【正文】 圖中給定和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)類似于直流凋速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵(lì)磁電流的給定信號(hào)和電樞電流的給定信號(hào)，經(jīng)過(guò)反旋轉(zhuǎn)變換VR1 得到和，再經(jīng)過(guò)2S／3S變換得到、。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁動(dòng)勢(shì))的空間矢量，所以，這樣通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱VC系統(tǒng)。異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)如上的變換后就等效成了直流電動(dòng)機(jī)。其中，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通，就變成了等效的直流電動(dòng)機(jī)的磁通，繞組相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組，相當(dāng)于勵(lì)磁電流。以產(chǎn)生完全一致的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流,通過(guò)3S／2S變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)，89C196，矢量控制交流異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、多變量、非線性、強(qiáng)藕合的被控對(duì)象，采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念可以實(shí)現(xiàn)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(guò)程等效為直流電動(dòng)機(jī)的控制過(guò)程，使交流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速需要，設(shè)計(jì)以80C196為控制器的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。電力傳動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要參考文獻(xiàn) [41] 馮垛生，無(wú)速度傳感器矢量控制原理與實(shí)踐，北京機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[42] , and . Robust speed sensorless induction motor drive. IEEE Trans. Ind. Electronics, 1999, 35(2):566578[43] , and . Consideration about problems and solutions of speed estimation method and parameter tuning for speedsensorless vector control of induction motor drives. IEEE Trans. Ind. Applications, 2002,38(5):12821289[44] 李永東，李明才，感應(yīng)電機(jī)高性能無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)回顧現(xiàn)狀與展望，電氣傳動(dòng)，2004(1)； 410[45] 石麗梅，郭慶鼎，孫宜標(biāo)，交流永磁直線伺服電機(jī)新型無(wú)傳感器控制，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997.[46] 郭慶鼎, 王成元， 交流伺服系統(tǒng). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994.[47] 張?jiān)葡?，許錦興，無(wú)速度傳感器的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量變換控制華中理工大學(xué)，1994.[48] 王長(zhǎng)江等，無(wú)速度傳感器感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電氣傳動(dòng)，1996.[49] 竺偉，陳伯時(shí)。查閱的書籍內(nèi)容看不懂時(shí)，老師又不厭其煩為我講解，這樣理解起來(lái)就變得更容易和印象深刻。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，吳忠強(qiáng)老師對(duì)我們非常認(rèn)真負(fù)責(zé)。學(xué)院給我們安排了嚴(yán)格的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成時(shí)間表，分別為開題答辯、中期答辯及畢業(yè)總答辯3次完成，每個(gè)階段進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容和進(jìn)度評(píng)定，督促了我們認(rèn)真做好畢業(yè)設(shè)計(jì)。第13~14周要完成各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真驗(yàn)證；第15周進(jìn)行論文大綱和結(jié)構(gòu)安排；16~17周進(jìn)行論文核心部分的工作，并準(zhǔn)備答辯事宜。六、 撰寫畢業(yè)論文工作的具體安排和打算和畢業(yè)論文的時(shí)間進(jìn)度表。三、 Matlab模型仿真搭建：各個(gè)模塊和系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證尚未完成。根據(jù)工程設(shè)計(jì)方法，將磁鏈調(diào)節(jié)環(huán)設(shè)計(jì)成典型系統(tǒng)，使得磁鏈調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)，且按“二階最佳”選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)。由圖可知，磁鏈環(huán)對(duì)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)器應(yīng)該選擇PI調(diào)節(jié)器。5. 磁鏈環(huán)的設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)中有其中，、為轉(zhuǎn)子繞組漏感及電阻。由圖知，異步電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)對(duì)象存在耦合，磁鏈乘轉(zhuǎn)矩電流分量。這樣可以消去大的慣性環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的快速性。定子兩相靜止坐標(biāo)系中磁鏈為磁鏈的幅值及相位角為由以上式子可求出同步角速度為由矢量控制方程式可求得，轉(zhuǎn)差角速度為3. 電流環(huán)的設(shè)計(jì)圖3 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（1）電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。