【正文】 motor performance. In the equivalent circuit of Fig. 1,Rs and Ls are stator winding resistance and leakage inductance。同時(shí)，在本科學(xué)習(xí)期間，我得到了同學(xué)們的熱心幫助和鼓勵(lì)。王老師所給予我的，不僅是學(xué)業(yè)上的直接指導(dǎo)和關(guān)心，更重要的是為我樹立了學(xué)習(xí)的榜樣。參考文獻(xiàn)[1] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．[2] 李永東．交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002．[3] 王兆安，黃俊．電力電子技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．[4] 洪乃剛．電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出社，2006.[5] 周淵深．交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2004．[6] 劉英．異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究：[D]河北：華北電力大學(xué),2009．[7] 李華德．交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2003．[8] 王樹．變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．[9] 曹雪．交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)復(fù)合控制算法的研究：[D]．大慶：大慶石油學(xué)院，2009．[10] 劉立群．異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率模糊控制變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)：[D]．西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002．[11] 黃平林．交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)：[D].南京：東南大學(xué)，2004．[12] 趙博研．異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究：[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2009．[13] 趙朝會(huì)．現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]．中州大學(xué)學(xué)報(bào)．2004，21．(2)[14] 劉軍華．轉(zhuǎn)差率控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．電氣傳動(dòng)．2008，38 (5)．[15] 胡君臣．基于矢量控制原理的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)：[D]．沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2005．[16] 曲健偉．轉(zhuǎn)差頻率矢量控制PI調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算[J]．變頻器世界．2010[17] 王會(huì)海．轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的研究和仿真[J]．仿真技術(shù)．2007[18] 崔培良．基于MATLAB/Simulink SFunction感應(yīng)電機(jī)矢量控制仿真建模[J]．系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)．2005．[19] 劉軍華．異步電動(dòng)機(jī)兩種變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真及其比較[J]．現(xiàn)代驅(qū)動(dòng)與控制．2008．[20] 羅慧．基于電流解耦的異步電機(jī)V/F控制補(bǔ)償方法[J]．華中科技大學(xué)報(bào)．2007，35(10)． [21] 陳偉．具有低速高性能的電壓定向V/F控制方法．電機(jī)與控制學(xué)報(bào)．2010,14(1)．[22] 羅豪．異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其PI控制器參數(shù)優(yōu)化研究：[D]．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙大學(xué)，2009．[23] 茍婷婷．異步電動(dòng)機(jī)矢量控制技術(shù)若干問(wèn)題研究：[D]．西安：西安理工大學(xué)，2010．[24] 湯蘊(yùn)酋，史乃．電機(jī)學(xué)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004．[25] .P. 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Vas, Sensorless Vector and Direct Torque Control,Oxford University Press, New York, 1998. 致 謝在此首先要衷心感謝王旭平老師，本研究課題的進(jìn)行和論文的撰寫都是在王老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中肯定會(huì)存在偏差。矢量變換控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，思路清晰，所能獲得的動(dòng)態(tài)性能基本上可以達(dá)到直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的水平，得到了普遍的應(yīng)用。仿真的結(jié)果表明采用轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。此外，電動(dòng)機(jī)在零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立過(guò)程，在建立的過(guò)程中，磁場(chǎng)的變化是不規(guī)則的，這可引起轉(zhuǎn)矩的大幅度變化。圖f反映了電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化狀況。在起動(dòng)中逆變器輸出電壓（線電壓）逐步提高，轉(zhuǎn)速不斷上升，電流基本保持不變，異步電動(dòng)機(jī)以給定的最大電流啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速稍有超調(diào)后就穩(wěn)定在1400r/min,電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減小了。