运动控制课程设计--异步电机仿真模型建立、仿真及SVPWM的研究与MATLAB仿真

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1、 I 运动控制综合实验运动控制综合实验 II 异步电机仿真模型建立、仿真及异步电机仿真模型建立、仿真及 SVPWMSVPWM 的研究与的研究与 MATLABMATLAB 仿真仿真 摘摘 要要 对异步电动机的数学模型进行综合分析，分析异步电动机按两相静止和转子磁 场定向分解的数学模型， 然后用 Matlab/Simulink 仿真软件包括建立异步电动机仿 真模型，并给出仿真结果。以电机基础理论为出发点，针对 SPWM 电压利用率低， 谐波多和一般空间电压矢量 SVPWM（space vector pulse width modulation）结构 模糊复杂的缺点，本文通过用 MATLAB/sim

2、ulink 平台自行设计的模块，搭建了整套 SVPWM 系统，并且通过仿真验证了整套系统的正确性和简单易行。 关键词：Matlab/Simulink 异步电动机 状态方程 空间电压矢量 SVPWM SPWM III 目目 录录 摘 要II 目 录III 引 言 . 错误错误! !未定义书签。未定义书签。 1 异步电动机动态数学模型- 2 - 1.1 电压方程- 2 - 1.2 磁链方程- 3 - 1.3 转矩方程- 5 - 1.4 运动方程- 6 - 2 坐标变化和变换矩阵 - 7 - 2.1 三相-两相变换 （3/2 变换） . - 7 - 3 异步电动机仿真 - 8 - 3.1 异步电机仿

3、真框图.- IV 8 - 3.2 异步电动机的仿真模型.- 8 - 4 异步电机仿真模型仿真结果. - 17 - 5 SVPWM 技术原理19 5.1 SVPWM 调制技术原理19 5.2 SVPWM 算法实现21 6 SVPWM 建模与仿真24 6.1 SVPWM 仿真模块图24 6.2 仿真结果34 参考文献. 37 - 1 - 引引 言言 随着电力电子技术与交流电动机的调速和控制理论的迅速发展,使得异步电动 机越来越广泛地应用于各个领域的工业生产。异步电动机的仿真运行状况和用计算 机来解决异步电动机控制直接转矩和电机故障分析具有重要意义。它能显示理论上 的变化,当异步电动机正在运行时,提

4、供了直接理论基础的电机直接转矩控制(DTC), 并且准确的分析了电气故障。 在过去,通过研究的异步电动机的电机模型建立了三相 静止不动的框架。研究了电压、转矩方程在该模型的功能,同相轴之间的定子、转子 的线圈的角度。是时间函数、电压、转矩方程是时变方程这些变量都在这个运动 模型中。这使得很难建立在两相异步电动机的固定框架相关的数学模型。但是 通过坐标变换,建立在两相感应电动机模型框架可以使得固定电压、转矩方程, 使数学模型变得简单。 在本篇论文中,我们建立的异步电机仿真模型在固定框架 两相同步旋转坐标系下,并给出了仿真结果,表明该模型更加准确地反映了运行中的 电动机的实际情况。 传统的脉宽调制

5、方法数字化实现比较困难，以及 SPWM 脉宽调制技术电压利用 率低和谐波多等缺点在交流电机调速方面一直未能取得满意的结果。然而空间电压 矢量脉宽调制 （SVPWM） 的出现很好的解决了上述问题。 但是目前所普遍采用的 SVPWM 结构模糊复杂等不足，让人难以理解其实现过程。本文通过用 MATLAB/SIMULINK 软 件平台自行设计的模块，搭建了整套 SVPWM 系统，并且通过仿真验证了整套系统的 正确性和简单易行。 - 2 - 1 1 异步电动机动态数学模型异步电动机动态数学模型 在研究三相异步电动机数学模型时，通常做如下假设 1) 三相绕组对称，磁势沿气隙圆周正弦分布； 2) 忽略磁路饱

6、和影响，各绕组的自感和互感都是线性的； 3) 忽略铁芯损耗 4) 不考虑温度和频率对电阻的影响 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。 1.1 1.1 电压方程电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为 （1-1） 与此相应，三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为 （1-2） 式中 A u, B u, C u, a u, b u, c u定子和转子相电压的瞬时值； A i, B i, C i, a i, b i, c i 定子和转子相电流的瞬时值； A , B , C , a , b , c 各相绕组的全磁链； Rs, Rr定子和转子绕组电阻 上述各量都已折算到定子侧，为了简单起见，表示折算的上角标“ ”均省略， 以下同此。 电压方程的矩阵形式 将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 p 代替微分符号 d /dt t Riu d d A sAA t Riu d d B sBB t Riu d d C sCC t Riu d d a raa t Riu d