相旋转变换三仿真模型的建立简介带转矩内环的转速磁链闭环矢量控制系统的构框图各个子模块模型转速调节器模型转矩调节器模型磁链调节器模型转矩观测器模型磁链观测器模型带滞环脉冲发生器模型和模型带转矩内环的转速磁链闭环矢量控制系统仿真模型四仿真参数设置电动机参数各调节器参数各给定参数仿真结果定子磁链轨迹转矩调节器输出输出转矩转速响应转速调节器输出经变换的三相电流给定波形分析五结论致谢参考文献第页共页磁链闭环控制变频调速系统仿真模型设计重庆工商大学自动化专业级自动化班马永祥指导教师吴诗贤中文摘要该文对带转矩内环转速磁链闭环矢量控制系统进行研究及仿真。利用工具，构建了异步电动机矢量控制系统的仿真模型以及对各个主要模块的仿真模型，利用变换计算出相电流。利用空间矢量的分析方法，在定子坐标系下计算和控制交流电动机的磁链和转矩。通过磁链观测器产生系统所需的磁链和。通过带滞环脉冲发生器模块为逆变器提供个六路信号来改变电动机的运动状态，实现了对电动机矢量的控制，基于仿真结果，分析了矢量控制系统的特点。关键词坐标变换矢量控制异步电动机仿真，绪论引言工农业生产交通运输国防军事以及日常生活中广泛应用着电机传动，其中很多机械有调速要求，如车辆电梯机床及造纸机械等，而风机水泵等为了减少损耗，节约电能也需要调速。过去由于直流调速系统调速方法简单转矩易于控制，比较容易第页共页得到良好的动态特性，因此高性能的传动系统都采用直流电机，直流调速系统在变速传动领域中占统治地位。但是直流电机的机械接触式换向器结构复杂制造成本高运行中容易产生火花需要经常的维护检修，使得直流传动系统的运营成本很高，特别是由于换向问题的存在，直流电机无法做成高速大容量的机组，如目前转分左右的高速直流电机最大容量只有千瓦左右，低速的也只能做到几千千瓦，远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。交流电机特别是鼠笼异步电机，由于结构简单制造方便价格低廉，而且坚固耐用惯量小运行可靠很少需要维护可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。但是交流电机调速比较困难，早期的应用主要是调压调速，电磁转差离合器调速，绕线式异步电机转子串电阻调速，年代提出了绕线式异步电机串级调速的方法，这些方法都是在电机旋转磁场的同步转速恒定的情况下调节转差率，效率都很低。另类调速方法是调节电机旋转磁场的同步速度，这是种高效的调速方法，可以通过变极或变频来实现，其中变极调速只能是有极调速，应用场合有限。交流电机高效调速方法的典型是变频调速，它既适用于异步电机，也适用于同步电机。交流电机采用变频调速不但能实现无极调速，而且根据负载的特性不同，通过适当调节电压和频率之间的关系，可使电机始终运行在高效区，并保证良好的动态特性。交流变频调速系统在调速时和直流电机变压调速系统相似，机械特性基本上平行上下移动，而转差功率不变。同时交流电机采用变频起动更能显著改善交流电机的起动性能，大幅度降低电机的起动电流，增加起动转矩，所以变频调速是种理想的交流电机调速方法。变频调速系统目前应用最为广泛的是转速开环恒压频比控制的调速系统，也称为恒控制，这种调速方法采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，其控制系统结构最简单，成本最低，适用于风机水泵等对调速系统动态性能要求不高的场合。转速开环变频调速系统可以满足般的平滑调速要求，但是静动态性能都有限，要提高静动态性能，首先要用带转速反馈的闭环控制。对此人们又提出了转速闭环转差频率控制的变频调速系统，该方法根据异步电机转矩的近似公式，在转差很小的范围内，只要能够保持气隙磁通不变，异步电机转矩就近似与转差频率成正比，控制就达到间接控制转矩的目的。但是转差频率控制是从异步电机稳态等效电路和转矩公式出发的，因此保持磁通恒定也只在稳态情况下成立。般说来，它只适用于转速变化缓慢的场合，而在要求电机转速做出快速响应的动态过程中，电机除了稳态电流以外，还会出现相当大的瞬态电流，由于它的影响，电机的动态转矩和稳态第页共页运行时的静态转矩有很大的不同。因此如何在动态过程中控制电机的转矩，是影响系统动态性能的关键，人们经过深入的研究，提出了对异步电机更有效的控制策略。异步电机的数学模型是个高阶非线性强耦合的多变量系统，对其最有效的控制首推年代提出的矢量控制技术。年德国西门子公司的等提出的感应电机磁场定向的控制原理和美国的和申请的专利感应电机定子电压的坐标变换控制，经过不断的实践和改进，形成了现已得到普遍应用的矢量控制变频调速系统。