【正文】 特別感謝我的父母和親人，感謝他們多年來在精神和物質(zhì)上對我的支持和鼓勵，使我不斷克服困難前進。對擔任我這一組、參加評審工作和答辯的全體老師表示誠摯的謝意。這篇論文是在文老師的精心指導下進行的，從論文的選題，設計過程，到最后的撰寫，傾注了文老師的心血，使我順利地完成了論文，更培養(yǎng)了我開展科研的能力。隨著電力電子器件以及微電子器件、特別是微型計算機和大規(guī)模集成電路的發(fā)展,再加上現(xiàn)代控制理論的向電氣傳動領域的滲透,各種新型控制策略正不斷涌現(xiàn),交流電機控制技術展現(xiàn)出更為廣闊的前景。變頻調(diào)速技術作為高新技術、基礎技術和節(jié)能技術,己經(jīng)滲透到經(jīng)濟領域的所有技術部門中,因此高性能、低能耗的變頻調(diào)速系統(tǒng)對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到相當大的作用,它也是整個電力傳動研究的發(fā)展方向。系統(tǒng)仿真表明，適當選取調(diào)節(jié)器參數(shù)和合適的仿真參數(shù)，可使該系統(tǒng)得到良好的動態(tài)性能，系統(tǒng)的動態(tài)響應快，超調(diào)量小，抗干擾能力強，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，獲得了較好的調(diào)速性能。在查閱大量文獻的基礎上建立了交流電動機矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，通過在MATLAB軟件中應用SIMULINK仿真工具進行的仿真實驗驗證了模型的正確性。穩(wěn)態(tài)轉子角速度為120rad/s。，定子電流的峰值可達到450A，在恒轉矩啟動階段，定子電流基本保持在約為150A。仿真時間設為0～，采樣時間。速度調(diào)節(jié)器中Kp設為13，Ki為26，轉矩限幅為300。將逆變器直流電源Vdc設為780V。Calculation模塊的作用是根據(jù)定子電流的勵磁分量計算轉子磁通Phir。Teta Calculation模塊的作用是計算θ角，也就是d軸的位置。DQABC模塊完成從d，q坐標系到ABC三相定子坐標系的變換，在這個模塊中，根據(jù)定子電流在d，q坐標系中的分量，經(jīng)過旋轉變換，得出電動機定子的三相繞組電流的給定值。 系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器（ASR）的輸出信號是轉矩給定。這里Kp設為13，Ki為26，轉矩限幅為300。其中，滯環(huán)寬度設為20。 ABCDQ子模塊ABCDQ子模塊完成從ABC三相定子坐標系到d、q坐標系的變換（3/2變換），在這個模塊中，根據(jù)定子電流在ABC三相定子坐標系下的分量，經(jīng)過旋轉變換，得出電動機定子電流在d、q坐標系下的轉矩分量和勵磁分量。 DQABC子模塊 轉子磁鏈位置角計算子模塊 該子模塊用于是計算轉子磁鏈位置θ角，也就是M軸的位置角。 計算子模塊 此子模塊的作用是計算定子電流在d、q坐標系下的q分量的給定值。給定電流值、經(jīng)過坐標反變換得到定子三相電流指定值、。用MATLAB/SIMULINK軟件平臺建立系統(tǒng)仿真模型，進行系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能分析。由于MATALB和SIMULINK是集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改。這種方法使得用戶可以深入地理解模型的組織結構和各部分是如何相互作用。用SIMULINK創(chuàng)建的模塊是分層的，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構來創(chuàng)建更加復雜的控制系統(tǒng)模型。