根據(jù)3S/2S變換求出靜止軸系中的兩相電壓及兩相電流、。2. 無(wú)速度傳感器的矢量控制選擇的方案是基于轉(zhuǎn)子磁通定向的無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制部分有轉(zhuǎn)速、電流和磁鏈三個(gè)閉環(huán)。磁鏈調(diào)節(jié)器 圖2為直流磁場(chǎng)定向矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。1. 直流磁場(chǎng)定向矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)圖2 直流磁場(chǎng)定向矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。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(zhǎng)短也隨時(shí)間的變化而變化，相當(dāng)于繞組交流磁動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值。但是，矢量與其分量表示的式空間磁動(dòng)勢(shì)矢量，而不是電流的時(shí)間相量。圖中，靜止坐標(biāo)系的兩相電流，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩個(gè)直流電流均以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)。矢量旋轉(zhuǎn)變換：也就是交流二相繞組和直流二相M、T繞組之間電流的變換，它是一種靜止的直角坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系之間的變換。由數(shù)學(xué)模型式（47）的第3式可得（48）（4） 轉(zhuǎn)矩方程（49）二、 交流異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)：矢量變換控制：在靜止三相坐標(biāo)系下的定子交流電流通過(guò)三相/二相變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流；再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流。由三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子短路，有，可以得到電壓方程的矩陣形式變化為：（35）（3） 轉(zhuǎn)矩方程（36）在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)方程中，交流電機(jī)的各個(gè)物理量已經(jīng)成為在空間中靜止不動(dòng)的直流物理量了。將二相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型變換到二相同步旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系下，從而得到異步電動(dòng)機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。按照矢量控制原理，要將這些交流量轉(zhuǎn)換成直流量，還要引進(jìn)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換。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）。為了完成靜止3/2變換和逆變換，需要分別使用如下系數(shù)變換矩陣：和經(jīng)過(guò)變換可以得到異步電機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。2. 異步電動(dòng)機(jī)在靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型為了獲得類似直流電動(dòng)機(jī)的速度控制性能，必須按照矢量控制原理進(jìn)行坐標(biāo)變換。（3） 轉(zhuǎn)矩方程式式中，為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。（2） 磁鏈方程式每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和，表達(dá)式為：（14）式中；；；。因此，開發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)速度傳感器交流傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品已成為當(dāng)務(wù)之急，本文是在此背景下開展的交流電機(jī)無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究。國(guó)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(guó)外已經(jīng)開發(fā)出實(shí)用的無(wú)速度傳感器通用變頻器產(chǎn)品，德國(guó)和日本在這方面技術(shù)上則遙遙領(lǐng)先。因而，利用檢測(cè)的定子電壓電流等容易測(cè)得的物理量進(jìn)行速度估算，即對(duì)交流電機(jī)無(wú)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]。而且，精度越高的光電碼盤價(jià)格也越貴，大大增加了系統(tǒng)的成本。在某些惡劣環(huán)境下，速度傳感器工作的精度易受環(huán)境的影響。通常情況下，人們利用電機(jī)同軸安裝的光電碼盤來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)速。交流永磁直線伺服電機(jī)新型無(wú)傳感器控制，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997[30] 郭慶鼎, 王成元. 交流伺服系統(tǒng). 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994[31] 張?jiān)葡椋?994[32] ,電氣傳動(dòng)，1996[33] 竺偉，電氣傳動(dòng)，1997[34] 陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，第3版，機(jī)械工業(yè)出版社，2014[35] 劉豹，第3版，機(jī)械工業(yè)出版社，2006[36] 姬志艷，應(yīng)用異步電機(jī)全階模型的無(wú)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[37] Lazhar Ben 一Brahim. A Fully Digitized FieldOriented Controlled Induction Motor Drive Using only Current Sensors. IEEE Trans. ,(3).