【正文】 電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)變換，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)差頻率，矢量控制，異步電動(dòng)機(jī)Induction Motor Slip Frequency Indirect Vector ControlOf Matlab SimulationAbstractThis paper focuses on the matlab simulation of the asynchronous motor speed regulation , this paper analyzes the main control method , basic position and working principle of the induction motor slip frequency control , this paper analysis the dynamic model of asynchronous motor and further introduces the coordinate transfer and the basic principle of motor slip frequency vector control system. At the same time , the simulation work to prove its , according to analysis of the simulation results , the conclusions are as follows simply slip frequency control is always with poor load capacity , on the contrary the vector control applications can enhance the ability to regulate the motor of the torque and without voltage pensation.Key words:slip frequency,vector control,induction motor目 錄摘 要 IAbstract II1緒論 1 1 2 2 MATLAB和Simulink概述 2 4 4 52異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制交流調(diào)速系統(tǒng) 8 8 8 9 10 11 12 13 14 19（坐標(biāo)系）上的數(shù)學(xué)模型 21 22 22 23 23 243主電路與控制電路 26 PWM逆變器 26 27 27 284 轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制的MATLAB仿真 30 30 30 31 33 33 35 36參考文獻(xiàn) 37致 謝 381緒論交流技術(shù)誕生于19世紀(jì)，但由于其性能無法與直流調(diào)速技術(shù)相比，所以過去的直流調(diào)速技術(shù)一直在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。在工業(yè)化的進(jìn)程中,電動(dòng)機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何，對(duì)節(jié)省能量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率有著直接的決定性影響。長期以來,直流電動(dòng)機(jī)由于調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于工程過程中。在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí),保持電樞電壓恒定,可用改變勵(lì)磁的方法實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。因此,20世紀(jì)80年代以前,在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中,直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。PWM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，而且更重要的意義是抑制逆變器輸出電壓或電流中的諧波分量,從而降低或消除了變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),提高了電機(jī)的工作效率,擴(kuò)大了調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。1975年,德國學(xué)者FBlaschke提出了矢量變換控制原理,采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念實(shí)現(xiàn)了交流電動(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)的控制過程等效為直流電動(dòng)機(jī)的控制過程。數(shù)字化使得控制器對(duì)信息處理能力大幅度提高，各種計(jì)算輕易實(shí)現(xiàn)，從而交流調(diào)速的現(xiàn)代控制方法終于得以完全實(shí)現(xiàn)。（2）轉(zhuǎn)速高且耐壓高。（4）交流電機(jī)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用。（6）交流調(diào)速系統(tǒng)表現(xiàn)出顯著的節(jié)能。轉(zhuǎn)差功率如何處理,是消耗掉還是回饋給電網(wǎng),可衡量異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。(2)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)。1．智能化控制方法對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的影響研究，主要針對(duì)電機(jī)參數(shù)的不確定性、純滯后或非線性耦合等特性,以及電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確及參數(shù)變化的影響都會(huì)造成定向坐標(biāo)的偏移，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入、輸出信息進(jìn)行仿人思維的智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中,成為交流調(diào)速控制技術(shù)新的研究方向。如電力電子器件在零電壓或電流下轉(zhuǎn)換,即工作在所謂“軟開關(guān)”狀態(tài)下,從而使開關(guān)損耗降低到零。利用馬爾柯夫過程理論對(duì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模,研究冗余和容錯(cuò)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)也是交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域,是熱點(diǎn)課題之一。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為“巨人肩上的工具”。它將計(jì)算、可視化和編程結(jié)合在一個(gè)易于使用的環(huán)境中，此而將問題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)，其典型的使用包括:.數(shù)學(xué)計(jì)算.運(yùn)算法則的推導(dǎo).模型仿真和還原.數(shù)據(jù)分析，采集及可視化.科技和工程制圖.開發(fā)軟件，包括圖形用戶界面的建立MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，它的基本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。MATLAB的名字象征著矩陣庫。MATLAB在擁有很多用戶的同時(shí)經(jīng)歷了許多年的發(fā)展時(shí)期。在工業(yè)上它是用于高生產(chǎn)力研究、開發(fā)、分析的工具之一。作為用戶不可缺少的工具箱，它可以使你學(xué)習(xí)和使用專門技術(shù)。在工具箱的范圍內(nèi)可以解決單個(gè)過程、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波、仿真及其他很多問題。在美國，MATLAB是大學(xué)生和研究生必修的課程之一。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。MATLAB系統(tǒng)可分為五個(gè)部分:（1）MATLAB語言：這是一種高級(jí)矩陣語言，其有著控制流程狀態(tài)，功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。?）MATLAB的工作環(huán)境：這是一套工具和設(shè)備方便用戶和編程者使用MATLAB。同時(shí)也有開發(fā)、管理、調(diào)試profiling、Mfiles、MATLAB、sapplications的系列工具。它包含有系列高級(jí)命令，其內(nèi)容包括二維及三維數(shù)據(jù)可視化，圖形處理，動(dòng)畫制作，表現(xiàn)圖形。（4）MATLAB數(shù)據(jù)功能庫：它擁有龐大的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則的集合，包含有基本的加、正弦、余弦功能到復(fù)雜的求逆矩陣及求矩陣的特征值，Bessel功能和快速傅立葉變換。它方便從MATLAB中調(diào)用例程(即動(dòng)態(tài)鏈接)，使MATLAB成為一個(gè)計(jì)算器，用于讀寫MATfiles。系統(tǒng)也能采用復(fù)合速率，也就是不同的部分用不同的速率來采樣和更新。在此界面下能像用鉛筆在紙上一樣畫模型。Simulink擁有全面的庫，如接收器，信號(hào)源，線形及非線形組塊和連接器。模塊有等級(jí)之分，因此可以由頂層往下的步驟也可以選擇從底層往上建模。這種途徑可以深入了解模型的組織和模塊之間的相互作用。