【正文】 ..........1 矢量控制 ..........................................................................................................................3 研究?jī)?nèi)容 ..........................................................................................................................3第二章 異步電動(dòng)機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型 ...................................................................................5 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型和性質(zhì) ..........................................................5 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ...............................................................5 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上數(shù)學(xué)模型的性質(zhì) .....................................................11 坐標(biāo)變換 ........................................................................................................................12 三相靜止/兩相靜止坐標(biāo)變換（3S/2S ） ..............................................................13 兩相靜止/兩相同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換（2S/2R） ..................................................15 直角坐標(biāo)— 極坐標(biāo)變換(K/P) ................................................................................17 異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 ....................................................................17 兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 .....................................................................17 兩相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 .............................................................................21 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 .....................................................................22 按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)（磁通）定向的數(shù)學(xué)模型 .................................................................23第三章 電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPVM) ............................................................................25 電壓空間矢量的基本原理 .............................................................................................25 電壓空間矢量的實(shí)現(xiàn) .....................................................................................................26 電壓空間矢量的合成 ...............................................................................................26 電壓空間矢量所在扇區(qū)的判斷 ..............................................................................27 電壓空間矢量的線性組合與 SVPWM 控制 ................................................................29湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文I SVPWM 與 PWM、SPWM 的比較 ..............................................................................32第四章 SVPWM 仿真及結(jié)果分析 .........................................................................................33 MATLAB 動(dòng)態(tài)仿真工具 SIMULINK 簡(jiǎn)介 ..................................................................33 SVPWM 的 SIMULINK 實(shí)現(xiàn) ........................................................................................34 仿真結(jié)果及其波形分析 .................................................................................................39第五章 結(jié)束語(yǔ) .........................................................................................................................43致 謝 .......................................................................................................................................44參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................45湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文0第一章 緒 論 現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展長(zhǎng)期以來在調(diào)速傳動(dòng)領(lǐng)域大多采用磁場(chǎng)電流和電樞電流可以獨(dú)立控制的直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，它的調(diào)速性能和轉(zhuǎn)矩控制特性比較理想，可以獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，然而由于在結(jié)構(gòu)上存在的問題使其在設(shè)計(jì)容量受到限制，不能適應(yīng)高速大容量化的發(fā)展方向。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。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。電氣傳動(dòng)是現(xiàn)代最主要的機(jī)電能量變換形式之一。如果根據(jù)原動(dòng)機(jī)來分類，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)。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。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)度不高等問題的存在，直流電動(dòng)機(jī)無法做成高速大容量的機(jī)組；此湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文1外由于電刷易于摩擦等問題存在，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。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。早在 19 世紀(jì) 30 年代，國(guó)外就開始研究各種交流電機(jī)變速傳動(dòng)。后來在 50 年代異步電動(dòng)機(jī)定子串飽和電抗器的調(diào)速方法也有了一定的發(fā)展。此外還可以依靠改變定子電壓(改變電源電壓或定子串阻抗)，或繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻，或帶有轉(zhuǎn)差離合器的異步電機(jī)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流都可實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。在 60 年代大功率半導(dǎo)體變頻裝置的問世開創(chuàng)了電力電子技術(shù)發(fā)展的新時(shí)代，這種半導(dǎo)體電力電子器件具有體積小、價(jià)格低、堅(jiān)固耐用、性能良好等優(yōu)點(diǎn)，通過使用它可以連續(xù)地改變電源頻率，十分理想地實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，從而使交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)飛躍發(fā)展。如今交流調(diào)速領(lǐng)域相當(dāng)活躍，新技術(shù)層出不窮。諸如交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速、各類型的變頻調(diào)速、無換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速，特別是矢量控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的應(yīng)用，使得交流調(diào)速逐步具備了寬調(diào)速范圍、高穩(wěn)速精度、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)等良好的技術(shù)性能?？偤先宋目萍紝W(xué)院畢業(yè)論文2之，交流調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用有著廣闊的前景，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代己經(jīng)到來 [3]。該控制方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，根據(jù)電機(jī)參數(shù)，設(shè)定 V/F 曲線，其可靠性高。尤其是在低速區(qū)域由于定子電阻的壓降不容忽視而使電壓調(diào)整比較困難，不能得到較大的調(diào)速范圍和較高的調(diào)速精度。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，矢量控制系統(tǒng)可以分為帶速度反饋的控制系統(tǒng)和不帶速度反饋的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速精度約等于 %，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。 研究?jī)?nèi)容本課題用 MATLAB/SIMULINK 軟件搭建數(shù)學(xué)模型仿真實(shí)現(xiàn) SVPWM 變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)的仿真：從矢量控制的思想出發(fā),在坐標(biāo)系和矢量控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,針對(duì)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使用按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的方法來建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。第二章 異步電動(dòng)機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型一般來說，交流變速傳動(dòng)系統(tǒng)，特別是變頻傳動(dòng)系統(tǒng)的控制是比較復(fù)雜的，要設(shè)湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文4計(jì)研制一個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的系統(tǒng)，要確定最佳的控制方式，都必須對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行充分的研究。 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型和性質(zhì) 異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)高階、非線性和強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。而在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速以外，由于在調(diào)速過程中必須保持磁通為恒定，所以磁通也是一個(gè)控制量，而且是一個(gè)獨(dú)立的輸出量。其次，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是磁通和電流相互作用產(chǎn)生的，旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是轉(zhuǎn)速和磁通相互作用產(chǎn)生的，因此，在數(shù)學(xué)模型中會(huì)含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)，再考慮磁飽和的因素，所以異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性的系統(tǒng)。在研究異步電動(dòng)機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型時(shí)，常做如下假設(shè) [5]： 忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對(duì)稱(在空間互差 120176。定子 、 、 及三相轉(zhuǎn)子繞組 、 、 在空間對(duì)稱分ABCabc布； 忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的； 忽略鐵心損耗； 不考慮溫度和頻率的變化對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。這樣，實(shí)際電動(dòng)機(jī)就被等效為圖 示的三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型。設(shè) 軸為參考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子以 速度旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組軸線為 、A?a、 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。規(guī)定各繞bca?組電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣例和右手螺旋定則。 CABabcuAuBuCuaubuciAiBiCiaibicωθ圖 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型1 、電壓方程式三相定子繞組電壓平衡方程式為 （）dtRiuAsA??? （）BsB （）dtiuCsC與此相應(yīng)，三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程式為 （)tRiara???湖南人文科技學(xué)院畢業(yè)論文6 ()dtRiubrb??? ()crc式中， ， ， ， ， ， —定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值；AuBCaubc， ， ， ， ， — 定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；iiic， ， ， ， ， — 各相繞組的全磁鏈；A?BCab?c， — 定子和轉(zhuǎn)子繞組的電阻；sRr上述各量都已