該系統(tǒng)是一比較復(fù)雜的系統(tǒng)，收斂是仿真計(jì)算過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)比各種計(jì)算方法，最終選擇了ode5算法，,該系統(tǒng)的仿真波形結(jié)果如下圖所示。再經(jīng)過(guò)一個(gè)比例環(huán)節(jié)，成為PWM生成模塊的輸入信號(hào)。(c)，生成模塊 ：該模塊由兩部分組成，生成模塊的輸出為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓的幅值，相位由生成模塊的輸出經(jīng)積分得到。(b)生成模塊3.，生成模塊：如圖（c）所示，該模塊的輸入分別為：生成模塊的輸出，轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器模塊的輸出，和磁鏈給定的輸出。調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過(guò)限幅，最終得到定子電流的T軸分量?；谵D(zhuǎn)差頻率的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的控制電路由轉(zhuǎn)速給定，轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運(yùn)算模塊，兩相/三相坐標(biāo)變換模塊，PWM脈沖發(fā)生器模等部分構(gòu)成。（2）異步電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載的參數(shù)設(shè)置（3）測(cè)量模塊得的測(cè)量項(xiàng)的選擇在測(cè)量模塊給出的測(cè)量選項(xiàng)中，選擇,這三項(xiàng)作為測(cè)量相，其中和的輸出分別用于顯示定子的電流大小和速度反饋，而的變化情況則顯示了電機(jī)的帶載能力。參數(shù)設(shè)置如下：1）三相電源參數(shù)設(shè)置：A相電源電壓峰值為，A、﹑相電壓設(shè)置相同，相角依次電源頻率HZ?，F(xiàn)將各部分的建模和參數(shù)設(shè)置問(wèn)題做一簡(jiǎn)要說(shuō)明。取轉(zhuǎn)子磁鏈，的計(jì)算，=將系統(tǒng)等效典型Ⅱ型系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，并經(jīng)非典型系統(tǒng)的典型化，可取系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)： （32）PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)典型Ⅱ型系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：加入調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：取，取，最終整定結(jié)果，4 轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制的MATLAB仿真電機(jī)額定有功W，額定線電壓=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)，下面介紹各部分的建模及參數(shù)設(shè)置過(guò)程。在正定過(guò)程中若震蕩頻繁，系統(tǒng)穩(wěn)定度不夠，需加大比例度；若系統(tǒng)偏差大，并且趨于非周期過(guò)程，需減小比例度；若曲線波動(dòng)大，增加積分時(shí)間以消除余差；曲線震蕩頻繁，穩(wěn)定度低且曲線偏離給定值后長(zhǎng)時(shí)間不回來(lái)，需減少積分時(shí)間。2．調(diào)節(jié)器參數(shù)的一般調(diào)制方法對(duì)于比例積分來(lái)說(shuō)，先將積分時(shí)間無(wú)限大，按純比例作用正定比例度。2）對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響：積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，特高控制系統(tǒng)的控制精度。1)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：積分控制通常是系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，太小，系統(tǒng)不穩(wěn)定；偏小，振蕩次數(shù)較多；太大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。2）對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：加大比例控制，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大只減小誤差，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。1．調(diào)節(jié)器參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響（1）比例控制對(duì)系統(tǒng)的影響1)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響：比例控制加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加壞；偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)；當(dāng)比例控制太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。為了保證線性放大作用，并保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，對(duì)運(yùn)算放大器設(shè)置輸出電壓限幅值是非常必要的。如果只有的比例放大作用，穩(wěn)態(tài)精度必然要受到影響，但現(xiàn)在還有積分部分，在過(guò)渡過(guò)程中，由于積分作用，使線性的增長(zhǎng)，相當(dāng)于在動(dòng)態(tài)中把放大系數(shù)逐漸提高，最終滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求。采用模擬控制時(shí)，可以用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器這一調(diào)節(jié)功能。這時(shí)，必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，用來(lái)改造系統(tǒng)，使它同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面的要求。任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求，例如，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)允許轉(zhuǎn)速波動(dòng)的大小，加上負(fù)載或減載時(shí)允許的轉(zhuǎn)速波動(dòng)等等。