【正文】 。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉而且堅(jiān)固耐用，慣量小，便于維修，適用于惡劣環(huán)境等特點(diǎn)，使其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極廣泛的應(yīng)用。但是，在直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，由于直流電動(dòng)機(jī)本身在結(jié)構(gòu)上存在嚴(yán)重的問(wèn)題，它的機(jī)械接觸換向器不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造費(fèi)時(shí)，價(jià)格昂貴，而且在運(yùn)行中容易產(chǎn)生火花，特別是由于換向器強(qiáng)度不高等問(wèn)題的存在，直流電動(dòng)機(jī)無(wú)法做成高速大容量的機(jī)組；此外由于電刷易于摩擦等問(wèn)題存在，在運(yùn)行中需要有經(jīng)常性的維護(hù)檢修，以上這些缺陷就造成了直流電氣傳動(dòng)不盡理想。在上世紀(jì) 80 年代以前，直流傳動(dòng)是唯一的電氣傳動(dòng)方式。如果根據(jù)原動(dòng)機(jī)來(lái)分類，那么原動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)稱之為直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)；反之原動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，則稱之為交流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)。電氣傳動(dòng)是現(xiàn)代最主要的機(jī)電能量變換形式之一。60 年代至今，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展 [1]，使交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速相媲美。交流電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠，可以以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的運(yùn)用，但交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速比較困難。重點(diǎn)是對(duì)交流電機(jī) SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)的建模和仿真，并給出了仿真模型和仿真結(jié)果。 本文介紹了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的概況、矢量控制的基本概念以及在三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系下的異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　z查教師：　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　教研室主任：　　　　南通大學(xué)電氣工程學(xué)院2022 年 06 月題目 基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)研究 　　　　　　　　 姓 名：　　陳加明　　　　 　　指導(dǎo)教師：　　吳曉新　　　　 　　學(xué)科專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化　　　　　　　南 通 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I摘 要變頻調(diào)速是交流電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方式中效率最高、性能最好的調(diào)速方法,在整個(gè)交流調(diào)速中占有重要的地位。開(kāi)題完成情況：　好（?。　≥^好（?。　∫话悖ā。?　差（?。∥赐瓿桑ā。┩馕馁Y料翻譯情況：　好（?。≥^好（?。∫话悖ā。〔睿ā。∥赐瓿桑ā。W(xué)習(xí)態(tài)度: 好（?。　≥^好（ ?。　∫话悖ā。　〔睿ā。┏銮谇闆r：出勤記載是否詳實(shí)　　?。徽?qǐng)假次數(shù)： 　　　　，缺席次數(shù)： 　　　　。五、進(jìn)度計(jì)劃起訖日期 工作內(nèi)容－ 查閱中外參考文獻(xiàn)，翻譯一份英文資料－ 消化吸收參考文獻(xiàn)及資料，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告－ 基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真模型的建立。本課題直接涉及的已學(xué)知識(shí)包括《運(yùn)動(dòng)控制》 、 《電機(jī)學(xué)》等。從內(nèi)容看，經(jīng)過(guò) 3/2 變換和同步變換，變成一臺(tái) 和Mi輸入， 輸出的直流電動(dòng)機(jī)。AiαCBiβimitωφ3 / 2V R等效直流電機(jī)模型異步電動(dòng)機(jī) 圖 7 異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖由于進(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)就叫做矢量控制系統(tǒng)。這樣 中的繞組與 中的繞組等效。）時(shí)，也產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速與合成磁場(chǎng)都相同時(shí)，圖 4 和 5 兩套繞組是等效的，圖 6 是兩個(gè)相等且互相垂直的 M 和 T 繞組，他們與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，M 繞組的軸線與三相合成磁場(chǎng)方向平行，T 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(chǎng)MiTi與三相合成磁場(chǎng)等效，則與合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)平行的電流分量 相等于電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流分量，用它Mi來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)；與 垂直的分量 相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流分量。2 矢量控制的基本構(gòu)思如上所述，要把一個(gè)三相交流的磁場(chǎng)系統(tǒng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場(chǎng)系統(tǒng)，就需要一個(gè)兩相系統(tǒng)作為過(guò)度，可以互相進(jìn)行等效變換。