【正文】 Rr and Lr are rotor winding resistance and leakage inductance。在課題進(jìn)行的過程中，我得到了付棟梁、王昭等同學(xué)的支持和幫助，他們?cè)谖疫M(jìn)行整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中給了很多的建議。要解決這個(gè)問題應(yīng)該增加磁通反饋和磁通調(diào)節(jié)器，或采用實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈的定向，即直接磁場(chǎng)定向。本章采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制模型進(jìn)行仿真，該系統(tǒng)明顯有很多優(yōu)點(diǎn)。其余圖形反映了各個(gè)控制模塊輸出信號(hào)波形的變化狀況，經(jīng)過2r/3s變換后的三相調(diào)制信號(hào)的幅值和頻率在調(diào)節(jié)過程中是逐步增加,隨頻率的增加轉(zhuǎn)速逐步提高，信號(hào)幅值的提高，保證了電動(dòng)機(jī)電流在啟動(dòng)過程中保持不變。（a） 空載起動(dòng)，t=（b）空載起動(dòng)，t=（c）空載起動(dòng)，t=(d)空載起動(dòng)，t=（e）SPWM三相調(diào)制信號(hào)（f）空載起動(dòng)，t=(g)空載起動(dòng)，t=(h)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性在仿真結(jié)果中，圖a至d反映了在起動(dòng)和加載過程中，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電流，和轉(zhuǎn)矩的變化過程。最終得到三相靜止坐標(biāo)系下的定子三相電壓。（a）轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器模塊：如圖（b）所示，由于，可通過電機(jī)的轉(zhuǎn)軸輸出得到，轉(zhuǎn)差頻率可根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制原理得到，即轉(zhuǎn)差頻率與定子電流的T軸分量，M軸分量可建立確定的函數(shù)關(guān)系（）。測(cè)量模塊電機(jī)類型選擇異步電機(jī)(Asynchronous)。（1）PWM變頻電路參數(shù)設(shè)計(jì)PWM變頻電路分為整流電路和逆變電路，整流電路的輸入為三相交流電壓源，采用不可控的二極管作為整流器件，逆變電路采用可自關(guān)斷的IGBT作為換流器件。電機(jī)額定有功W，額定電壓=380V，額定頻率=50HZ,定子電阻=，定子漏感=,轉(zhuǎn)子電阻=，轉(zhuǎn)子漏感=，電機(jī)定轉(zhuǎn)子互感=，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=,逆變器直流電源為510V,摩擦系數(shù),電機(jī)極對(duì)數(shù),漏磁系數(shù)，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)由基于轉(zhuǎn)差頻率矢量控制原理圖可以看出，在保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變的控制下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩直接受定子電流的轉(zhuǎn)矩分量的控制。但若太大，積分作用太弱，以致不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。（2）積分控制對(duì)控制性能的影響積分控制通常與比例控制或微分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PI或PID控制。在實(shí)際閉環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的，積分過程將自動(dòng)停止。當(dāng)初始條件為零時(shí)，可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （31）上式表明，PI調(diào)節(jié)器為一比例環(huán)節(jié)和一積分環(huán)節(jié)組成，在零初始狀態(tài)和給定輸入下，可得PI調(diào)節(jié)器輸出的電壓時(shí)間特性曲線如下圖所示： PI調(diào)節(jié)器輸出的電壓時(shí)間特性曲線從上圖可以看出比例積分作用的物理意義，突加給定電壓后，輸出電壓首先突躍到，保證了一定的快速響應(yīng)，但是小于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)所要求的比例放大系數(shù)的，因此，快速性被壓低了，換來對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的保證。在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況。4. 采用不可控的二極管整流器，電源側(cè)功率因數(shù)較高，且不受逆變器輸出電壓大小的影響。PWM變壓變頻器的應(yīng)用之所以如此的廣泛，是由于它具有如下的一系列優(yōu)點(diǎn)：1. 在主電流整流和逆變兩個(gè)單元中，只有逆變單元式可控的，通過它同時(shí)調(diào)節(jié)電壓和頻率，結(jié)構(gòu)十分簡單。從整體結(jié)構(gòu)看，電力電子變壓變頻器可分為和交交兩大類。 PWM逆變器與整流相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。3主電路與控制電路主電路是在電器設(shè)備或電力系統(tǒng)中直接承擔(dān)電能的交換或控制任務(wù)的電路。根據(jù)公式（25）（27），以及基于轉(zhuǎn)差頻率的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制結(jié)構(gòu)原理圖，可以看出，在保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變的控制下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩直接受定子電流的轉(zhuǎn)矩分量的控制，并且轉(zhuǎn)差角頻率可以通過定子電流的轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算，轉(zhuǎn)子磁鏈也可以通過定子電流的勵(lì)磁分量來計(jì)算。當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)，應(yīng)有，代入轉(zhuǎn)矩方程（250）和狀態(tài)方程式（251）到（255）可得如下方程 （256）上式可解得 （257） （258） （259）上式（259）可解得 （260） （261）上式（261）可解得 （262）其中和分別為定，轉(zhuǎn)子自感，為微分算子,為轉(zhuǎn)子總磁鏈，為轉(zhuǎn)差角頻率，為轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速采用轉(zhuǎn)差頻率控制，即異步電動(dòng)機(jī)定子角頻率由轉(zhuǎn)子角頻率和轉(zhuǎn)差角頻率組成（）。（2）狀態(tài)方程。