矢量控制技术的提出，使交流传动系统的动态特性得到了显著的改善，这无疑是交流传动控制理论上的个质的飞跃。但是经典的矢量控制方法还存在不少问题，矢量控制要以转子磁链定向，然后才能把定子电流分解为磁化分量和转矩分量，使两者互相垂直，处于解耦状态，因此要先求得转子磁链的相位，才能进行坐标变换。但是异步电机，特别使鼠笼式异步电机的转子磁链是无法直接测量的，只有实测电机气隙磁链后再经过计算才能求得，而且气隙磁场本身也常由于齿谐波磁场的影响而难以准确测量，这就影响了以转子磁链定向的矢量控制技术的可靠性。对于这些问题，国内外学者进行了大量的理论分析和实验研究，取得了很多实际成果。交流调速技术概况据统计，电机类的耗电量占企业总用电量的以上，因此电机节能对国家经济具有重要的意义，电气传动及其自动化技术是电气技术的重要组成，电力传动的技术发展水平也是体现国家科技水平的重要方面。应用变频调速技术对电机进行节能技术改造，可以有效地节电量，取得很好的经济效益。世纪年代以前的调速系统以直流机组及晶闸管构成的直流系统为主。随着年代等新型电力电子器件及微机控制技术的发展，及以矢量控制为代表的各种交流调速理论的发展，也伴随着人们为解决能源危机的巨大科研投入，交流调速技术得到迅速发展。交流传动系统在性能上也已取得了长足发展，具备了宽调速范围高稳态精度快速动态响应及四象限运行等良好技术性能，其动静态特性可以和直流传动系统相媲美。交流调速系统其结构简单功率大坚固耐用惯量小矢量控制等高性能控制动态响应好效率高性价比高高精度等特点，是目前运用最广泛且最有发展前途的调速方式，在传动系统领域占据了主导地位，在工业应用中远远超过了直流电机调速系统的应用，并有逐渐取代直流调速的趋势。完成的主要工作基于软件包构建异步电机磁链闭环矢量控制变频调速系统的仿真模型并且实现仿真。下面对完成的工作进行概要总结第页共页较为详细地分析了异步电机磁链闭环矢量控制调速系统的基本原理与系统结构组成。构建了异步电动机磁链闭环矢量控制调速系统各模块的仿真模型。在完成了任务的基础上，构建了磁链闭环矢量控制调速系统的整体仿真模型。完成仿真。以仿真结果为基础，对磁链闭环矢量控制变频调速系统的动静态性能特点及适用场合进行了分析。二矢量控制系统的介绍异步电动机的数学模型概述异步电动机的动态模型由磁链方程电压方程转矩方程和运动方程组成，其中磁链方程和转矩方程为代数方程，电力方程和运动方程是微分方程。磁链方程异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕组的磁链可用下式表示式中各相定子转子自感，电磁矩阵中其他元素为定子转子或定转子间的互感。电压方程式中定子转子相电压第页共页定子转子相电流定子转子绕组的全磁链微分算子。转矩方程由能量守恒定律推出电磁转矩。根据能量转换原理，在多绕组电机中，其磁场储能为式中根据能量守恒原理，在异步电机运行时，其电磁力矩等于电流不变时磁场储能对机械角位移的偏导数。式中电机磁极对数电角位移，式中定转子间的互感。由于转子的旋转，定转子绕组间的互感是定转子相对位置的函数，使得交流电机的数学模型为组非线性的微分方程式。为了解除定转子间这种非线性的耦合关系需要对其进行变量的坐标变换，建立参考坐标系内的异步电机数学模型。即将三相静止绕组变换为两相静止绕组之间的变换，这称为三相静止坐标系和二相静止坐标系间的变换，简称变换。第页共页矢量控制思想及原理矢量控制技术思想异步电动机的数学模型是个高阶非线性强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性多变量的本质。交流调速系统的动态性能不够理想，调节器参数很难设计，关键就是在于只是近似成线性单变量控制系统而忽略了非线性多变量的性质。许多专家学者对此进行过潜心的研究，终于获得了成功。世纪年代由德国工程师创立的崭新的矢量控制控制理论，从而实现了感应电机的具有与直流同样好的调速效果。矢量控制是种高性能异步电动机控制方式，它基于电动机的动态数学模型，通过坐标变换，将交流电机模型转换成直流电机模型。根据异步电动机的动态数学方程式，它具有和直流电动机的动态方程式相同的形式，因而如果选择合适的控制策略，异步电动机应有和直流电动机相类似的控制性能，这就是矢量控制的思想。因为进行变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量变换控制系统，或称矢量控制系统。简单的说，矢量控制就是将磁链与转矩解耦，有利于分别设计两者的调节器，以实现对交流电机的高性能调速。矢量控制方式又有基于转差频率控制的矢量控制方式无速度传感器矢量