三相異步電動(dòng)機(jī)定子有三個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個(gè)繞組，每個(gè)繞組產(chǎn)生磁通時(shí)都有自己的電磁慣性，再加上運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電慣性，因此異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。而異步電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓（或電流）和頻率兩種獨(dú)立的輸入變量，如果考慮三相交流電，其實(shí)際輸入變量還要多。的三個(gè)正弦波控制信號(hào)電壓與同一個(gè)三角載波比較，產(chǎn)生所需的開(kāi)關(guān)控制信號(hào)三相橋式 PWM 逆變器采用雙極性控制方式。它分別與每一相調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生 SPWM 脈沖波序列 。參考信號(hào)發(fā)生器三角波發(fā)生器UaUbUcUr aUr bUr cU t圖 2 SPWM 變壓變頻器的模擬控制框圖圖 2 是 SPWM 變壓變頻器的模擬控制框圖。SPWM 各脈沖幅值相等，所以逆變器可由恒定的直流電源供電，另外，SPWM 波形與正弦波等效，這樣使負(fù)載電機(jī)可在近似正弦波的交變電壓下運(yùn)行，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，提高了系統(tǒng)的性能。這 n 個(gè)中間寬兩邊窄的等幅矩形脈沖與正弦波的半周等效，成為 SPWM 波形。如圖 1 所示，如果把正弦波的上半部分 n 等分，然后把每一等分的正弦曲線與 軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相等的t?矩形脈沖來(lái)等效。技術(shù)路線如下： 熟悉課題及要求，檢索有關(guān)資料，調(diào)研；提出基本方案，對(duì)課題的實(shí)現(xiàn)方案以及研究情況撰寫(xiě)綜述和開(kāi)題報(bào)告；建立異步電機(jī)和矢量控制系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型； 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)論；課題總結(jié)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1． SPWM 原理及調(diào)制方法SPWM 變頻調(diào)速是交流調(diào)速系統(tǒng)中較為常見(jiàn)且較為有效的一種調(diào)速方式。2. 在 SIMULINK 環(huán)境下建立基于 SPWM 的矢量控制系統(tǒng)仿真模型。本課題擬對(duì)基于 SPWM變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)利用 MATLAB 軟件建立數(shù)學(xué)仿真模型，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行仿真來(lái)研究分析交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能研究目標(biāo)：查閱資料，深入研究矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，并在此基礎(chǔ)上建立基于 SPWM矢量控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)。在分析異步電動(dòng)機(jī)矢量控制方法的基礎(chǔ)上，使用MATLAB的SIMULINK建立異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，利用仿真模型，進(jìn)行控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn) [13][18]。MATLAB提供的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具SIMULINK，是眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。上世紀(jì)70年代，許多專家學(xué)者經(jīng)過(guò)潛心研究，并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，終于形成了目前所普遍應(yīng)用的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。使交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍，逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，成為主要的傳動(dòng)裝置。目前，運(yùn)用矢量控制已成為當(dāng)今交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的主流。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由于采用砰—砰控制能夠帶來(lái)很好的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但同時(shí)由于其開(kāi)關(guān)頻率的不確定性，使得直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)存在輸出電壓，電流的諧波較大，輸出電壓偏低等缺點(diǎn)而使其穩(wěn)態(tài)指標(biāo)比矢量控制系統(tǒng)差 [19]。由于交流異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，采用經(jīng)典的交流電機(jī)理論和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)分析方法，不能完全適應(yīng)于現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng) [13]。SPWM 控制技術(shù)有單極式控制和雙極式控制兩種方式，三相橋式 PWM 逆變器一般采用雙極式控制方式。傳統(tǒng)的交流變頻變壓脈寬調(diào)制技術(shù)是用正弦波來(lái)調(diào)制等腰三角波而獲得一系列等幅不等寬的PWM 矩形波 [1]，而正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）則是將正弦波與三角波信號(hào)相比較，在交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，即可得到一組等幅而脈沖寬度正比于該曲線函數(shù)值的矩形脈沖 [13]。脈寬調(diào)制技術(shù)種類很多，并且還在不斷的發(fā)展中，現(xiàn)有的技術(shù)基本可以分為四類：等寬 PWM 法、正弦 PWM 法（SPWM） 、磁鏈追蹤型 PWM 法和電流跟蹤型 PWM 法。正是由于交流電機(jī)有這些優(yōu)點(diǎn)，使得它在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用日益比直流電動(dòng)機(jī)廣泛 [18][19]。