异步电动机变频调速系统的设计与仿真 ㊣ 精品文档 值得下载

使之降阶解耦，使控制方法变得更为简单精确，使电机系统具有更优的动态品质。

矢量控制模块实现的正是交流电机的矢量控制方法，模块的输入为转子参考磁链和参考电磁转矩，输出为两相参考电流和转差角，底层结构由如图所示，图中的指代，指代。

相互垂直的两相参考相电流的求取由方程式实现。

该模块应用矢量控制思想，实现了电流解耦功能，所得到的解耦电流分量可分别用于转子磁链和电磁转矩的解耦控制，转差频率经积分环节可得转差角，用于位置信号的求取。

专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化矢量控制结构图仿真结果本文基于建立了异步电机控制系统的仿真模型，并对该模型进行了交流异步电机双闭环控制系统的仿真测试。

交流异步电机参数电机功率，相电压，定子相绕组电阻，转子相绕组电阻，定子绕组自感，转子绕组自感，定转子之间的互感，转动惯量，额定转速将该方法应用于环境下异步电机模型的设计，采用经典的矢量控制方法对该建模方法进行了测试。

本次课程设计的难点在于怎样在环境下建立异步电机模型，由于学习的太浅，对于模型子系统的建立，模块的封装不熟，开始没有做出仿真。

在查阅资料，老师的指导下成功建立了模型并且完成了下的异步电机的变频仿真。

通过这次课程设计锻炼了我们的自学能力和独立解决问题的能力。

参考文献陈伯时电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社张兴华基于的异步电机变频调速系统的建模与仿真系统仿真学报纪志成，薛花，沈艳霞基于交流异步电机矢量控制系统的仿真建模系统仿真学报专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化周延，肖海燕基于的变频系统的设计现代电子术孙文焕基于的交流变频调速系统的仿真电气自动化刘文良在电力电子技术仿真中的应用电气自动化薛定宇，陈阳泉基于的系统仿真技术与应用北京清华大学出版社陈坚交流电机数学模型及调速系统北京国防工业出版社，极对数。

为了验证所设计的交流异步电机控制系统仿真模型的静动态性能，系统空载起动，待进入稳态后，在时突加负载，可得系统转速位置转矩相电流和定子磁通波形如图所示。

转速响应波形转矩响应波形相电流波形定子磁通波形专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化由仿真波形可以看出，矢量控制系统强调与的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器实行连续控制，可获得较宽的调速范围。

在的参考转速下，系统响应快速且平稳，相电流和反电动势波形较为理想。

空载稳速运行时，忽略系统的摩擦转矩，此时电磁转矩均值为零在时突加负载，转速发生突降，但又能迅速恢复到平衡状态，稳态运行时无静差。

仿真波形可示突加负载后，电磁转矩脉动稍有增大，这主要是由电流换向和电流滞环控制器的频繁切换造成的。

仿真结果表明波形符合理论分析，系统能平稳运行，具有较好的静动态特性。

仿真结果证明了本文所提出的这种异步电机仿真建模方法的合理性和有效性。

采用该交流异步电机仿真模型，可以十分便捷地实现验证控制算法，更可以充分利用计算机仿真的优越性，通过修改系统参变量或人为加入不同扰动因素来考察不同实验条件下电机系统的动静态性能，或者模拟相同的实验条件，比较不同控制策略的优劣，为分析和设计交流异步电机控制系统提供了有效的手段和工，也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。

心得体会通过本次课程设计在分析异步电机数学模型的基础上，提出了基于的异步电机矢量控制系统仿真建模的方法可由下式表示其中为电动机转速为电动机磁极对数为电源频率为转差率。

影响电动机转速的因素有电动机的磁极对数，转差率和电源频率。

其中，改变电源频率来实现交流异步电机调速的方法效果最理想，这就是所谓变频调速。

变频调速的方法主要有控制矢量控制直接转矩和电压空间矢量控制方法。

在进行电机调速时，常须考虑的个重要因素是希望保持电机中每极磁通量为额定值不变。

如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是种浪费如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化组过热而损坏电机。

