【正文】 按照這種設(shè)想，可以構(gòu)成直接控制和的矢量控制系統(tǒng)，如圖1所示。繞組相當于偽靜止繞組，相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。目前對調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝已較多地采用矢量控制型變頻調(diào)速裝置。機械工業(yè)出版社，2014.[55] 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.[56] 張菁，無速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)的研究，武漢理工大學(xué)，2013.[57] 李蘭蘭，異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究，武漢科技大學(xué)，2011.[58] 王愛祥，交流電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究，南京理工大學(xué)，2003.[59] Lazhar Ben 一Brahim. A Fully Digitized FieldOriented Controlled Induction Motor Drive Using only Current Sensors. IEEE Trans. ,(3).[60] Manfred Schroede. Sensorless Control of Induction Motors at Low Speed and Standstill. ,863[61] Tamai Sensorless Vector Control of Induction Motor Applied Model Reference Adaptive System. Conf. Rec. IEEE IAS Ann. [62] Shauder C. Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors without Rotational Transducers. IEEE Trans. IA 1992(5),128六、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日七、系級教學(xué)單位審核意見：審查結(jié)果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字：年 月 日 附錄3 外文翻譯 附錄3 外文翻譯異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計張民，丁興平，郭振中國，青島，青島科技大學(xué)自動化學(xué)院， 266033，Email: z_m530摘 要異步電動機的各種調(diào)速方式中，矢量控制的調(diào)速方式響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、傳動性能高、調(diào)速范圍寬。另外，也很感謝師兄師姐和同組同學(xué)的技術(shù)支持和熱心幫助，讓我能很快便掌握VISIO，MATLAB等軟件的相關(guān)操作，畢業(yè)設(shè)計過程中遇到的問題逐漸得到了解決，使得整個畢業(yè)設(shè)計過程都很順利。在此，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師吳忠強教授。按照任務(wù)書的要求，畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成了開題報告、中期報告，接下來要完成各個模塊的具體設(shè)計，進行仿真驗證和進入撰寫階段。積分時間常數(shù)：；比例系數(shù)：。圖5 異步電動機磁鏈調(diào)節(jié)環(huán)框圖磁鏈環(huán)結(jié)構(gòu)如圖5所示。由電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖可得可得4. 速度環(huán)的設(shè)計圖4 異步電機速度調(diào)節(jié)環(huán)框圖速度環(huán)結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。由定子靜止側(cè)裝設(shè)電壓傳感器和電流傳感器，檢測三相電壓和三相電流，根據(jù)3S/2S變換中的兩相電壓、電流可以推算出定子磁鏈，估計電機的實際轉(zhuǎn)速。磁通給定信號由函數(shù)發(fā)生環(huán)節(jié)獲得，電流給定信號同樣受到磁通信號的控制。電流調(diào)節(jié)器。圖1 靜止直角坐標系與旋轉(zhuǎn)直角坐標系間的變換圖圖1中，M軸、T軸和矢量都以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以分量的長短不變，相當于M、T繞組的直流電動勢。把兩個坐標系畫在一起，如下圖1所示。4. 電動機在MT同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型（1） 電壓方程定子電壓方程 （41）轉(zhuǎn)子電壓方程（42）（2） 磁鏈方程定子磁鏈方程（43）轉(zhuǎn)子磁鏈方程（44）用矩陣形式表示的電壓方程為（45）（3） 以轉(zhuǎn)子磁鏈表達的異步電動機數(shù)學(xué)模型（46）考慮到，則有數(shù)學(xué)模型式為（47）式中，、為定子電壓的M、T分量，、為轉(zhuǎn)子電壓的M、T分量；、為定子電流的M、T分量，、為轉(zhuǎn)子電流的M、T分量；為定子磁鏈的M、T分量，為轉(zhuǎn)子磁鏈的M、T分量。該坐標是一個二相旋轉(zhuǎn)直角坐標系，它的軸可按不同方向定向，其軸逆時針超前d軸空間電角度，該坐標系在空間以定子磁場的同步角速度（也就是轉(zhuǎn)子磁場的同步速度）旋轉(zhuǎn)，在同步旋轉(zhuǎn)坐標系上看交流電動機的各個量，這些交流物理量就為直流量了。