相比之下，交流電動(dòng)機(jī)就具有許多的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，制造方便，可靠性和運(yùn)行效率高，不易出故障，適用場(chǎng)合不受限制等，交流電機(jī)的價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直流電機(jī)， 。直到 20 世紀(jì)中期，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。－完成開(kāi)題答辯（－） 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查4 月 27 日前完成中期檢查－仿真研究，分析基于 SPWM 的交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)－ 撰寫(xiě)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）5 月 25 日交畢業(yè)論文草稿－ 修改完善畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)成果演示和驗(yàn)收6 月 1 日前畢業(yè)論文定稿－ 準(zhǔn)備和進(jìn)行畢業(yè)論文答辯教研室審核意 見(jiàn) 教研室主任簽名： 　 　 年 月 日學(xué)院意見(jiàn) 學(xué)院長(zhǎng)簽名： 　 　 年 月 日南通大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名 陳加明 學(xué) 號(hào) 0412022028 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化課題名稱 基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)研究國(guó)內(nèi)文獻(xiàn) 22 篇 開(kāi)題日期 情 況 國(guó)外文獻(xiàn) 2 篇 開(kāi)題地點(diǎn) 11621[1] 文獻(xiàn)綜述與調(diào)研報(bào)告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，本課題研究的意義和價(jià)值、參考文獻(xiàn)）1 課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在 19 世紀(jì)先后誕生 [1]。 4．翻譯英文資料。參加畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生理應(yīng)已經(jīng)具備或能夠掌握。本課題直接涉及的已學(xué)知識(shí)包括《運(yùn)動(dòng)控制》 、 《電機(jī)學(xué)》等。技術(shù)路線如下： 熟悉課題及要求，檢索有關(guān)資料，調(diào)研； 提出基本方案，對(duì)課題的實(shí)現(xiàn)方案以及研究情況撰寫(xiě)綜述和開(kāi)題報(bào)告；建立異步電機(jī)和矢量控制系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型； 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)論； 課題總結(jié)，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基　礎(chǔ)　條　件本課題來(lái)源于理論研究，前期工作已經(jīng)進(jìn)行了一部分，所以學(xué)生在熟練掌握 MATLAB仿真軟件的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)努力應(yīng)能完成課題。2. 在 SIMULINK 環(huán)境下建立基于 SPWM 的矢量控制系統(tǒng)仿真模型。本課題擬對(duì)基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)利用 MATLAB 軟件建立數(shù)學(xué)仿真模型，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行仿真來(lái)研究分析交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能研究目標(biāo)：查閱資料，深入研究矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論，并在此基礎(chǔ)上建立基于SPWM 矢量控制系統(tǒng)仿真系統(tǒng)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 南通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）立題卡課題名稱 出題人課題表述（簡(jiǎn)述課題的背景、目的、意義、主要內(nèi)容、完成課題的條件、成果形式等）課題類型 理論型 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)型計(jì)算型教學(xué)型橫向課題來(lái)源 科研 縱向?qū)嶒?yàn)室建設(shè)自擬其它擬接受學(xué)生情況 教研室意見(jiàn) 教研室主任簽名：______________ ________年________月________日學(xué)院意見(jiàn) 院長(zhǎng)簽名：____________________ ________年________月________日此表一式二份，系(部、室)、學(xué)院各一份。參與同一工作的其他同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)研究 作 者： 陳 加 明 學(xué)科專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 吳 曉 新 完成日期： 原 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解南通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容。 南 通 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目 基于 SPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)研究 學(xué) 生 姓 名 陳加明 學(xué) 院 電氣工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電 041 學(xué) 號(hào) 0412022028 起 訖 日 期 － 指導(dǎo)教師 吳曉新 職稱 講師 發(fā)任務(wù)書(shū)日期 2022 年 1 月 14 日課題的內(nèi)容和要求（研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)和解決的關(guān)鍵問(wèn)題）研究?jī)?nèi)容：矢量控制的理論根據(jù)就是電機(jī)統(tǒng)一理論，在實(shí)現(xiàn)上將異步電動(dòng)機(jī)的定子三相交流電流通過(guò)坐標(biāo)變換變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 MT 軸系下的兩相直流電流。解決的關(guān)鍵問(wèn)題：1. 異步電動(dòng)