【正文】 感謝母校和老師們?cè)诖髮W(xué)四年中對(duì)我的培養(yǎng)。并且趙曉丹老師給予我無(wú)私的幫助，他們對(duì)我所遇到的難題的解答，對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的一絲不茍的修改讓我受益匪淺。趙曉丹老師在很忙的情況下，為我講解課題的要點(diǎn)，引領(lǐng)設(shè)計(jì)的思路。矢量控制將成為各個(gè)變頻調(diào)速領(lǐng)域中的重要方法。由于其矢量控制可以實(shí)現(xiàn)與直流電機(jī)基本相同的控制調(diào)速特性。傳統(tǒng)的變頻調(diào)速控制方法已不能滿足它的要求。其主要研究的內(nèi)容為：（1）通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行比較研究，為在滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的條件下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的合理選型和參數(shù)的合理選擇與匹配提供了依據(jù)；（2）對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，給出其轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)方程、電壓方程、磁鏈方程，以及不同坐標(biāo)系下三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型在此基礎(chǔ)上，基于MATLAB/Simulink 仿真平臺(tái)，建立了電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型；（3）基于仿真軟件 MATLAB/Simulink，對(duì)純電動(dòng)汽車異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)建立仿真模型，探討算法對(duì)三相異步電機(jī)控制的影響，論證算法對(duì)提高異步電機(jī)勵(lì)磁繞組所產(chǎn)生的磁鏈旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，使其速度加快，及時(shí)跟隨電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)需求，有效地提高了電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的良好控制有著良好的作用。通過(guò)各個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)和得出的相應(yīng)仿真波形，對(duì)矢量控制原理和PI調(diào)節(jié)有了更深的理解，同時(shí)驗(yàn)證了此系統(tǒng)對(duì)異步電機(jī)調(diào)速的可行性，為下一步高性能的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供了一定的參考價(jià)值。該模型仿真結(jié)果表明了電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)較快，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，具有良好的動(dòng)、靜態(tài)特性，驗(yàn)證了交流電機(jī)矢量控制的有效性和可行性，這與真實(shí)情況完全相符[17]。在熟悉矢量控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)具體異步電機(jī)控制項(xiàng)目期間，進(jìn)行基于Matlab/Simu1ink的異步電機(jī)的矢量控制仿真是必要的。仿真結(jié)果表明交流電機(jī)矢量控制方法具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，較強(qiáng)的適應(yīng)能力和抗干擾能力。如圖410所示曲線，通過(guò)觀察下面兩個(gè)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速曲線，可以看出此仿真調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)靜態(tài)性能，響應(yīng)時(shí)間 ，響應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩均沒(méi)有很離譜的超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差較小，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，基本滿足產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中電動(dòng)汽車各個(gè)性能指標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)高動(dòng)態(tài)調(diào)速。仿真波形顯示，在0. 035S時(shí)系統(tǒng)增負(fù)載400Nm；緩沖電路電容Cs=inf；緩沖電路電阻=l000；器件內(nèi)阻R=1m；系統(tǒng)中積分采樣器周期Ts =2[16]。圖48 定子電流磁分量計(jì)算結(jié)構(gòu)圖異步電機(jī)參數(shù)：阻尼系數(shù)D=；轉(zhuǎn)子自感=2mH；定子互感=，額定線電壓380 V；轉(zhuǎn)子內(nèi)阻=；；定子內(nèi)阻= ；定子自感Ls =4mH；極對(duì)數(shù)為2。圖46 定子電流轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算模塊結(jié)構(gòu)圖（6）在磁通量計(jì)算模塊中，結(jié)構(gòu)圖47如下。圖44 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖（4）在轉(zhuǎn)矩給定指令值Teta計(jì)算模塊中，結(jié)構(gòu)圖45如下。圖42 三相定子坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)（2）從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系經(jīng)過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)變換到兩相靜止坐標(biāo)系再經(jīng)過(guò)2/3變換到三相定子坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)如圖43所示。首先，經(jīng)過(guò)三相/兩相變換將三相坐標(biāo)系中的電流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，變換公式為 (41)然后再經(jīng)過(guò)兩相靜止坐標(biāo)到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電流，變換公式為 (42)經(jīng)過(guò)這樣變換后，以產(chǎn)生相同的磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流最后可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流。仿真如圖49。