异步电机的矢量控制设计及仿真课程设计

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1、异 步 电 机 的 矢 量 控 制 设 计 及 仿 真 班 级： 姓 名： 学 号： 前言 异步电机的矢量控制设计及仿真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。 矢量变换控制(以下简称 VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的

2、发展 提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用 了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励 磁分量和转矩分量之间的解耦， 实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动 机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从 而使交流调速最终取代直流调逮系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的 交流调速系统的优越性高于直流调速系统。 矢量控制原理的出现也促进了其它控 制方法的产生，如多变量解耦控制、变结构滑模控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的 F .Blashke 和 W .Flotor 提出了“感应电机磁 场定向的控

3、制原理” ，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁 链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量， 这样就可以达到对交流电机的磁链和 电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制， 可以获得良好的静、动态调速性能。 本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink 中SimPowerSystems模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变 器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电 流滞环 PWM 调节器, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的 异步 电机矢量控制系统仿真模

4、型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态 静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的 VC 原理 1.1 坐标变换坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换 后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标 系上的定子交流电机 A i、Bi、 C i， 通过 3/2 变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 i 和 i，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 d i和 q i。如果观察 者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图 l。从整体上看，输人为 A，B，C 三相 电压，输出为转速，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过 32 变换和按转子磁链 定向的同步旋转变换，便得到一台由 m i和 t i输入，由输出的直流电动机。 3/2VR 等效直流 电动机模型 i i t i A i m i B i C i A B C 异步电动机 图 1 异步电动机的坐标变