感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真毕业设计论文.docx

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感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真毕业设计论文

本科毕业设计（论文）

感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真

燕山大学毕业设计（论文）任务书

学院：

系级教学单位：

学

号

***

学生

姓名

***

专业

班级

应用电子08-2

题

目

题目名称

感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真

题目性质

1.理工类：

工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；

理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）。

2.文管类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）。

题目类型

1.毕业设计（√）2.论文（）

题目来源

科研课题（）生产实际（）自选题目（√）

主

要

内

容

1、掌握变频调速系统的原理及应用特点。

2、设计一个基于磁场定向的矢量控制变频调速系统。

3、建立感应电动机磁场定向矢量控制系统的数学模型。

4、利用Ｍａｔｌａｂ/ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件对其建立仿真模型进行仿真

基

本

要

求

1、毕业设计说明书一份

2、A0号图纸一张

3、英文翻译一份

参

考

资

料

1、交流传动调速系统。

2、基于Ｍａｔｌａｂ/ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真研究

周次

1—4周

5—8周

9—12周

13—16周

17—18周

应

完

成

的

内

容

查阅资料

了解所做题目内容

英文翻译

确定方案

系统设计

建立数学模型

系统仿真

资料整理

撰写论文

指导教师：

肖莹

职称：

副教授2012年1月8日

系级教学单位审批：

年月日

注：

表题黑体小三号字，内容五号字，行距18磅。

（此行文字阅后删除）

摘要

由于直流调速的局限性和交流调速的优越性，以及计算机技术和电力电子器件的不断发展，异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。

经过最近十几年的应用开发，交流异步电动机的变频调速性能已经可以与直流调速系统相媲美。

目前广泛研究应用的异步电动机变频调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。

本文采用异步电动机的矢量控制调速技术，具有动态响应快、低速性能好和调速范围宽等优点。

矢量控制思想是将交流电动机模型等效成直流电动机模型加以控制，利用坐标变换理论，将非线性、强耦合的交流电机模型解耦，把交流电动机定子电流矢量分解为两个分量：

励磁电流分量，转矩电流分量。

通过对这两个矢量分别控制，从而实现对磁场和转矩的分别控制。

本文设计了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统。

系统的动态响应能力快和抗干扰能力强，转矩内环有助于提高转速和磁链闭环控制系统的解耦性能。

运用MATLAB的工具软件SIMULINK对矢量控制系统进行仿真研究，仿真结果表明了本设计的合理性。

关键词异步电机；矢量控制；磁场定向

Abstract

Asaresultofthelimitationofdirect-currentspeedcontrolmodulationandthesuperiorityofalternatingspeedcontrolmodulationandtheunceasingdevelopmentofcomputertechnologyandelectricpowerdevice,thefrequencyconversionvelocitymodulationtechnologyofasynchronousmotorisintherapiddevelopment.Aftertheapplicationanddevelopmentinthepast10years,thefrequencyconversionvelocitymodulationperformanceofasynchronousmotorcanbecomparablewiththedirectcurrentvelocitymodulationsystem.Atpresent,theasynchronousmotorfrequencycontrol,vectorcontrolanddirecttorquechecketc.areindetailedstudies.Thispaperusesthemodulationmethodofasynchronousmotor,whichhasthedynamicresponsequicklyandlow-speedperformanceandwidevelocitymodulationscope.

VectorcontrolisdevelopedbasedontheideathatthecontrollingmeansofinductionmotorcanbeequivalenttotheDCmotor，Theinductionmotormathematicmodelthatishighnonlinearandcomplexcouplingcanbeseparatedbycoordinatetransformationtheory，Statorcurrentcanbedecomposedintoexcitationcurrentcomponentandthetorquecurrentcomponent,thenthemagneticfieldandtorquecanbeseparatelycontrolledbycontrollingthetwocurrentcomponents．

Thispaperdesignedfluxregulator,torqueregulatorandspeedregulator,constitutingtheinnerringwithtorqueofspeed,closed-loopfluxvectorcontrolsystem.Toimprovethesystemdynamicresponseandanti-jammingcapability,thetorqueoftheinnerringhelpstoimprovethespeedandfluxdecouplingoftheclosed-loopcontrolsystemperformance.