[38] Manfred Schroede. Sensorless Control of Induction Motors at Low Speed and Standstill. ,863[39] Tamai Sensorless Vector Control of Induction Motor Applied Model Reference Adaptive System. Conf. Rec. IEEE IAS Ann. [40] 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(jí)教學(xué)單位審核意見：審查結(jié)果： □ 通過(guò) □ 完善后通過(guò) □ 未通過(guò) 負(fù)責(zé)人簽字：年 月 日附錄2 中期報(bào)告 附錄2 中期報(bào)告燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期報(bào)告課題名稱：交流電機(jī)無(wú)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5月30日 綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)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。學(xué)習(xí)并掌握流電機(jī)的控制器的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)原理和方法；2. 5~8周，建立可靠的交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的速度觀測(cè)器；3. 9~12周，針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)可行的系統(tǒng)控制方案；4. 13~16周，根據(jù)所研究的控制系統(tǒng)模型進(jìn)行Simulink仿真調(diào)試；5. 17~18周，撰寫并完善論文，準(zhǔn)備答辯事宜。三、研究步驟、方法及措施 1. 通過(guò)到學(xué)校圖書館借閱書籍，期刊，瀏覽學(xué)術(shù)網(wǎng)站等，回顧并了解交流電機(jī)的工作原理，調(diào)速理論和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建；2. 學(xué)習(xí)并掌握流電機(jī)的控制器的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)原理和方法；3. 建立可靠的交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的速度觀測(cè)器；4. 針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)可行的系統(tǒng)控制方案并不斷改進(jìn)，學(xué)習(xí)Matlab軟件為搭建系統(tǒng)模型做好準(zhǔn)備；5. 根據(jù)所研究的控制系統(tǒng)模型進(jìn)行Simulink仿真調(diào)試；6. 撰寫并完善論文，準(zhǔn)備答辯事宜。 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 （一）課題研究的基本內(nèi)容1. 了解關(guān)于交流電機(jī)無(wú)速度傳感器控制研究國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其研究背景和意義；2. 回顧并了解交流電機(jī)的工作原理、調(diào)速理論，了解無(wú)速度傳感器的控制方法，學(xué)習(xí)并掌握交流電機(jī)的控制器、系統(tǒng)狀態(tài)觀測(cè)器的設(shè)計(jì)原理和方法；3. 學(xué)習(xí)并掌握Matlab軟件Simulink仿真模型的搭建，為后期搭建仿真模型做好知識(shí)準(zhǔn)備。相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)在無(wú)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(guó)外有著較大差距。（二）國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)：近20 年來(lái)，這項(xiàng)研究受到國(guó)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(diǎn)。特別是在中小型交流電機(jī)系統(tǒng)中，速度傳感器的成本占據(jù)整個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)的三分之一以上，速度傳感器的高成本是影響變頻調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要因素。所以速度傳感器的安裝、維護(hù)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣等方面的問(wèn)題，都嚴(yán)重影響到交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的簡(jiǎn)易性和可靠性，限制了交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。但是光電碼盤在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的安裝存在同心度的問(wèn)題，安裝不當(dāng)將影響測(cè)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(lái)一定困難，同時(shí)破壞了異步電機(jī)的簡(jiǎn)單堅(jiān)固的特點(diǎn)。高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)一般采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(shí)時(shí)獲取電機(jī)轉(zhuǎn)速。未來(lái)的每一步，我都將腳踏實(shí)地走下去。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(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題逐漸得到了解決，使得整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程都很順利。查閱的書籍內(nèi)容看不懂時(shí)，老師又不厭其煩為我講解，這樣理解起來(lái)就變得更容易和印象深刻。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，吳忠強(qiáng)老師對(duì)我們非常認(rèn)真負(fù)責(zé)。在此，我要特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師吳忠強(qiáng)教授。通過(guò)這整個(gè)階段的努力，我的畢業(yè)論文《交流電機(jī)無(wú)速度傳感器控制研究》終于完成，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來(lái)給自己的指導(dǎo)和幫助，教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)、如何學(xué)習(xí)和待人，我才能在各方面越來(lái)越成熟，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來(lái)越多優(yōu)秀的人才，桃李滿天下！學(xué)院及指導(dǎo)老師給我安排了《交流電機(jī)無(wú)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。電力傳動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)[1] 馮垛生，無(wú)速度傳感器矢量控制原理與實(shí)踐，北京機(jī)械工業(yè)出版社，1998.[2] , and . 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