIMULINK具有交互式圖形化的建模環(huán)境、交互式的仿真環(huán)境、大量的專用模塊庫、豐富的數(shù)據(jù)I/O工具等優(yōu)點(diǎn)。如圖314所示，此系統(tǒng)中有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR，磁鏈調(diào)節(jié)器AψR(shí)。如圖312所示為二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型的運(yùn)算圖。圖39 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第四節(jié) 轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器在對三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行磁鏈閉環(huán)控制中，如圖39所示，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康哪Ｖ郸穜及磁場定向角φs都是實(shí)際量值。下面求出異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的電壓方程。所以，直流電機(jī)則可以認(rèn)為是兩個(gè)在空間上位置互差90176。隨著微電子技術(shù)和硬件技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式控制處理器芯片的運(yùn)算能力和可靠性得到了很大提高，這使得以單片機(jī)為控制核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)得以取代以往的模擬器件控制系統(tǒng)成為可能。如果將上面推導(dǎo)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的電壓矩陣經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換，同樣可以將電機(jī)各個(gè)參量等效在空間任意位置的坐標(biāo)系中，因此當(dāng)選擇與轉(zhuǎn)子磁場固聯(lián)的坐標(biāo)系時(shí)，可以大大簡化電機(jī)數(shù)學(xué)模型，便于電機(jī)解耦控制。圖中的A，B，C坐標(biāo)軸分別代表電機(jī)參量分解的三相坐標(biāo)系。且轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)子的角速度ωr旋轉(zhuǎn)。把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來，得到圖24。此時(shí)的派克方程為：　　電壓方程為　　　　 　　　　 　 (210)　　磁鏈表達(dá)式　　　　 　　　 (211)　　轉(zhuǎn)矩表達(dá)式　　　　 　　　 (212)　　機(jī)電運(yùn)動(dòng)方程式　　　　 　　　 (213) 　　異步電機(jī)在dq坐標(biāo)上的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖　　　　 　　　　 　　　　 考慮到磁鏈方程的電壓方程式可寫為：　　　　u=Ri+Lpi+er 　　　　 (214)由式（213）（211）（212）化成多變量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖23所示。所以，對這些方程進(jìn)行簡化的工作是非常必要的。對比直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，矢量變換控制系統(tǒng)有可連續(xù)控制、調(diào)速范圍寬等顯著優(yōu)點(diǎn)，且多年來在簡化矢量變換控制系統(tǒng)方面亦己獲滿意的結(jié)果，為此矢量變換控制系統(tǒng)仍不失為現(xiàn)代交流調(diào)速的重要方向之一。Blaschke等人提出了“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)磁場定向的控制原理”，美國的P（4）矢量變換控制(以下簡稱VC)技術(shù)的誕生和發(fā)展為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。80年代中后期開始用第二代電力電子器件GTR(Giant Transistor)、GTO(Gate Turn Off thyristor)、VDMOSIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等制造的變頻裝置可以在性價(jià)比上與直流調(diào)速裝置相媲美。在使用時(shí)由于換向器的存在，調(diào)速系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 總之，由于直流電動(dòng)機(jī)存在的這些問題，使得直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用受到了極大的限制，也使得直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用受到相應(yīng)的限制。本文針對異步電動(dòng)機(jī)磁鏈閉環(huán)矢量控制進(jìn)行研究和探索。通過空間矢量的坐標(biāo)變換，對系統(tǒng)進(jìn)行建模，其中包括直流電源、逆變器、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型、ASR、ATR、AΨR等模塊。相對于直流電動(dòng)機(jī)而言，交流電動(dòng)機(jī)(特別是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī))具有許多優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行可靠、少維修、使用環(huán)境及結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)閾Q向器的機(jī)械強(qiáng)度不高，電刷易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)檢修。隨著大電流、高電壓、高頻化、集成化、模塊化的電力電子器件的出現(xiàn)，第三代電力電子器件成為90年代制造變頻器的主流產(chǎn)品。交流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的被控對象，采用了參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實(shí)現(xiàn)交