感应电动机磁场定向矢量控制系统的设计与仿真.doc
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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
2012年6月
本科毕业设计（论文）
（输入毕业设计（论文）题目）
学院（系）：
***
专业：
电气工程及其自动化
学生姓名：
***
学号：
***
指导教师：
***
答辩日期：
2012年6月18日
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
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
I
Abstract
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
III
目录
摘要 I
Abstract II
目录 IV
第1章绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2国内外发展现状及发展趋势 2
1.3交流调速系统的主要控制策略 4
1.3.1基于稳态模型的控制策略 5
1.3.2基于动态模型的控制策略 5
1.4论文研究的主要内容和结构安排 7
第2章异步电动机矢量调速原理 8
2.1引言 8
2.2异步电动机矢量调速的实质 8
2.3异步电动机矢量调速控制系统 9
2.4矢量控制系统常用方案及比较 10
2.4.1矢量控制系统常用的方案 10
2.4.2控制方案的比较 11
2.5异步电动机的数学模型 12
2.5.1三相坐标系下的数学模型 12
2.5.2坐标变换 15
2.5.3两相同步旋转坐标系上的异步电机模型 19
2.6异步电动机按转子磁场定向的矢量控制 20
2.6.1矢量控制的基本思路 20
2.6.2矢量控制的磁场定向 21
2.6.3异步电动机按转子磁场定向的数学模型 21
2.6.4异步电动机按转子磁场定向的矢量控制方程 23
2.7转子磁链的观测 25
2.7.1转子磁链的获取方法 25
2.7.2转子磁链观测模型 26
2.8电流追踪型逆变器工作原理 27
2.9本章小结 30
第3章矢量控制调速系统的仿真分析 31
3.1仿真系统的模型及参数 31
3.2系统模块及仿真分析 32
3.2.1系统模块简介 32
3.2.2仿真波形分析 35
3.3本章小结 40
结论 41
参考文献 42
致谢 44
附录1文献综述 45
附录2开题报告 51
附录3中期报告 58
附录4英文文献翻译 70
附录5英文文献原文 72
III
章1章绪论
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
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