毕业设计-基于MATLAB-SIMULINK的交流电动机调速系统仿真

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1、 第 1 页 1 绪论 1.1 课题研究背景及目的 1.1.1 研究背景 直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动 态性能。在相当长时期内，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。尽管如此，直流 调速系统却解决不了直流电动机本身的换向和在恶劣环境下的不适应问题，同时制造大 容量、 高转速及高电压直流电动机也十分困难， 这就限制了直流拖动系统的进一步发展。 交流电动机自 1985 年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动 领域。20 世纪 70 年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流 调速系统得到了迅速的发展， 现在交流调速系统已

2、逐步取代大部分直流调速系统。 目前， 交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限 运行等优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。 与直流调速系统相比，交流调速系统具有以下特点： （1） 容量大； （2） 转速高且耐高压； （3） 交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、 经济可靠、惯性小； （4） 交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用； （5） 高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标； （6） 交流调速系统能显著的节能； 从各方面看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。 1

3、.1.1 研究目的 本课题主要运用 MATLAB-SIMULINK 软件中的交流电机库对交流电动机调速系 统进行仿真，由仿真结果图直接认识交流系统的机械特性。本文重点对三相交流调压 调速系统进行仿真研究，认识 PID 调节器参数的改变对系统性能的影响，认识该系统 动态及静态性能的优劣及适用环境。 1.2 文献综述 第 2 页 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机 电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电 动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影 响。因此，调速技术一直是研究的热点12。而

4、交流调速系统凭着其绝对的优势，最终 必将取代直流调速系统3。 近几年来，科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件 和物质基础。交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样，而且成本和维 护费用比直流电动机系统更低，可靠性更高4。目前，国外先进的工业国家生产直流传 动的装置基本呈下降趋势，交流变频调速装置的生产大幅度上升。在日本，1975 年在调 速领域，直流占 80%，交流占 20%；1985 年交流占 80%,直流占 205。到目前为止， 日本除了个别的地方还继续采用直流电机外， 几乎所有的调速系统都采用变频装置67。 计算机仿真技术在交流调速系统的应用，使得对交

5、流调速的性能分析和研究变的更 为方便。传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差， 编程量大，操作不便。随着一些大型的高性能的计算机仿真软件的出现，实现交流调速 系统的实时仿真可以较容易地实现8。如：matlab 软件已经能够在计算机中全过程地仿 真交流调速系统的整个过程。matlab 语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能 够为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。随着新型计算机仿真软件 的出现，交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足进步910。 交流调速技术发展到今天，相对而言已经比较成熟，在工业中得到了广泛的应用， 但是随着

6、一些新的电力电子器件和一些新的控制策略的出现，工业应用对交流调速系统 又提了新的要求，现代交流电机调速技术的研究和应用前景十分广阔。 20 世纪 80 年代中期研制开发出一种新型交流调速系统开关磁阻电动机调速系 统，它将新型的电机、现代电力电子技术与控制技术融为一体，形成一个典型的机电一 体化的调速系统。由于它在效率、调速性能和成本方面都具有一定的优势，已成为当代 电力拖动的一个热门课题，将会在调速领域占有一席之地。 交流调速的控制策略近年来发展非常迅速，诸如转差矢量控制，自适应控制（磁通 自适应、断续电流自适应、参数自适应等模型参考自适应控制） ，状态观测器（磁通观 测器、力矩观测器等） ，为补偿速度降以提高精度的前馈控制，以节能、平稳、快速等 为目标函数的优化控制，线性二次型积分控制，滑模变结构控制，直接转矩控制及模糊 控制等已见诸国内外有关文献及杂志中11121。 第 3 页 1.3 论文主要工作 1.分析各种调速系统在实际运用中的优缺点，分析各种调速方式适用的场合。 2.重点分析掌握三相