基于轉(zhuǎn)差頻率的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制研究的控制電路部分主要由給定環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器，函數(shù)運(yùn)算，兩相到三相坐標(biāo)變換，PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)組成。3. 逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響，使動(dòng)態(tài)性能得以提高。采用全控型的功勞開關(guān)器件，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，效率高。 PWM變壓變頻器具體的整流和逆變電路種類很多，當(dāng)前應(yīng)用最廣的是由二極管組成的不控整流器和由全控型功率開關(guān)器件組成的脈寬調(diào)制（PWM）逆變器，簡(jiǎn)稱。交直交變壓變頻器先將工頻交流電源通過(guò)整流器變換成直流，再通過(guò)逆變器換成可控頻率和電壓的交流。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)試，來(lái)等效的獲得所需的波形。而基于轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的研究所涉及到的逆變則為PWM逆變。本章主要對(duì)主電路的各個(gè)組成部分的工作原理及其定量計(jì)算等做一介紹。基于轉(zhuǎn)差頻率的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的主電路由PWM逆變電路，電動(dòng)機(jī)模塊，測(cè)量模塊等部分構(gòu)成。,經(jīng)過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系/三相靜止坐標(biāo)系的變換，得到PWM逆變器的電壓控制信號(hào)，并控制逆變器的輸出電壓，從而使異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。在系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速通過(guò)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)，輸出定子電流的轉(zhuǎn)矩分量，然后計(jì)算得到轉(zhuǎn)矩。這樣，在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速同步變化，使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為平滑。轉(zhuǎn)差頻率矢量控制不需要進(jìn)行復(fù)雜的磁通檢測(cè)和繁瑣的坐標(biāo)變換，只要在保證轉(zhuǎn)子磁鏈大小不變的前提下，通過(guò)檢測(cè)定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算就可以實(shí)現(xiàn)間接的磁場(chǎng)定向控制。這樣，在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速同步變化，使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為平滑。主電路采用了PWM電壓型逆變器，這是通用變頻器常用的方案。以下主要介紹第一種狀態(tài)方程（狀態(tài)方程）對(duì)于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，考慮到籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)部式短路的，則，代入電壓方程式（243）中，可得 （249）由式（338），則（349）第3,4式可以解出代入轉(zhuǎn)矩方程（344）得 （250）將（238）代入式（249），消去﹑﹑﹑再將（250）代入運(yùn)動(dòng)方程（221），經(jīng)整理后即得狀態(tài)方程 （251） （252） （253） （254） （255）式中：電機(jī)漏磁系數(shù)，；:轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)。所以有兩種狀態(tài)方程：（1）狀態(tài)方程。而可選的變量有9個(gè)，即轉(zhuǎn)速，4個(gè)電流變量﹑﹑﹑和4個(gè)磁通變量﹑﹑﹑。將下標(biāo)改為﹑則式（243），電壓方程變?yōu)? （245）轉(zhuǎn)矩方程式 （247）磁鏈方程式在兩相同步旋轉(zhuǎn)系上，坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度等于定子同步轉(zhuǎn)速，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為，因此軸的相對(duì)速度，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程 （248）磁鏈方程，轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程不變。（坐標(biāo)系）上的數(shù)學(xué)模型坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型是任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的特例。轉(zhuǎn)子磁鏈變換是從旋轉(zhuǎn)的三相坐標(biāo)系變換到不同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系，變換矩陣，按兩坐標(biāo)系的相對(duì)轉(zhuǎn)速考慮，在形式上與應(yīng)相同，只是角改為軸與轉(zhuǎn)子軸的夾角。，由式（227）可得 （232）再有（227）可得 （233）可得 （234）1．dq0坐標(biāo)系上的磁鏈方程利用變換矩陣將定子三相磁鏈﹑﹑和轉(zhuǎn)子三相磁鏈﹑﹑變換到dq0坐標(biāo)系上去。但必須注意，這里的電流都是空間矢量，而表示時(shí)間相量，由圖可見(jiàn)，之間存在下列關(guān)系: （228）寫成矩陣形式： （229）所以兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為： （230）兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣是 （231）其中電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換矩陣也與電流旋轉(zhuǎn)變換陣相同至此，三相異步電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之間的相互變換公式已全部推導(dǎo)出來(lái)。把兩個(gè)坐標(biāo)系畫在一起，如下圖所示：在上圖中，兩相交流電流和兩個(gè)直流電流，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動(dòng)勢(shì)。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在、軸上的投影都應(yīng)相等，因此= （223）= （224）、兩相靜止坐標(biāo)系與磁通勢(shì)空間矢量即 （225）在變換前后總功率不變的前提下，匝數(shù)比為 （226）代入（225）得