课程设计---异步电动机电流滞环矢量控制系统

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1、 现代电力传动系统现代电力传动系统 题题 目目 异步电动机采用电流滞环控制型 PWM 控制技术的矢量控制系统 学学 院院 专业班级专业班级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 I 摘要摘要 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，由 磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成，为非线性，所以控制起来极为 不便。异步电机的模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。如果把异步电 动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型， 就可以模拟直流电动机的控 制模型来控制交流电动机。 本文研究了按转子磁链定向的矢量控制系统的电流闭 环控制的设计方法，通过坐标变换，在按转子磁链

2、定向同步旋转正交坐标系中， 得到等效的直流电动机模型， 然后仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与转 速， 将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到异步电动机所需的三相定子电 流，然后利用电流滞环跟踪 PWM 控制技术，在三相定子坐标系中完成电流闭环控 制，实现对异步电动机转速控制，完成按转子磁链定向矢量控制系统的设计，并 用 MATLAB 进行仿真。 关键字：异步电动机、直流电动机、电流滞环跟踪 PWM 控制、MATLAB 仿真 II 目目 录录 摘要.I 第 1 章 绪论 1 1.1 课题研究背景及现状 1 1.2 交流调速系统发展概况 1 1.3 课题研究的主要内容. 3 第 2 章异步

3、电动机的数学模型及矢量控制原理 4 2.1 整体方案设计原理. 4 2.2 仿真模型各个模块介绍. 5 2.2.1 坐标变换. 5 2.2.2 两相静止-旋转正交变换（2s/2r 变换） 6 2.2.3 旋转角度的计算. 7 2.2.4 磁链的计算. 8 2.2.5 转速调节器（ASR） 8 2.2.6 转子磁链调节器（APR） 9 2.3 异步电动机矢量控制原理. 9 第 3 章 电流滞环跟踪 PWM(CHBPWM)控制技术. 11 3.1 电流滞环跟踪控制原理. 11 3.2 滞环宽度分析 12 3.3 电流滞环跟踪控制的特点. 13 3.4 电流滞环控制型 PWM 变频器 . 14 第

4、4 章仿真模型搭建与结果分析 15 4.1 电机参数的设定. 15 4.2 仿真结果. 16 致谢 18 参考文献 19 武汉理工大学现代电力传动系统课程设计说明书 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究背景及现状课题研究背景及现状 自从电气化时代开始以来，电动机就成为重要的动力来源。直流电机拖动系 统和交流电机拖动系统在 19 世纪中期先后诞生。直流电机由于励磁磁场和电枢 磁场完全解耦，这样可以根据调速性能的要求，按照经典控制理论的方法独立设 置调节器，分别对励磁磁场和转矩进行控制，因此直流调速系统会有良好的调速 性能，调速平滑且易于控制，在高性能电气传动领域一直占据主导地位。 1.

5、2 交流调速系统发展概况交流调速系统发展概况 在 20 世纪的大部分年代里，约占整个电力拖动容量 80%的不变速拖动系统 都采用交流电机直接拖动， 占电力拖动容量 20%的高性能可调速拖动系统则采用 直流电机拖动，这似乎已经成为一种举世公认的格局。但由于直流电机存在结构 复杂、使用机械换向器和电刷，使它具有难以克服的固有缺点，如造价高、维护 难、寿命短、存在换向火花和电磁干扰，因此直流电机的最高转速、单机容量和 最高电压都受到一定的限制。 事实上，从 20 世纪 30 年代起，不少国家就开始进行无换向器电机控制系 统的研究，但由于条件限制，进展不大，而交流电机特别是鼠笼式异步电机制造 成本低、

6、结构简单、维护容易、可以实现高压大功率及高速驱动，适合在恶劣环 境下工作，所以工业界和学术界一直致力于高性能交流调速系统的研究，至 20 世纪 60 年代，交流异步电机调速系统己有多种方案问世，主要有以下两种： （1）转速开环变压变频控制（U/f） 变压变频控制以异步电机的稳态方程为推导基础， 以控制异步电机的气隙磁 通幅值恒定为目标，具有控制简单、容易实现、静态性能指标在大多数场合都能 满足需求等特点，目前市场上通用变频器大多采用这种方式，但转速开环的变压 变频控制并不能真正实现异步电机拖动动态过程中的转矩控制。 （2）转速闭环转差频率控制 转差频率控制比 U/f控制方式有了较大的提高， 但转差频率控制是从异步电 动机稳态等效电路和转矩公式出发推导的， 因此保持磁通恒定也只在稳态情况下 成立，在动态中磁通不会恒定，这会影响调速系统的实际动态性能，一般说来， 它只适用于转速变化缓慢的场合。 在要求异步电机转速做出快速响应的动态过程 武汉理工大学现代电力传动系统课程设计说明书 2 中，异步电机除了稳态电流以外，还会出现相当大的瞬态电流，由于瞬态电流的 影