（1） 電壓方程定子電壓方程為（21）轉(zhuǎn)子電壓方程為（22）（2） 磁鏈方程定子磁鏈方程為（23）轉(zhuǎn)子磁鏈方程為（24）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)子兩項繞組的自感，為定、轉(zhuǎn)子兩項繞組的互感，為轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)速。（4） 運動方程電力拖動系統(tǒng)的運動方程為：（16）式中，為負載轉(zhuǎn)矩，為系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量， 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。畢業(yè)設(shè)計進展情況以及研究的基本內(nèi)容：周次1~4周5~8周9~12周13~16周17~18周研究的基本內(nèi)容查找資料，了解交流電機在不同坐標系下的數(shù)學(xué)模型交流異步電機矢量控制器設(shè)計和觀測器設(shè)計學(xué)習(xí)并熟悉Matlab仿真模型的搭建進行模型仿真搭建以及完善，撰寫論文初稿進一步修改和完善論文，準備后期答辯事宜進度完成完成完成進行中待完成一、 畢業(yè)設(shè)計實施方案：一、 異步電動機在不同坐標系下的數(shù)學(xué)模型：1. 異步電動機在三相靜止坐標系上的數(shù)學(xué)模型 （1） 電壓方程式三相定子繞組的電壓平衡方程式：（11）三相轉(zhuǎn)子繞組電壓方程：（12）若用微分算子，電壓矩陣方程可以表示為:（13）式中：，為定子三相電壓瞬時值；，為轉(zhuǎn)子三相電壓瞬時值；，為定子三相電流瞬時值；，為轉(zhuǎn)子三相電流瞬時值；，為定子三相磁鏈瞬時值；，為轉(zhuǎn)子三相磁鏈瞬時值；，分別為定子和轉(zhuǎn)子電阻。（二） 國內(nèi)外研究動態(tài)：近20 年來，這項研究受到國內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員的高度重視，成為了研究的熱點。所以速度傳感器的安裝、維護以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣等方面的問題，都嚴重影響到交流電機調(diào)速系統(tǒng)的簡易性和可靠性，限制了交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)子磁場定向控制、轉(zhuǎn)差頻率矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，離不開速度的閉環(huán)控制，因而必須實時獲取電機轉(zhuǎn)速。四、研究工作進度 1. 1~4周，回顧并了解交流電機的工作原理，調(diào)速理論和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。 （二）擬解決的主要問題國外從20世紀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。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。通常情況下，人們利用電機同軸安裝的光電碼盤來實現(xiàn)測速。 畢業(yè)論文過程是再一次系統(tǒng)地學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。每周定時對我們進行悉心指導(dǎo)，當遇到一些難以理解的問題時，老師會讓我們先到圖書館查閱書籍，先自行理解并消化。大學(xué)四年，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，也得益于各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵。機械工業(yè)出版社，2014.[15] 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.[16] 張菁，無速度傳感器異步電機矢量控制系統(tǒng)的研究，武漢理工大學(xué)，2013.[17] 李蘭蘭，異步電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究，武漢科技大學(xué)，2011.[18] 王愛祥，交流電機無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的研究，南京理工大學(xué)，2003.[19] , 鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，24（4）：2530.[20] Lazhar Ben 一Brahim. A Fully Digitized FieldOriented Controlled Induction Motor Drive Using only Current Sensors. IEEE Trans. ,(3).[21] Manfred Schroede. Sensorless Control of Induction Motors at Low Speed and Standstill. ,863[22] Shauder C. Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors without Rotational Transducers. IEEE Trans. IA 1992(5),128[23] Yang Geng，Chin TungHai．Adaptive speed Identification Scheme for a Vector controlled Speed Sensorless Inverter induction Motor Drive[J 1．IEEE Transactionson IndustryApplications，1993，29(4)：820—825．[24] 薛定宇，陳陽泉．基于MATLAB／SIMUUNK的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用【M】．清華大學(xué)出版社，2002：6—7．