系统的仿真研究

2020年4月19日

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转差频率控制的异步电动机矢量控制文档仅供参考，不当之处，请联系改正。

1 引言 1.1 概述

矢量变换技术的产生奠定了现代交流调速系统高性能的基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论的概念，从而能够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过程，实现了将交流电动机的控制过程等效成为直流电动机的控制过程，进而使交流调速系统的动态性能得到了很大的改进和提高，进一步使交流调速取代直流调速成为一种可能。当前对调速性能要求较高的生产工艺已广泛地采用了矢量控制的变频调速装置。经过实践证明，采用矢量控制技术控制的交流调速系统[1]的优越性明显高于直流调速系统。

现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器这四大部分构成。现代交流调速系统根据被控的对象—交流电动机种类不同，从而可分为异步电机调速系统和同步电动机调速系统两类，矢量控制的方式是当前交流电动机的先进控制的一种方式，本篇文章对异步电动机的动态数学模型、转差频率矢量控制的基本原理[2?6]和概念做了详细简要的阐述，而且结合Matlab的Simulink仿真软件包构建了异步电动机转差频率矢量控制系统的仿真模型，并进行了试验的验证和仿真结果的显示，同时对不同参数下的仿真结果进行了对比研究和

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分析。这种方法不但简单、控制精度高，而且能够较好地分析异步电动机调速系统的各项性能。

因为交流异步电动机是一个高阶、非线性、多变量、强耦合的系统。该数学模型比较复杂，因此将其简化成单变量线性系统进行控制可能就达不到理想的性能。为了实现高动态的性能，提出了矢量控制的方法。矢量变换控制技术的产生为现代交流调速系统高性能化奠定了坚实的基础。一般情况下，将含有矢量变换的交流电动机控制称为矢量控制。

Matlab是一种面向工程计算的高级语言，它的Simulink仿真的环境是一种非常优秀的系统仿真工具软件，使用它能够很大程度的提高系统仿真的效率和可靠性。此文在Matlab的Simulink基础上构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统，包含了给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等许多环节，并给出了仿真的实验结果和分析。 1.2 课题研究目的与意义

在19世纪先后诞生了直流电力的拖动和交流电力的拖动。在20世纪的上半叶，鉴于直流调速系统具有十分优越的调速性能，高性能的可调速拖动一般都采用直流电动机，大约占了电力拖动总容量的80%以上的不变速拖动系统则采用了交流电动机。交流电机调速系统的性能由于当时的条件限制却始终无法与直流电机相抗衡。一直到20世纪的六、

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七十年代，随着电力电子技术的快速发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是在大规模集成电路和计算机控制中的首次出现，从而使高性能的交流调速系统应运而生，交直流拖动按调速性能分工的格局终于被彻底地打破。与此同时，直流电动机和交流电动机相比的缺点日益显露出来，例如具有电刷和换向器的直流电动机必须进行经常性的检查和维修，这就会浪费很多的人力、物力和财力，换向能力限制了直流电动机的容量和速度等缺点。

交流调速系统发展迅速很大的一部分原因是交流电动机本身的优点，例如没有电刷和换向器，结构简单，寿命长等。近年来随着大功率半导体器件，大规模集成电路，电子计算机技术的迅猛发展，加上交流电动机本身的优越特性，为交流调速提供了广泛的应用前景。因此，研究转差频率矢量控制的异步电动机仿真系统的课题就显得意义重大。

一般交流电动机是能够经过调压来进行调速的,也就是调节电流(因为降压后电流肯定会下降),它所有的调压器一般情况下都是自耦变压器,像老式的吊扇就是用自耦变压器来调速的。直流电机也能够调压调速,一般用调电枢电压的方法来调速,用串电阻的方法或者可调电源都能够。它的作用为：（1）跟随作用－作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2）抗扰作用－对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）加快动态过程－在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电

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