它為用戶提供了用方框圖進行建模的圖形接口，它比傳統(tǒng)的仿真軟件包具有更加直觀、方便、靈活等優(yōu)點。第五章 系統(tǒng)仿真建模與分析 MATLAB/SIMULINK簡介MATLAB的TOOLBOX工具箱與SIMULINK仿真工具，為控制系統(tǒng)的計算仿真提供了一個有力的工具，使控制系統(tǒng)的計算與仿真的傳統(tǒng)方法發(fā)生了革命性的改變。由式（）的第1，2行，和式（）、（）、（）可得 （） （）式中，為漏磁系數(shù)為轉子時間常數(shù)電壓型PWM逆變器控制需要系統(tǒng)提供三相的電壓信號，需要將系統(tǒng)給定的電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，而軸系的電壓和電流具有復雜的關系，這就需要加上電壓變換器，將給定的電流信號轉變?yōu)橄鄳碾妷盒盘?。電磁轉矩方程同（），即 （）此式表明，當不變時，定子電流轉矩分量的變化會引起電磁轉矩成正比地改變，沒有任何滯后。由（）得 （）此式說明，跟隨立即變化。在轉速調(diào)節(jié)器ASR和電流轉矩分量調(diào)節(jié)器ACTR間增設了轉矩調(diào)節(jié)器ATR，當轉子磁鏈發(fā)生波動時，通過轉矩調(diào)節(jié)器及時調(diào)整電流轉矩分量給定值，以抵消磁鏈變化的影響，盡可能不影響或少影響電動機轉速。為了提高調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能，需要對電磁轉矩進行有效控制，故在矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的轉速環(huán)內(nèi)加入轉矩內(nèi)環(huán)，以轉速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉矩調(diào)節(jié)器ATR的給定，則構成帶轉矩內(nèi)環(huán)的轉速、。 異步電動機的坐標變換結構圖 按轉子磁場定向的矢量控制方法的實現(xiàn)在模擬直流電動機轉矩控制時，一般采用保持主磁通不變，調(diào)節(jié)控制電樞電流的方法，即應保持轉子總磁鏈不變，改變軸轉矩電流分量。從整體式看，是一臺輸入為、三相電壓，輸出為轉速的異步電動機。這樣c)中的繞組與a)、b)中的繞組等效。)是兩個匝數(shù)相等且互相垂直的和繞組，它們與旋轉磁場同步旋轉，繞組的軸線與三相合成磁場方向平行，繞組的軸線則與之垂直，繞組中分別通以直流電流和，產(chǎn)生的磁場與三相合成磁場等效，則與合成旋轉磁場平行的電流分量相當于電動機的勵磁電流分量，用它來產(chǎn)生電動機的磁場，與垂直的分量相當于電動機的電流分量。在負載轉矩的變化規(guī)律已知的條件下，這就必須對電機的瞬時電磁轉矩進行有效的控制[19]。任何一個機電傳動、伺服系統(tǒng)，在工作中都要服從運動的基本方程 （）即電機所產(chǎn)生的電磁轉矩，除用以克服負載的制動轉矩外，其余部分就是用來產(chǎn)生轉子角加速度的動態(tài)轉矩。轉矩方程異步電動機在同步旋轉坐標系上的轉矩方程為 （）將式（）和（）代入到式（）中得 （）式（）表明，在同步旋轉坐標系上，如果按照異步電動機轉子磁場定向，則異步電動機的電磁轉矩模型就與直流電動機的電磁轉矩模型完全一樣了。在軸系上的分量可用方程表示為 （） （）異步電動機在MT同步旋轉坐標系上的電壓方程為 （）將式（）代入（）中，則式（）中的部分項變?yōu)?，式（）簡化為 （）式（）是以轉子全磁鏈軸線定向的同步旋轉坐標系下的電壓方程，也稱作磁場定向方程式，其約束條件是。 按轉子磁鏈（磁通）定向的數(shù)學模型轉子磁場定向即是按轉子全磁鏈矢量方向進行定向，也就是將軸取向于的方向。