以上的分析表明，在兩相坐標(biāo)系上的電壓源型變頻器異步電機(jī)具有4階電壓方程和1階運(yùn)動(dòng)方程，因此其狀態(tài)方程也應(yīng)該是5階的，須選取5個(gè)狀態(tài)變量。于是， 則磁鏈變換式為 （235）再利用（210）磁鏈方程，可得 （236）因此 （237）：坐標(biāo)系同軸定子與轉(zhuǎn)子等效繞組間的互感，：坐標(biāo)系定子等效兩相繞組間的互感，：坐標(biāo)系轉(zhuǎn)子等效兩相繞組間的互感，又磁鏈的零軸分量最終磁鏈方程可化為， （238）定子電壓變換關(guān)系： （239）同理， （240）ABC三相坐標(biāo)系，A相電壓方程將,代入上式，令為dq0旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系相對(duì)定子的角速度，可得 （241）同理的轉(zhuǎn)子電壓方程 （242）將磁鏈方程（238）代入式（341），（342）中得到坐標(biāo)系上的電壓電流方程式 （243）3．轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程由式（220）利用反變換矩陣和可把坐標(biāo)系上的定﹑轉(zhuǎn)子電流變換到坐標(biāo)系，且經(jīng)過簡化，最后可以得到坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)矩方程 （244）運(yùn)動(dòng)方程與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換無關(guān)仍為式（221）。它將對(duì)異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的簡化提供理論依據(jù)，同時(shí)，也為異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制提供了理論依據(jù)。從兩相靜止坐標(biāo)系，到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，的變換稱做兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。、和、兩個(gè)坐標(biāo)系，為方便起見，取軸和軸重合。這樣，通過坐標(biāo)系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型。這時(shí)，繞組相當(dāng)于勵(lì)磁繞組，繞組相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。如果讓包含兩個(gè)繞組在內(nèi)的整個(gè)鐵芯以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動(dòng)勢(shì)F自然也就隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)觀察者站在鐵芯上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，在它看來，和是兩個(gè)通以直流而相互垂直的靜止繞組。（a）和（b）的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，即認(rèn)為兩相繞組與三相繞組等效。在這里，不同的電機(jī)模型彼此等效的原則是，在不同坐標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全一致。電樞磁動(dòng)勢(shì)的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動(dòng)勢(shì)抵消，或者由于其作用方向與軸垂直而對(duì)主磁通影響甚微，所以直流電動(dòng)機(jī)的主磁通基本上唯一地由勵(lì)磁電流決定。當(dāng)一條支路中的導(dǎo)線經(jīng)過正電刷歸入另一條支路中時(shí)，在負(fù)電刷下又有一條導(dǎo)線補(bǔ)回來。直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較簡單，上圖繪出了直流電動(dòng)機(jī)的物理模型。通常須采用坐標(biāo)變換的方法加以改造，使變換后的數(shù)學(xué)模型容易處理一些。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。簡單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別設(shè)計(jì)兩者的調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電機(jī)的高性能調(diào)速。20世紀(jì)70年代由德國工程師創(chuàng)立的嶄新的矢量控制控制理論，從而實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)的具有與直流同樣好的調(diào)速效果。（3）多變量之間的耦合關(guān)系主要也體現(xiàn)在和兩個(gè)環(huán)節(jié)上。若忽略電力拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，則系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： （221）式中 ：負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ：機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為了把變參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成常參數(shù)矩陣須利用坐標(biāo)變換。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對(duì)應(yīng)于定子互感，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣性和右手螺旋定則。在做出以下假設(shè)：（1）忽略空間諧波，三相繞組在空間互差120176。2．在異步電動(dòng)機(jī)中，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于它們都是同時(shí)變化的，在數(shù)學(xué)模型中，就含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)，這樣一來，即使不考慮磁飽和等因素，數(shù)學(xué)模型也是非線性的。而相對(duì)于直流電機(jī)，交流電機(jī)具有以下特點(diǎn)：1．異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓電流的協(xié)調(diào)控制，有電壓和電流兩個(gè)獨(dú)立的輸入變量。同時(shí)，由于在動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對(duì)應(yīng)于的限幅轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性?？偨Y(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：（1）在的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與成正比，條件是氣隙磁通不變。2．上述規(guī)律是在保持恒定的條件下成立的，保持恒定的條件：，可知 （111）可見該控制需要在恒控制的基礎(chǔ)上再提高電壓以補(bǔ)償定子電流壓降。