异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究 THE DISIGN OF THE ASYNCHRONOUS MOTOR VECTOR CONTROL SYSTEM
AND IT`S SIMULATION STUDY
专 业：电气工程及其自动化 姓 名：高 智 指 导 教 师 ： 申请学位级别：学 士 论文提交日期：
学位授予单位：天津科技大学
摘要
本文的研究内容是“异步电动机矢量控制系统设计与仿真研究”。在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。
矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的。它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，建立三相交流绕组、两项交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组等效的直流电机模型，以便按照对直流电机的控制方法对异步电机进行控制。因此他可以实现对电机电磁转矩的动态控制，优化调速系统的性能。本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。通过空间矢量的坐标变换，对系统进行建模，其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR等模块。并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。
关键词：异步电动机； 矢量控制； MATLAB仿真
I
ABSTRACT：
The content of this study is the design of the Asynchronous motor vector control system and it's simulation study. Before the advent of vector control technology, most of alternating current speed control system are constant V/f ratio control method which is also often referred as the scalar control. This approach in low-speed and dynamic (such as acceleration and deceleration), such as addition and subtraction load, the system showed obvious defects, so the stability of AC variable speed system, start torque at low speed dynamic response is not such as a DC tune speed system. With the development of power electronics technology, the AC induction motor control technology fully from the scalar control to vector control, vector control of AC motor can be comparable and DC motor control effects, even more than the DC speed control system.
Vector control is developed on the basis of the motor unified theory of electrical and mechanical energy conversion and coordinate transformation theory. Its ideology is the asynchronous motor simulation into a DC motor to control, coordinate transformation, decomposition of the stator current vector for the rotor field oriented two DC components were controlled, in order to achieve the decoupling of flux and torque control, three-phase AC winding, two exchanges winding and rotation of the DC winding equivalence between the three, in order to find the equivalent asynchronous motor winding DC motor model, in order to control the DC motor control method for asynchronous motor . So that he can achieve dynamic control of the electromagnetic torque, optimize the performance of the speed control system. In this paper, the closed-loop vector control of asynchronous motor flux research and exploration. By the coordinates of the space vector transformation of the system modeling, including a DC power supply, inverter, motor, the rotor flux current model, the ASR, ATR AΨR and other modules. And control system for the MATLAB / SIMULINK simulation analysis.
Key Words：Asynchronous Motor；Vector Control；MATLAB Simulation
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目 录
第一章 绪论............................................................................................. 1 第一节 第二节 第三节 第二章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第三章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第四章 第一节 第二节
交直流调速系统的相关概念及比较 ........................................ 1 交流调速系统的历史和现状 .................................................... 2 异步电机矢量调速系统的发展 ................................................ 5 异步电动机的数学建模分析 .................................................... 7 三相电机的模型分析 ................................................................ 7 同步旋转坐标系上的数学模型及状态方程 .......................... 11 异步电动机的数学模型 .......................................................... 12 坐标变换和变换矩阵 .............................................................. 13 异步电动机在不同坐标系下的数学模型 .............................. 20 异步电动机矢量控制的基本原理..........................................23 异步电机的电磁转矩 .............................................................. 23 矢量控制思路的演变过程 ...................................................... 23 矢量控制的磁场定向 .............................................................. 26 转子磁链观测器 ...................................................................... 28 异步电机矢量控制系统 .......................................................... 30 异步电动机矢量控制系统的仿真分析 .................................. 33 SIMULINK软件基本介绍 ...................................................... 33 异步电机矢量控制系统仿真模型的建立 .............................. 33
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第三节 各模块参数设置 ...................................................................... 36 第四节 仿真结果 .................................................................................. 37 第五章 全文总结 .................................................................................. 40 参考文献 ................................................................................................... 41 致谢 ........................................................................................................... 42
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