开关的损耗，而且大功率器件的开关频率目前还不能做得很高，在这种情况下，优化PWM 技术正好符合装置的需要。特定谐波消除法 (Selected Harmonic Mi-inationPWM,SHE PWM)、效率最优PWM和转矩脉动最小PWM都属于优化PWM技术的范畴。对于普通的PWM变频器，其输出电流往往含有较大的谐波成分，谐波电流的存在，会使电动机定子产生振动而发出电磁噪声而且还容易引起电动机的机械共振，导致系统的稳定性降低。为了解决以上问题，可以提高功率器件的开关频率，但这会增加开关的损耗；另一种解决方法是随机地改变功率器件的导通位置和开关频率，使变频器输出电压的谐波成分均匀地分布在较宽的频带范围内，从而抑制那些幅值比较大的谐波成分，以达到抑制电磁噪声和机械共振的目的，这就是随机PWM 技术。
（3） 应用矢量控制技术、直接转矩控制技术及现代控制理论
交流传动系统中的交流电动机是一个多变量、非线性、强祸合、时变的被控对象，VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)控制是从电动机稳态方程出发研究其控制特性，动态控制效果很不理想。20世纪70年代初提出用矢量变换的方法来研究交流电动机的动态控制过程。它其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流；It1相当于与转矩成正比的电枢电流），然后模仿对直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换，实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。但是在实际应用中，由于转子磁链难以准确观测，系统特性受电动机参数的影响较大，且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂，使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，这需要在控制系统中配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。为了解决系统复杂性和控制精度的问题，又提出了直接转矩控制方法。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。 直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电
动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机，因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算；它不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 （4） 全数字控制技术的应用
随着微电子技术的快速发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到了很大的提高，实现了模拟控制无法实现的复杂控制，这使得全数字化控制系统有望取代模拟控制系统。在使用数字控制时，要求的采样频率较高，通常高于
1kHz。常需要完成复杂的操作控制、数字运算和逻辑判断。所以要求单片机具
有较大的存储容量和较强的实时处理能力。
全数字控制具有如下特点：
1）精度高。数字计算机的精度与字长有关，变频器中使用16位乃至32位微型机作为控制机，精度在不断提高。
2）稳定性好。由于控制信息为数字量，不会随时间发生漂移。与模拟控制不同，它一般不会随温度和环境条件发生变化。
3）可靠性高。微型机采用大规模集成电路，系统中的硬件电路数量大为减少，相应的故障率大大降低。
4）灵活性好。系统中硬件向标准化、集成化方向发展，可以在尽可能少的硬件支持下由软件去完成复杂的控制功能。适当地修改软件，就可以改变系统的功能或提高其性能。
5）存储能力强。存储容量大，存放时间几乎不受限制，这是模拟系统不能比拟的。
6）逻辑运算能力强。容易实现自诊断、故障记录、故障寻找等功能，使变频装置可靠性、可使用性、可维修性大大提高。 （5） 开发新型电动机和无机械传感器技术
交流传动系统的发展对电动机本体也提出了更高的要求。电动机设计和建模有了新的研究内容，如三维涡流场的计算、考虑转子运动及外部变频供电系统方程的联解、电动机阻尼绕组的合理设计及笼条的故障检测等。为了更详细地分析电动机内部过程，如绕组短路或转子断条等问题，多回路理论应运而生。随着永磁材料特别是钦铁硼永磁的发展，永磁同步电动机(Permanent-Magnet Synchronous Motor, PMSM)的研究逐渐热门和深入，由于这类电动机无需励磁电流，运行效率、功率因数和功率密度都很高，因而在交流传动系统中获得了日益
广泛的应用。在高性能的交流调速传动系统中，转子速度 (位置)闭环控制往往是必需的。为了实现转速 (位置)反馈控制，须用光电编码器或旋转变压器等与电动机同轴安装的机械速度(位置)传感器来实现转子速度和位置的检测。但机械式的传感器有安装、电缆连接和维护等问题，降低了系统的可靠性。对此，许多学者开展了无速度 (位置)传感器控制技术的研究，即利用检测到的电动机出线端电量 (如电机电压、电流)，估测出转子的速度、位置，还可以观测到电动机内部的磁通、转矩等，进而构成无速度 (位置)传感器高性能交流传动系统。该技术无需在电动机转子和机座上安装机械式的传感器，具有降低成本和维护费用、不受使用环境限制等优点，将成为今后交流电气传动技术发展的必然趋势。 （6） 变频调速系统产生的谐波对交流电机负载运行的影响
电机的转速和电源的频率是线性关系，变频器就是利用这一原理将50Hz的工频电通过整流和逆变电路转换为频率可调的交流电源。从结构来看，变频器可分为间接变频和直接变频两大类。间接变频将工频电流通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变换成频率和电压可控的交流。直接变频器则将工频交流直接变换成频率和电压可控的交流，没有中间的直流环节。目前变频调速系统应用较多的还是间接变频器，即交—直—交变频器.
由于变频器供电侧电流中会含有谐波，这些谐波电流注入电网后将对电网的电能质量产生不利影响，而其逆变电路输出侧产生的高次谐波也会给电动机带来诸如发热加剧、转矩脉动及噪声等问题，甚至造成电机损坏，另外，谐波还对通信以及电子设备产生严重干扰，影响周围设备的正常运行。因此，研究变频器的谐波特性将有利于提高交流传动系统的可靠性和工作效率。
论文内容安排
本论文主要介绍基于变频器的交直交变频调速系统的仿真研究。全文共5章。
第一章 绪论：主要介绍交流调速技术的发展概况、研究变频调速的目的与意义、交流调速的研究分析及介绍论文章节内容的安排。
第二章 系统仿真技术：主要介绍仿真技术的概述，仿真软件与仿真步骤，及对变频调速系统的大概简介。
第三章 交直交变频调速系统的仿真研究：主要介绍变频调速系统的构成、交直交变频调速系统的优势特性及交直交变频调速的应用等。
第四章 交直交变频调速系统工作原理研究及实验仿真：本章是该论文的核心部分，主要介绍变频调速系统的设计与谐波对系统的影响、整流器的工作原理研究及仿真分析、逆变器输出谐波的仿真研究及交直交变频调速的仿真研究。
第五章 结论与展望。
1 系统仿真技术
2.1 系统仿真技术的概述
系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖的关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是有多种多样的，习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。
工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体，以实现特定的目的。例如电机驱动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件以及检测部件所组成，用它来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。
非工程系统的定义范围很广，大至宇宙，小至原子，只要存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的的均可以认为是系统。
如果想定量地研究系统地行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型，系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的快速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。
系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，用来表示系统运动过程中的各个量的关系，是分析与设计系统的依据。从它所描述的系统的运动性质和数学工具来分，又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统及混杂系统等。还可细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。
系统仿真是根据被研究的真实系统的数学模型研究系统性能的一门重要的学科，现在尤指是利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括了系统、算法、模型、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。
2.2 仿真软件与仿真步骤