上海工程技术大学毕业设计（论文）基于Matlab的矢量控制变频调速系统分析
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作： (1）设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 。 (2） 在PWM控制寄存器中设置接通时间 。
(3）设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 。 (4）启动定时器 。 (5）使能PWM控制器。
4.8.1 脉冲宽度调制优点
PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪
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声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。
对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。
总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。
4.8.2控制方法
采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
5 仿真结果及分析
本文基于MATLAB/Simulink建立了绕线式异步电机的模型，并对其进行了仿真测试。电机参数为异步电动机参数为：2HP，460V，60Hz，Lm=208.8mH,Rr=1.821 ?,Lr=218.5Mh, 采用ode45算法，?*初始值50rad/s, 在t=0.1S时变为100rad/s，在t=0.4S时变为80rad/s，负载转矩初始值为0，在t=0.6S时变为60 N.m，此时转速PI调解器的参数KP=
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70，Ki=5。
图5.1 感应电机驱动相电流
图5.2 Clarke变换后的输出
图5.3 Park变换后波形图
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Speed(rad/sec.) Time(sec.)
图5.4 在额定负载下转速在0.1S由50 rad/s升到100 rad/s，在0.4S降到80
rad/s
Speed(rad/sec.) Torque(Nm) Stator Current(A) Voltage(V) Time(Sec.)
图5.5 仿真结果
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磁场定向控制下转速上升平稳，0.6S加载后略有下降但随即恢复，在0.17S达到给定转速和0.6S加载时，系统电压、电流、转矩都有相应的相应。转矩调节灵敏。由于磁链调节器、转矩调节器都是带抗积分饱和的PI调节器，在启动中两个调节器都处于饱和限幅状态，因此启动过程中定子电流基本保持不变，实现了恒流启动。
6 结论
本文在分析交流异步电机数学模型的基础上，提出了一种新型的基于Matlab 的交流异步电机矢量控制系统仿真建模的方法，将该方法应用于Simulink 环境下交流异步电机模型的设计，采用经典的速度、电流双闭环控制方法对该建模方法进行了测试，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。
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，只需对部分功能模块进行替换或修改，就可实现控制策略的改换或改进，不仅可以节省控制方案的设计周期，快速验证所设计的控制算法，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具，也为实际电机控制系统的设计和调试提供了新的思路。
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