致謝 致謝非常感謝吳忠強教授在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到撰寫、修改，到論文定稿，老師給了我耐心的指導(dǎo)和悉心的幫助。(3) 在矢量控制器的作用下，控制系統(tǒng)的各個組成部分可以協(xié)調(diào)并聯(lián)運行。由第2章中異步電機的轉(zhuǎn)子磁鏈定向的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出計算轉(zhuǎn)速的表達式。第1章闡述了交流調(diào)速系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展狀況和優(yōu)勢，分析了交流調(diào)速系統(tǒng)的控制策略，歸納并比較了各種控制策略的優(yōu)缺點。（3） 在矢量控制器的作用下，控制系統(tǒng)的各個組成部分可以協(xié)調(diào)并聯(lián)運行。給定磁通為60和100時，磁鏈環(huán)環(huán)節(jié)的仿真波形圖如圖417和418所示(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度magnetic flux，單位Wb)。圖46 給定磁通為60時的磁鏈仿真波形圖47 給定磁通為100時的磁鏈仿真波形給定磁通分別為60,100時，從圖46，(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度magnetic flux，單位Wb)。圖43 給定角速度為1000時的仿真波形給定轉(zhuǎn)速為1000 rad/s時，從圖中可以看出電機在啟動時有一定的超調(diào)，在6s鐘后電機轉(zhuǎn)速趨于平穩(wěn)(圖中橫坐標為時間time，單位s；縱坐標為角速度speed，單位rad/s)。 無速度傳感器矢量控制仿真實驗根據(jù)無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)原理，基于MATLAB/SIMULINK平臺，搭建了帶轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)和磁鏈閉環(huán)的無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)仿真模型。Simulink是Matlab其中的一個最重要的組件，它提供了一個器件級別的建模與動態(tài)仿真的工作平臺，同時它還提供了一個系統(tǒng)建模、仿真和分析的環(huán)境。隨著版本的不斷升級，內(nèi)容的不段擴大，功能的更加全面。 異步電機按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)速估計 將第2章中轉(zhuǎn)子磁鏈定向方程式（231）、電機的轉(zhuǎn)矩方程式（233）、方程式（234）分別重寫如下 （31） （32）（33）由式（33）的第1行得到同步角速度（轉(zhuǎn)子磁鏈的角速度）為（34）由式（33）的第4行得到轉(zhuǎn)差角速度（轉(zhuǎn)子磁鏈相對于轉(zhuǎn)子的角速度）為（35）由，式（34）和（35）相減，可得電動機的轉(zhuǎn)速估算公式為（36） 本章小結(jié)本章首先介紹了轉(zhuǎn)速估計的方法，本文選擇了簡單、易于實現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型估計方法來估計電機的轉(zhuǎn)速。將電流型的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代替，然后采取誤差反向傳播算法的自適應(yīng)規(guī)律來估計異步電機的轉(zhuǎn)速，其中，將異步電機自身的參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的各個權(quán)值。擴展卡爾曼濾波法是將非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在其最優(yōu)估計點處展開成一階或者二階泰勒級數(shù)，然后將級數(shù)的高階部分丟掉，這樣就把一個非線性系統(tǒng)近似處理變?yōu)榫€性系統(tǒng)。它把電機轉(zhuǎn)速也看作為一個待估算的狀態(tài)變量，利用前一時刻的估計值和當前時刻的觀測值來修正狀態(tài)變量的估計值，求出當前時刻的估計值。除此之外，高頻信號的注入同時會加劇異步電機無謂的損耗以及產(chǎn)生脈動的轉(zhuǎn)矩。(6)高頻注入法。在將此方法應(yīng)用于異步電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的過程當中，由于受電機自身結(jié)構(gòu)的影響，造成在低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下對電機轉(zhuǎn)速觀測的動態(tài)性能比不上高速場合的觀測效果，如果利用傳統(tǒng)的自適應(yīng)律對觀測器進行設(shè)計的話，有可能會造成觀測器工作不穩(wěn)定。(4)基于自適應(yīng)全維狀態(tài)觀測器的轉(zhuǎn)速估計法。異步電機電壓模型中無轉(zhuǎn)速變量，故將其選為參考模型，異步電機電流模型中包含有轉(zhuǎn)速變量，故將其選為可調(diào)模型。但是由于這種方法嚴重依賴于異步電機自身的參數(shù)，這使得速度的估計精度會受到影響，系統(tǒng)的抗干擾能力變差，可能會使系統(tǒng)變的不穩(wěn)定。以異步電動機的穩(wěn)態(tài)模型為出發(fā)點，直接求出轉(zhuǎn)差表達式，并將計算結(jié)果直接應(yīng)用到轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中。交流電機無速度傳感器的矢量控制技術(shù)是在常規(guī)帶速度傳感器的矢量控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,也是沿用磁場定向控制技術(shù),只是電機轉(zhuǎn)速的獲取途徑、方法不同。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