交流异步电动机矢量控制调速系统的设计与仿真(附件)【字数：10239】
摘 要直流调速与交流调速相比，交流调速具有非常大的优越性，随着科技的进步和电子器件的不断更新换代，交流异步电机变频调速因为它的高性能、高效率、稳定性受到越来越广泛的应用。现如今所拥有的交流异步电机矢量控制调制方式有如下几种控制方式可以表达异步电机的恒压频比控制方式、异步电机的转差频率矢量控制、异步电机的直接矢量控制、异步电机的直接转矩控制、异步电机的转子磁场定向矢量控制等。本次设计主要研究的是以电压空间矢量调制（SVPWM）为基础的异步电机矢量控制系统，然后对采用电压空间矢量控制的磁链、转速双闭环即直接矢量控制的调速系统进行建模与仿真分析。其中，对于异步电机直接矢量控制仿真模型的搭建，使用的是Matlab软件中的工具箱Simlink对异步电机矢量控制进行建模仿真以及分析。仿真结果能充分表明仿真模型的准确性和可行性，而且也能体现直接矢量控制的特点精度高、转矩波动很小、灵敏的转速响应、控制灵活，具有很好的实用性和应用前景。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本章总结 3
第二章 交流异步电动机的数学建模分析 4
2.1异步电机坐标交换原理 4
2.2 异步电动机数学模型 6
2.3本章小结 7
第三章 矢量控制基本原理 9
3.1 异步电动机的电磁转矩 9
3.2电机矢量控制原理 9
3.3本章总结 11
第四章 空间矢量脉宽调制方法 12
4.1脉宽调制方式的比较 12
4.2SVPWM主要原理 12
4.3SVPWM的实现 15
4.4本章小结 17
第五章 异步电机的仿真 18
5.1Matlab软件介绍 18
5,2具体模块搭建 18
5.3仿真结果分析 27
5.4本章小结 31
结束语 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着时间的不断变化，当人们进入21世纪以后， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
能源问题成为一个重要的话题，且能源供应日益紧张，特别是最近几年，越来越多的地方出现了频繁的“电荒”现象，所以节约用电在人们的日常生活中显得尤其重要，应该做到节约用电人人有责。电能的广泛应用代表了科学技术的进步与发展，大量使用电能的同时难免会面对浪费能源的问题。而我们生活的年代是一个以工业发展为主导的年代，越来越多的电动机被广泛使用，并成为了电能的主要消耗主体，而电动机的主要功能是将电能转换为机械能。因此我们要想解决频繁的电荒现象也就是电能的能源危机，从电动机入手是非常有必要的，而我们需要做的是利用先进的科学技术手段和方法，合理用电，从而找到节约电能的有效途径[1]。
将直流电机与交流电机相比较，我们会发现就直流电机而言，交流电机具有简单的结构、便宜的价格、可靠的运行等特点。近年来，交流电机控制理论、微型计算机技术越来越流行，尤其是电力电子技术目前在电力系统取得了飞速的发展，而且交流电机的变频调速技术取得了非常大的进步，形成了质的飞跃。目前因其高性能，实用性高，已经有了超过直流调速的趋势，所以在生产、生活的各个领域和方面都被人们广泛使用。而在交流电机控制中，被人们使用最普遍广泛的是PWM(脉宽调制)技术。PWM技术的发展非常迅速以及广泛的应用，大大的改善了变频装置在应用于各类交流调速系统的的性能。但是由于目前技术发展存在一定的缺陷，PWM技术的电压利用率很低，所以SVPVM(电压空间矢量调制)技术出现了，并被人们大量的使用[7]。SVPWM以三相对称正弦波电压这种方式供电时，我们参考的标准是用三相异步电机定子理想磁链圆作为基础，并且做出适当的切换通过不同模式的三相逆变器来实现，我们可以追踪其标准磁链元通过所形成的的实际磁链矢量来完成这一操作，从而形成我们需要的PWM波。SVPVM技术从电机的角度出发看待，它能产生旋转的圆形磁场，用这样的方法其数学模型相对简单，便于计算机实时的控制，并且具有很小的转矩脉动，很低的噪音，简便的控制以及操作，低损耗，高的电压利用率，所以它在现代交流电机控制系统中被不断普及和广泛应用[2][3]。
1.2国内外研究现状