定子每相电动势只要控制好和，便可达到控制磁通的目的，对此，需要考虑基频额定频率以下和基频以上两种情况。

由异步电机的数学模型有以下两种控制方案按转子磁链定向的矢量控制方案按定子磁链控制的直接转矩控制系统。

矢量控制系统矢量控制系统具有控制精度高低频特性优良转矩响应快等优点，因此矢量控制技术己被广泛地应用于高性能异步电动机调速系统中。

矢量控制交流变压变频调速系统在静动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。

然而，由于异步电动机是个高阶多变量非线性强祸合的对象，在实时控制中存在严重的外部干扰参数变化和非线性不确定因素，基于精确电机参数的准确解祸很难实现，并且磁通和转矩的动态性能也受环境下，利用丰富的模块库，在分析交流异步电机数学模型的基础上，建立了交流异步电机控制系统的仿真模型，整体设计框图如图所示。

系统采用双闭环控制方案转速环由调节器构成，电流环由电流滞环调节器构成。

根据模块化建模的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子模块，其中主要包括交流异步电机本体模块矢量控制模块帕克变换模块坐标变换模块电流滞环控制模块速度控制模块转矩计算模块和电压逆变模块。

这些功能模块的有机整合，中搭建出交流异步电机控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法，图中各功能模块的作用与结构简述如下。

在环境中建立的矢量控制仿真模型ˆ电流控制变频器异步电机矢量变换模型ˆ专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化交流异步电机本体模块在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机本体模块是最重要的部分，反映的是交流异步电机的本质属性。

交流异步电机本体模块的输入为电机转速和坐标变换模块输出的两相相电压，输出为两相相电流和转子绕组磁链和，模块结构框图如下图所示，图中的分别指代。

图中，子模块和子模块负责求取两相相电流，计算方程对交流异步电机数学模型的电压进行变换。

严重的影响，尤其是基于转子磁场定向的矢量控制系统通常采用的比例积分控制器无法跟随转子电阻等参数的变化而实现正确的磁场定向，大大降低了矢量控制的控制性能。

因此如何提高矢量控制变频调速系统的动静态性能和鲁棒性成了当前科技攻坚的热点和难点。

矢量控制思想矢量控制系统是以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流，通过三相两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流和。

异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。

由于进行坐标变换的是电流代表磁动势的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统。

矢量控制原理框图把的输出信号除以，当控制器的坐标反变换与电机中的坐标变换对消，且变频器的滞后作用可以忽略时，此处的便可与电机模型中的对消，两个子系统就完全解耦了。

这时，带除法环节的矢量控制系统可以看成是两个独立的线性子系统，可以采用经典控制理论的单变量线性系统综合方法专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化或相应的工程设计方法来设计两个调节器和。

模型中的转子磁链和它的定向相位角都是实际存在的，而用于控制器的这两个量都难以直接检测，只能采用观测值或模型计算值。

矢量控制系统仿真模型建立在的发展，以及控制理论的完善各种工具的日渐成熟，尤其是专用集成电路和近年来令人瞩目的发展，促进了交流调速的不断发展。

目前异步电机变频调速控制己经成为门集电机电力电子自动化计算机控制和数字仿真为体的新兴学科。

异步电机数学模型异步电机的动态数学模型是个高阶非线性强耦合的多变量系统。

基于稳态数学模型的异步电机调速系统虽然能够在定范围内实现平滑调速，要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。

专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化假设条件忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的忽略铁心损耗不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。

这时，异步电机的数学模型由下述电压方程磁链方程转矩方程和运动方程组成。

电压方程将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子代替微分符号可改写为磁链方程每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕组的磁链可表达为可改写为由于折算后定转子绕组匝数相等，且各绕组间感磁通都通过气隙，磁阻相同，故可认为专业方向模块综合设计级电气工程及其自动化对于每相绕组来说，它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和，因此，定子各相自感为转子各相自感为可得完整的磁链方程转矩方程根据机电能量转换原理，在多绕组电机中，在线