IthasappliedtheSIMULINKtoolsoftwareinMATLABtocarryonthesimulationtothevectorcontrolsystemandthesimulationresultsshowthattherationalityofthedesign.

KeywordsAsynchronousMotor；VectorControl；MagneticFieldDirection

第1章绪论

直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。

随着电力电子器件的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，现在从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统，从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应、大范围的调速传动，从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。

交流调速传动的客观发展趋势己表明，它在控制性能方面完全可以和直流传动相媲美，并已在大多数场合取代了直流传动系统[1]。

1.1课题研究的背景及意义

二十世纪中期以来，全球范围内的能源消费量大幅增长，随着国民经济的飞速发展，我国已经成为世界第二大能源消费国，能源消费总量约占世界能源消费总量的11％。

与此同时，经济快速发展与能源约束的矛盾也日益突出，能源价格一路攀升，许多行业都受到了不同程度的影响。

而且，我国能源利用的质量很低，能源浪费情况严重。

一次能源转换电能的比例和电力占终端能源消费的比例过低，作为能源消耗大国之一，在节能方面是大有潜力可挖的。

在用电系统中，电动机为主要的动力设备而广泛地应用于农业生产、国防、科技及社会生活等各个方面。

我国电机的总装机容量已达4亿千瓦，年耗电量达6000亿千瓦时，约占工业耗电量的80％，成为用电量最多的电气设备。

我国各类应用电机中交流电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通过交流电动机加以利用的，80％以上为0.55~220KW以下的中小型感应电动机，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位[2]。

但是在如此庞大的经济规模中，未经变频调速控制的交流电机拖动系统如此之多，这样所造成的能源浪费就大得惊人，由此可见，提高能源的有效利用率在我国已经显得非常迫切。

因此，在电机系统节能方面将有很大的发展空间，所以感应电机的变频调速系统在我国将有非常巨大的市场需求。

电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能对提高产品的质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

所以需要高性能的交流调速理论和技术才能满足当今的调速要求，但是感应电机是一个多变量、强耦合、非线性时变参数系统，很难通过外加信号准确控制电磁转矩，矢量控制应运而生，矢量控制以磁通这一旋转的空间矢量为参考坐标，利用从静止坐标系到旋转坐标系之间的变换，则可以把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量变成标量独立开来，进行分别控制[4]。

自20世纪70年代至今，矢量控制理论及应用技术经历了三十多年的发展和实践，形成了当今在工业生产中得到普遍应用的高性能交流调速系统。

1.2国内外发展现状及发展趋势

1、矢量控制发展现状

欧洲是矢量控制技术的诞生地，其研究水平一直走在世界的前列。

在80年代中期到90年代初期的欧洲电力电子会议（EPE）论文集中，涉及到矢量控制的论文占有很大比例，在这当中，德国SIEMENS公司、Aachen技术大学电力电子和电气传动研究院和德国Braunchweig技术大学W.Leorthard、R.Gabriel、G.Heinemann等教授更是为矢量控制的应用做出了突出贡献，在应用微处理器的矢量控制研究中取得了许多重大进展，促进了矢量控制的实用化。

矢量控制核心理论的提出与以DSP为代表的高性能处理器的通用化，再加上电力电子器件取得的进步，并辅以现代控制理论，这几大因素的结合给电气传动领域带来了深刻的变革。

数字信号处理器（DSP）的高速运算能力使矢量控制尤其是1983年R.K.Joenen提出的无速度矢量控（SensorlessVectorControl，SVC）系统的软硬件结构得到简化，这就为性能更优的SVC方案的实施提供了物质保证。

而IGBT的进一步发展也为SVC的应用提供了更好的舞台，IGBT除了提高功率器件的开关速度，IGBT还允许迅速地调整电机的工作电压。

这使带宽相当高的无速度矢量控制成为可行，并能快速、高精度地控制转速（velocityprofiling）与定位。

SVC的实现吸引了产业界人士的广泛关注，ToshibaGE、Yaskawa等公司于1987年分别发表了研究成果，95年后，Siemens、Yaskawa、ToshibaGE、Rockwell、Mistubishi、Fuji等知名公司纷纷推出自己的SVC控制产品，控制特性也在不断