電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式： （12）： （13）將（13）代入（12）中得： （14）將電機(jī)氣隙電動(dòng)勢(shì)代入式（14）得 （15）令并定義為轉(zhuǎn)差頻率，其中為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，則式（15）可化為 （16）當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，值很小，因而也很小，只有的百分之幾，可以認(rèn)為，則轉(zhuǎn)矩可近似表示為 （17）上式表明，在很小的穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通不變，則有，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。因此，把直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)當(dāng)做電流給定信號(hào)，也就是轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)。進(jìn)一步，可以改變其中的參數(shù)同時(shí)可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATLAB工作空間來做后處理和可視化。這種途徑可以深入了解模型的組織和模塊之間的相互作用。Simulink擁有全面的庫，如接收器，信號(hào)源，線形及非線形組塊和連接器。系統(tǒng)也能采用復(fù)合速率，也就是不同的部分用不同的速率來采樣和更新。（4）MATLAB數(shù)據(jù)功能庫：它擁有龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則的集合，包含有基本的加、正弦、余弦功能到復(fù)雜的求逆矩陣及求矩陣的特征值，Bessel功能和快速傅立葉變換。同時(shí)也有開發(fā)、管理、調(diào)試profiling、Mfiles、MATLAB、sapplications的系列工具。MATLAB系統(tǒng)可分為五個(gè)部分:（1）MATLAB語言：這是一種高級(jí)矩陣語言，其有著控制流程狀態(tài)，功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。在美國，MATLAB是大學(xué)生和研究生必修的課程之一。作為用戶不可缺少的工具箱，它可以使你學(xué)習(xí)和使用專門技術(shù)。MATLAB在擁有很多用戶的同時(shí)經(jīng)歷了許多年的發(fā)展時(shí)期。它將計(jì)算、可視化和編程結(jié)合在一個(gè)易于使用的環(huán)境中，此而將問題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)，其典型的使用包括:.數(shù)學(xué)計(jì)算.運(yùn)算法則的推導(dǎo).模型仿真和還原.數(shù)據(jù)分析，采集及可視化.科技和工程制圖.開發(fā)軟件，包括圖形用戶界面的建立MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，它的基本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。利用馬爾柯夫過程理論對(duì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模,研究冗余和容錯(cuò)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)也是交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域,是熱點(diǎn)課題之一。如電力電子器件在零電壓或電流下轉(zhuǎn)換,即工作在所謂“軟開關(guān)”狀態(tài)下,從而使開關(guān)損耗降低到零。1．智能化控制方法對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的影響研究，主要針對(duì)電機(jī)參數(shù)的不確定性、純滯后或非線性耦合等特性,以及電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確及參數(shù)變化的影響都會(huì)造成定向坐標(biāo)的偏移，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入、輸出信息進(jìn)行仿人思維的智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中,成為交流調(diào)速控制技術(shù)新的研究方向。轉(zhuǎn)差功率如何處理,是消耗掉還是回饋給電網(wǎng),可衡量異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。（4）交流電機(jī)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用。數(shù)字化使得控制器對(duì)信息處理能力大幅度提高，各種計(jì)算輕易實(shí)現(xiàn)，從而交流調(diào)速的現(xiàn)代控制方法終于得以完全實(shí)現(xiàn)。1975年,德國學(xué)者FBlaschke提出了矢量變換控制原理,采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕,實(shí)現(xiàn)了將交流電動(dòng)機(jī)的控制過程等效為直流電動(dòng)機(jī)的控制過程。因此,20世紀(jì)80年代以前,在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中,直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。長期以來,直流電動(dòng)機(jī)由于調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于工程過程中。在工業(yè)化的進(jìn)程中,電動(dòng)機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備。在此基礎(chǔ)上介紹了異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)變換，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了闡述。最后，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)出如下結(jié)論：采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。實(shí)際應(yīng)用中要求電機(jī)一方面要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；另一方面能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時(shí),保持勵(lì)磁電流恒定,可用改變電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速。交流電動(dòng)機(jī)自1885年出現(xiàn)后，由于沒有理想的調(diào)速方案，因而長期用于恒速拖動(dòng)領(lǐng)域，近些年來,科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基