菜單的獨(dú)特性便于交互式工作，當(dāng)然命令行對(duì)于運(yùn)行仿真的分支是很有用的。進(jìn)一步，可以改變其中的參數(shù)同時(shí)可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATLAB工作空間來做后處理和可視化。因?yàn)镸ATLAB和Simulink是一體的，所以可以仿真、分析，修改模型在兩者中的任一環(huán)境中進(jìn)行。因此，把直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)當(dāng)做電流給定信號(hào)，也就是轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)。由電力拖動(dòng)的基本方程式: （11）根據(jù)基本運(yùn)動(dòng)方程式，控制電磁轉(zhuǎn)矩就能控制。電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式： （12）： （13）將（13）代入（12）中得： （14）將電機(jī)氣隙電動(dòng)勢(shì)代入式（14）得 （15）令并定義為轉(zhuǎn)差頻率，其中為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，則式（15）可化為 （16）當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，值很小，因而也很小，只有的百分之幾，可以認(rèn)為，則轉(zhuǎn)矩可近似表示為 （17）上式表明，在很小的穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通不變，則有，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。當(dāng)較大時(shí)，采用式（14）的精確轉(zhuǎn)矩公式，當(dāng)較小時(shí)處于穩(wěn)定運(yùn)行段，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率基本上成正比，當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)，達(dá)到。2．上述規(guī)律是在保持恒定的條件下成立的，保持恒定的條件：，可知 （111）可見該控制需要在恒控制的基礎(chǔ)上再提高電壓以補(bǔ)償定子電流壓降。上述關(guān)系表明，只要和及的關(guān)系符合上圖所示特性，就能保持恒定，也就是保持恒定。總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：（1）在的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與成正比，條件是氣隙磁通不變。由以上工作情況可以看出，轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于定子頻率輸入信號(hào)是由轉(zhuǎn)差頻率和實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)相加后得到的。同時(shí)，由于在動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對(duì)應(yīng)于的限幅轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。2異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制交流調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制思想建立在異步電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型上，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不高。而相對(duì)于直流電機(jī)，交流電機(jī)具有以下特點(diǎn)：1．異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓電流的協(xié)調(diào)控制，有電壓和電流兩個(gè)獨(dú)立的輸入變量。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)只有一個(gè)三相輸入電源，磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時(shí)進(jìn)行的，為了獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，也希望對(duì)磁通施加某種控制，使它在動(dòng)態(tài)過程中盡量保持恒定，才能產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。2．在異步電動(dòng)機(jī)中，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于它們都是同時(shí)變化的，在數(shù)學(xué)模型中，就含有兩個(gè)變量的乘積項(xiàng)，這樣一來，即使不考慮磁飽和等因素，數(shù)學(xué)模型也是非線性的。總之，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)。在做出以下假設(shè)：（1）忽略空間諧波，三相繞組在空間互差120176。規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣性和右手螺旋定則。﹑強(qiáng)耦合模型結(jié)構(gòu)1. 三相定子繞組的電壓平衡方程組2．三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程式中，——定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬時(shí)值； ，——定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬時(shí)值；將電壓方程寫成矩陣形式，并以微分算子代替微分符號(hào) （21）即 每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)他的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表示為 （22）即 實(shí)際上，與電機(jī)繞組交鏈的磁通只有兩類：一類是穿要過氣隙的相間互感磁通；另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前者是主要的。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對(duì)應(yīng)于定子互感，與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感。對(duì)于每一相繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通和漏感磁通之和，因此，定子各相自感為： （23）轉(zhuǎn)子各相自感： （24）現(xiàn)在先討論第一類，三相繞組軸線彼此在空間的相位差是120度。為了把變參數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成常參數(shù)矩陣須利用坐標(biāo)變換。根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，在線性電感的條件下，磁場(chǎng)的儲(chǔ)存能量和磁共能為： （216）電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變化時(shí)磁共能的變化率（電流約束為常值），且機(jī)械角位移=，于是== （217）將（216）代入（217）并考慮到電感的分塊矩陣關(guān)系式（212）到（214）得： （218）又，代入式（218）得 （219）用三相電流和轉(zhuǎn)角表示的轉(zhuǎn)矩方程+ （220）應(yīng)該指出，上述公式是在線性磁路，磁動(dòng)勢(shì)在空間按正弦分部的假定條件下得出來的，但對(duì)定轉(zhuǎn)子電流對(duì)時(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流都是實(shí)際瞬時(shí)值。若忽略電力拖動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的粘性摩擦和扭轉(zhuǎn)彈性，則系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式為： （221）式中 ：負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ：機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（2）非線性因素存在于和中，即存在于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩兩個(gè)環(huán)節(jié)上，還包含在電感矩陣L中。（3）多變量之間的耦合關(guān)系主要也體現(xiàn)在和兩個(gè)環(huán)節(jié)上。交流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠理想，調(diào)節(jié)器參數(shù)很難設(shè)計(jì)，關(guān)鍵就是在于只是近似成線性單變量控制系統(tǒng)而忽略了非線性、多變量的性質(zhì)。20世紀(jì)70年代由德國工程師創(chuàng)立的嶄新的矢量控制控制理論，從而實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)電機(jī)的具有與直流同樣好的調(diào)速效果。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)方程式，它具有和直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)方程式相同的形式，因而如果選擇合適的控制策略，異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)有和直流電動(dòng)機(jī)相類似的控制性能，這就是矢量控制的思想。簡(jiǎn)單的說，矢量控制就是將磁鏈與轉(zhuǎn)矩解耦，有利于分別