自从人们提出了矢量控制调速系统理论，该技术受到了许多国家的专家和科研机构的高度重视并被广泛应用。又因为矢量控制涉及了大量坐标的变换以及非线性的复杂变换和计算，矢量控制对运算速率的要求非常高。而之前传统的模拟电路相比较，其远远无法满足矢量控制的要求，从而我们不能保障异步电机的实用性和稳定性对于使用矢量控制调速系统来说，所以矢量控制理论在刚被提人们出来的一段时间内，它并没有在实际中得以广泛应用。到了80年代后，微型计算机技术取得了重大的发展，尤其是当微处理器的出现时，它以单片机(SCM)和数字处理器(DSP)为主要代表，才使得矢量控制技术真正在异步电机系统得以广泛使用。
在20世纪70年代的时候，德国的著名学者：Blaschke和Basse以及Leonhard等人一起提出了一种技术：感应电机的矢量控制技术。经过多年的科技进步和不断发展，矢量控制技术在以前就只有在直流调速系统的高性能调速领域中被人们广泛的使用，并且逐渐成为市场的主体[4]。
近些年来，我们选择的是在电机矢量控制中使用了SVPWM技术，SVPWM技术是把电动机和逆变器看成一个整体，以从异步电机中获取幅值恒定的原型磁场为首要目标，当三相对称正弦的电压供电时，它是以交流异步电动机中的理想磁链作为衡量标准，来不断的逼近基准圆，而实现的方式是通过逆变器具有不同的开关模式而所产生的磁链有效矢量来逼近。经过实验结果分析得出，空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）是一种被改善和改良的脉冲宽度调制技术（PWM），它具有以下几个优点：能明显减少逆变器输出电压的谐波成分，能够降低转矩脉动，它会使电流波形畸变小，而且控制方式和数字实现简便，与正弦脉宽调制（SPWM）相比它既有非常高的电压利用率[5]。
当时间来到了现代21世纪，世界上的每一个国家都对矢量控制技术这一前沿技术的研究都十分感兴趣，纷纷投入其中，并且为了做好矢量控制的研究，学者和专家们做了大量的准备工作。当中处于矢量控制研究领先领域的国家有：德国，日本以及美国为主要代表，而日本主要关注的问题是如何使用通用变频器以及其应用范围，与其它各国相比较日本在无速度传感器方面技术处于领先地位；美国主要关注的问题是如何将各种控制算法应用于电机参数的识别方面，如神经网络控制、模糊控制等一些控制算法的计算，与其它各国相比较美国在电机参数识别方面技术处于领先地位；德国主要研究的领域是如何具体使用大功率系统矢量控制技术，并且德国的一些公司已经在交流异步电动机上成功运用并合理应用矢量控制技术。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景与意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3本章总结 3
第二章 交流异步电动机的数学建模分析 4
2.1异步电机坐标交换原理 4
2.2 异步电动机数学模型 6
2.3本章小结 7
第三章 矢量控制基本原理 9
3.1 异步电动机的电磁转矩 9
3.2电机矢量控制原理 9
3.3本章总结 11
第四章 空间矢量脉宽调制方法 12
4.1脉宽调制方式的比较 12
4.2SVPWM主要原理 12
4.3SVPWM的实现 15
4.4本章小结 17
第五章 异步电机的仿真 18
5.1Matlab软件介绍 18
5,2具体模块搭建 18
5.3仿真结果分析 27
5.4本章小结 31
结束语 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1研究背景与意义
随着时间的不断变化，当人们进入21世纪以后， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
能源问题成为一个重要的话题，且能源供应日益紧张，特别是最近几年，越来越多的地方出现了频繁的“电荒”现象，所以节约用电在人们的日常生活中显得尤其重要，应该做到节约用电人人有责。电能的广泛应用代表了科学技术的进步与发展，大量使用电能的同时难免会面对浪费能源的问题。而我们生活的年代是一个以工业发展为主导的年代，越来越多的电动机被广泛使用，并成为了电能的主要消耗主体，而电动机的主要功能是将电能转换为机械能。因此我们要想解决频繁的电荒现象也就是电能的能源危机，从电动机入手是非常有必要的，而我们需要做的是利用先进的科学技术手段和方法，合理用电，从而找到节约电能的有效途径[1]。