它比在ABC坐標系上的數(shù)學模型簡單得多，階次也降低了，但其非線形、多變量、強耦合的性質(zhì)并未改變。磁鏈方程，其磁鏈方程為 （）由于變換到dq坐標系上以后，定子和轉子等效繞組都落在兩根軸上，而且兩軸相互垂直，它們之間沒有互感的耦合關系，互感磁鏈只在同軸繞組之間存在，因此式中每個磁鏈分量只剩下兩項了。具體的變換過程比較復雜，變換后得到的數(shù)學模型如下:電壓方程 （）式中，—坐標系定子與轉子同軸等效繞組間的互感，—dq坐標系定子等效兩相繞組的自感，—dq坐標系轉子等效兩相繞組的自感。 異步電動機在兩相dq同步旋轉坐標系上的數(shù)學模型式（）的異步電動機數(shù)學模型建立在三相靜止的坐標系下，如果把它變換到兩相同步旋轉坐標系，由于兩相坐標軸互相垂直，兩相繞組之間沒有磁的耦合，僅此一項，就會使數(shù)學模型簡單了許多。、和、之間存在下列關系 （） （）寫成矩陣形式，得 （）式中， 是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣。以軸為基準，把分解為軸重合和正交的兩個分量、分別稱為定子電流的勵磁分量和轉矩分量。由于兩相繞組、在空間上的位置是固定的，因而軸和軸的夾角是隨時間變化的，即，其中為任意的初始角。圖中、是任意同步旋轉軸系，旋轉角速度為同步角速度。通常以定子電流代替。 兩相靜止/兩相同步旋轉的坐標變換（2S/2R）在兩相靜止坐標系上的兩相交流繞組、和在同步旋轉坐標系上的兩個直流繞組、之間的變換屬于矢量變換。 三相定子繞組和兩相定子繞組中磁動勢的空間矢量位置關系計算并整理后得 （） （）用矩陣表示為 （）根據(jù)變換前后功率不變的原則，得到匝數(shù)比為 （）代入式（），得 （）式中，表示從三相坐標系到兩相坐標系的變換矩陣 （）如果要從兩相坐標系變換到三相坐標系，可以利用增廣矩陣的方法，把擴成方陣，求其逆矩陣后，除去增加的一列，即得 （）如果三相繞組是Y形聯(lián)結不帶零線，則有，或。綜上所述，三相異步電動機在三相靜止軸系是上的數(shù)學模型是一個多變量、高階、非線性、強耦合的復雜系統(tǒng)[18]?？梢姰惒诫妱訖C的數(shù)學模型是一個非線性系統(tǒng)。（2）異步電動機數(shù)學模型是一個高階系統(tǒng) 異步電動機定子有三個繞組，另外轉子也可以等效成三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有它的慣性，再加上機電系統(tǒng)慣性，則異步電動機的數(shù)學模型至少為七階系統(tǒng)。對于恒轉矩負載，=0，=0，則 （）三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學模型將以上電壓方程、轉矩方程、磁鏈方程和運動方程歸納在一起變構成了恒轉矩負載下的一部電動機的多變量非線性數(shù)學模型 （） 異步電動機在三相坐標系上數(shù)學模型的性質(zhì)由式（）可以看出，異步電動機在靜止軸系上的數(shù)學模型具有以下性質(zhì)：（1）異步電動機數(shù)學模型是一個多變量（多輸入多輸出）系統(tǒng)輸入到電機定子的電量為三相電壓（或電流），也就是說數(shù)學模型有三個輸入變量、輸出變量中，除轉速外，磁通也是一個獨立的輸出變量。轉矩方程按照機電能量轉換原理，可求出電磁轉矩的表達式 ()式中，—電磁轉矩，—電機的磁極對數(shù)?？梢杂米鴺俗儞Q把參數(shù)轉換成常數(shù)。將式（）~（）都代入式（），即可得到完整的磁鏈方程，顯然這個矩陣方程是比較復雜的，為了方便起見，可以將它寫成分塊矩陣的形式 （）式中，定子磁鏈 , 轉子磁鏈 ,定子電流 ,轉子電流 。由于三相繞組的軸線在空間的相位差是120176。兩繞組之間只有互感。 三相異步電動機的物理模型電壓方程式三相定子繞組電壓平衡方程式為 （）