根據(jù)模塊化建模的思想，將控制系統(tǒng)分割為各個(gè)功能獨(dú)立的子模塊,其中主要包括:交流異步電機(jī)本體模塊、矢量控制模塊、帕克變換模塊、電流滯環(huán)控制模塊、速度控制模塊。系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制方案:轉(zhuǎn)速環(huán)的PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成，電流環(huán)由電流滯環(huán)調(diào)節(jié)器構(gòu)成[13]。6．方便的繪圖功能[11]。4．語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富。主要包括 MATALB和Simulink兩部分。MATLAB是一種用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境。同時(shí)選用電動(dòng)汽車用功率較大的異步電機(jī)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。 綜上所述，針對(duì)PID控制應(yīng)用于純電動(dòng)車的三相異步電機(jī)控制時(shí)，電機(jī)在啟動(dòng)、剎車或大幅度增減設(shè)定值等情況引起的輸出飽和，以及運(yùn)行過(guò)程中面臨的噪聲干擾等問(wèn)題，本章提出一種改進(jìn)增量式 PID 控制算法，以消除上述問(wèn)題，并將其應(yīng)用于純電動(dòng)車的三相異步電機(jī)的控制。具體實(shí)現(xiàn)方法為：在積分環(huán)節(jié)中引入一個(gè)系數(shù)，假定一個(gè)偏差量X，的取值如下： (38)引入了積分分離系數(shù)的PID控制算法轉(zhuǎn)化為： (39) 微分環(huán)節(jié)[10]可改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但它對(duì)干擾也特別敏感，尤其是在三相異步電機(jī)控制系統(tǒng)中，存在的噪聲源又格外復(fù)雜。為了減少飽和效應(yīng)對(duì)三相異步電機(jī)控制的影響，可以對(duì)增量式PID控制中的積分環(huán)節(jié)做適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，如使用積分分離法[9]，即當(dāng)被控量與給定值間的偏差超過(guò)一定范圍時(shí)，去掉積分環(huán)節(jié)，從而盡可能地消除飽和作用的影響。若增量式 PID控制算法的輸出控制量超出該范圍，實(shí)際執(zhí)行的控制量將不再是計(jì)算值，從而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。該增量式 PID 控制算法與常規(guī)PID控制算法相比，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：第一，只輸出控制增量，對(duì)系統(tǒng)的工況影響?。坏诙?，控制切換時(shí)沖擊量小；第三，中不需要累加；第四，量小。下面推導(dǎo)出以控制量的增量為輸出的增量式PID控制算法[8]。但它對(duì)輸入的噪聲量也非常敏感，所以在微分環(huán)節(jié)起作用之前要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。微分環(huán)節(jié)的作用是根據(jù)系統(tǒng)的變化速度阻止偏差的變化，偏差變化越快，輸出量就越大。積分環(huán)節(jié)的作用是把偏差的積累作為輸出。 (34) (35)在PID控制器中，比例環(huán)節(jié)的作用是對(duì)偏差做出快速反應(yīng)。PID控制器主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，歸納為數(shù)學(xué)模型即 (31)式中，為比例系數(shù)；為積分常數(shù)；為微分常數(shù)；為控制常量。第三章 PID控制原理PID控制器（Proportion Integration ），由比例單元 P、積分單元I和微分單元D組成[6]。式(220)，(223)，(224)便構(gòu)成了異步電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下的矢量控制基本方程[5]。 穩(wěn)態(tài)時(shí)有： (225)變換式(221)得： (226)轉(zhuǎn)矩方程： (227)式 (223 )中：為磁極對(duì)數(shù)。電壓方程如下： (222)式(218)中是定子電壓矢量d軸分量，是q軸分量；定子自感，定子互感，轉(zhuǎn)子自感；定子電流d軸分量，為q分量；為轉(zhuǎn)子磁鏈的軸分量；是定子電阻，為轉(zhuǎn)子電阻；為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；為轉(zhuǎn)差角頻率；是基本微分算子。由于電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性 、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng) ，為一組時(shí)變參數(shù) 的非線性微分方程組不便于分析與應(yīng)用?？梢?jiàn)異步電機(jī)的強(qiáng)耦合性主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩和磁鏈方程上。將式（212）代入到式（210）, 對(duì)其進(jìn)行展開(kāi)后可得到如下的向量形式為: (221)式中， 為電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度（用電角度表示）。因定轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)對(duì)其進(jìn)行折算后相等，即從而轉(zhuǎn)子三相繞組的自感；定子三相繞組的自感；（2）非對(duì)角線的元素分別為定轉(zhuǎn)子繞組的互感、定子與轉(zhuǎn)子繞組的互感，定子繞組在位置上角度固定相差，由此可得到三相定子繞組間的互感為： (215)同理，可得到三相轉(zhuǎn)子繞組間的互感為： (216)由于定轉(zhuǎn)子各繞組間的夾角為變量，所以對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子的繞組間的互感而言，該互感參數(shù)將轉(zhuǎn)化為關(guān)于角位移 的函數(shù)，從而定轉(zhuǎn)子間的互感可表達(dá)為： (217) (218) (219)根據(jù)以上的討論，將式（212）寫成分塊矩陣為： (220)其中在系數(shù)矩陣的元素中，元素、 為對(duì)稱的常數(shù)矩陣；但元素、間的關(guān)系為：由于、是三角函數(shù)的矩陣，因此其值比較復(fù)雜，但、完全滿足互為轉(zhuǎn)置關(guān)系，因此該特點(diǎn)十分值得利用。各繞組磁鏈?zhǔn)瞧渥陨碜愿写沛?，從而可用矩陣表示六個(gè)繞組的磁鏈方程： (214)用向量可表示為： ,其中 是66的電感矩陣，現(xiàn)對(duì)該矩陣的各元素分析如下：（1）對(duì)角線的各元素,分別為各個(gè)繞組自感；與各繞組相交鏈的磁通對(duì)其劃分，可分為兩類：①只與其中一相繞組交鏈，但保證不穿過(guò)氣隙的漏磁通；②穿過(guò)氣隙的主磁通。定子三相繞組的電壓平衡方程為： (27) (28) (29) 轉(zhuǎn)子三相繞組折算到定子側(cè)的電壓平衡方程為： (210) (211)