将直流电机与交流电机相比较，我们会发现就直流电机而言，交流电机具有简单的结构、便宜的价格、可靠的运行等特点。近年来，交流电机控制理论、微型计算机技术越来越流行，尤其是电力电子技术目前在电力系统取得了飞速的发展，而且交流电机的变频调速技术取得了非常大的进步，形成了质的飞跃。目前因其高性能，实用性高，已经有了超过直流调速的趋势，所以在生产、生活的各个领域和方面都被人们广泛使用。而在交流电机控制中，被人们使用最普遍广泛的是PWM(脉宽调制)技术。PWM技术的发展非常迅速以及广泛的应用，大大的改善了变频装置在应用于各类交流调速系统的的性能。但是由于目前技术发展存在一定的缺陷，PWM技术的电压利用率很低，所以SVPVM(电压空间矢量调制)技术出现了，并被人们大量的使用[7]。SVPWM以三相对称正弦波电压这种方式供电时，我们参考的标准是用三相异步电机定子理想磁链圆作为基础，并且做出适当的切换通过不同模式的三相逆变器来实现，我们可以追踪其标准磁链元通过所形成的的实际磁链矢量来完成这一操作，从而形成我们需要的PWM波。SVPVM技术从电机的角度出发看待，它能产生旋转的圆形磁场，用这样的方法其数学模型相对简单，便于计算机实时的控制，并且具有很小的转矩脉动，很低的噪音，简便的控制以及操作，低损耗，高的电压利用率，所以它在现代交流电机控制系统中被不断普及和广泛应用[2][3]。
1.2国内外研究现状
自从人们提出了矢量控制调速系统理论，该技术受到了许多国家的专家和科研机构的高度重视并被广泛应用。又因为矢量控制涉及了大量坐标的变换以及非线性的复杂变换和计算，矢量控制对运算速率的要求非常高。而之前传统的模拟电路相比较，其远远无法满足矢量控制的要求，从而我们不能保障异步电机的实用性和稳定性对于使用矢量控制调速系统来说，所以矢量控制理论在刚被提人们出来的一段时间内，它并没有在实际中得以广泛应用。到了80年代后，微型计算机技术取得了重大的发展，尤其是当微处理器的出现时，它以单片机(SCM)和数字处理器(DSP)为主要代表，才使得矢量控制技术真正在异步电机系统得以广泛使用。
在20世纪70年代的时候，德国的著名学者：Blaschke和Basse以及Leonhard等人一起提出了一种技术：感应电机的矢量控制技术。经过多年的科技进步和不断发展，矢量控制技术在以前就只有在直流调速系统的高性能调速领域中被人们广泛的使用，并且逐渐成为市场的主体[4]。
近些年来，我们选择的是在电机矢量控制中使用了SVPWM技术，SVPWM技术是把电动机和逆变器看成一个整体，以从异步电机中获取幅值恒定的原型磁场为首要目标，当三相对称正弦的电压供电时，它是以交流异步电动机中的理想磁链作为衡量标准，来不断的逼近基准圆，而实现的方式是通过逆变器具有不同的开关模式而所产生的磁链有效矢量来逼近。经过实验结果分析得出，空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）是一种被改善和改良的脉冲宽度调制技术（PWM），它具有以下几个优点：能明显减少逆变器输出电压的谐波成分，能够降低转矩脉动，它会使电流波形畸变小，而且控制方式和数字实现简便，与正弦脉宽调制（SPWM）相比它既有非常高的电压利用率[5]。
当时间来到了现代21世纪，世界上的每一个国家都对矢量控制技术这一前沿技术的研究都十分感兴趣，纷纷投入其中，并且为了做好矢量控制的研究，学者和专家们做了大量的准备工作。当中处于矢量控制研究领先领域的国家有：德国，日本以及美国为主要代表，而日本主要关注的问题是如何使用通用变频器以及其应用范围，与其它各国相比较日本在无速度传感器方面技术处于领先地位；美国主要关注的问题是如何将各种控制算法应用于电机参数的识别方面，如神经网络控制、模糊控制等一些控制算法的计算，与其它各国相比较美国在电机参数识别方面技术处于领先地位；德国主要研究的领域是如何具体使用大功率系统矢量控制技术，并且德国的一些公司已经在交流异步电动机上成功运用并合理应用矢量控制技术。
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