１８制冷技术２００１年第４期
黼藕
Ｊ．Ｊ．毛应用手。｝己｛?｝｛?｝＿｛?｝，：‘基于模型的制冷空调装置智能仿真
丁国良张春路
（上海交通大学制冷与低温工程研究所上海２０００３０）
【摘要】为了能够使仿真技术更好地应用于制冷空凋系统的优化设计，将人工智能引入到制冷系统仿真研究中．构建基于数学模型与人１二智能技术相结合的制冷系统智能仿真理沦。本文介绍了上海交通大学在此方面的研究成果，提出ｒ今后进一步发展的方向。
【关键词】制冷；空调；模型；仿真；人工智能
ＭＯＤＥＬ—ＢＡＳＳＥＤＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ
ＡＮＤＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴｌＯＮｌＮＧＡＰＰＬｌＡＮＣＥＳ
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｌｎｏｒｄｅｒｔｏａｐｌ）ｌｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｉｎｑｕｅｔｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉ∞ｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂｅｔｔｅｒ。ａｒｔｍｃａｉａｌｉｎｔｅｌＩｉｇｃｎｃｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｎｓｔＩ‘ｕｃｔ
ｍｏｄｅｌ—ｂａｓｃｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｆｅｒＴｌ．ＴｈｅａｃｈｉｅｖｃｍｅｎｔｓｉｎＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎＩｖｅｒｓｉｔｙｈａｖｅｂｅｅｎｓｈｏｗｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎｄＩｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎ（ｉｉｎｔｈｉｓ“ｅｌｄｉｓａｌｓｏｇｉｖｅ．
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，Ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，Ｍｏｄｅｌ。ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＡｎｉｆｉｃｉａＩｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ
一、弓Ｉ言
用计算机仿真优化设计代替传统的样机反复制作修改，是制冷空调装置设计方法化的必然趋势…。作者在９０年代初建立了一套相对完整的制冷装置的仿真理论，并以冰箱为对象，开发了国内第一套能够实用化的小型制冷装置仿真软件【２Ｊ。在此平台上对于其它类型的制冷空调装置的仿真得到迅速发展，使制冷空调装置的仿真理论得到完善【３Ｊ，作者还为美国开利公司、美国联合技术公司、德国利勃海尔公司、国内的春兰、海尔等著名企业定制了备类制冷空调装置的仿真设计软件。
传统的仿真方法虽然取得了良好的效果，但也有令人不满意之处。由于仿真精度与传热系数等很多参数有关。如果这些参数不能准确获得，则会使得仿真结果不够准确。但如果要想对于这些参数作调整，则必须要对软件有很多的了解。这对软件使用者提出了较高的要求，从而影响软件的推广使用。因此我们希望软件具有自学习功能，一旦软件预测的结果与实际有差距，它能自动地找出差距产生的原因，并对软件进行自动调整。为达此目的，我们提出了基于模型的制冷空调装置智能仿真方法，在国家重点基础研究发展规划项目（批准号：Ｇ２００００２６３０９）支持下，经过作者及其研究生们近几年的努力，在这方面已经取得了一定的成绩Ｈ叫Ｊ。现介绍该方法如下。
１．结合人工智能模块的压缩机模型
压缩机的实际输气量和输入功率是制冷系统计算中的重要参数，一般采用下式计算：
Ｖ。。＝Ａ?‰（１）Ｎ。ｔ＝ｘ?Ｎ啦ｈ矗０∞其中，Ｖ山和Ｎｔｈ分别为压缩机的理论输气量和理论输入功；Ａ是压缩机容积效率，叩。ｌ是压缩机电效率。
在传统的压缩机热力模型中，容积效率和电效率的确定都是根据大量实验数据进行经验拟合，但是拟合的效果有时不够理想，而且适用范围较小。我们将容积效率和电效率的计算归结为人工神经网络，对于滚动转子式压缩机的输入功率作仿真计算，计算效果非常好‘６｜。
在人工智能模块的选用上，也可以采用模糊逻辑等技术。、我们用复合模糊模型、单纯模糊模型对于一个汽车空调用的可变转速压缩机以及房间空调器用的滚动转子式压缩机进行计算，结果表明学习样本的典型性对于模型的精度和泛化能力非常重要，与理论模型相结合，可提高模糊模型的学习效率［７］。
２．结合人工智能模块的毛细管模型
对绝热毛细管内一维定常绝热流动，视沿程摩阻
２００１年第４期制冷技术１９
系数厂沿管程的变化很小，不同的流动区域均可取作该流动区域的进出口摩阻系数的算术平均值，可以得到如下方程
Ｐｌ＿即Ｇ２（旷¨＋等蛆监尝型‰
（３）Ｐｌ、Ｐ２、口Ｉ、口２分别是此控制容积的进出口压力和比容，口。。为平均比容。
对于过冷区，比容可以作为常数处理。对于两相区，平均比容ｕＴＰ．ｎ、表示成进、出口比容的加权形式。砂ＴＰ．ｍ＝（１一ｃ）ｕＴｐ．１＋ｆｕＴＰ．２（４）式中，口ＴＰ。。、ｕＴＰ．２是两相区进出口的比容，ｃ是一个待确定的量。如图１所示。ｐ。、户２是两相区进出口压力，臼ｌ、秒２是两相区进出口比容，ｚＴＰ、ｄｊ是毛细管两相区的长度和直径。训练人工神经网络所需的学习样本和检验样本由分布参数模型给出。以后毛细管计算时，则根据该网络求平均比容，并进而快速求出毛细管的其它参数。采用该种方法，计算速度上比分布参数模型快了一个数量级，除个别点外，精度没有明显的差异旧Ｊ。
弧｛ｐ、
ｖ１／ｖ２
１００西／ｂ
Ｃ
图１毛细雷的人上神经ｌ嘲络结构不恿图
３．结合人工智能模型的换热器模型
结合人工神经网络的换热器模型可分为两大部分：一部分为基本模型，反映换热器工作机理；另一部分为神经网络，用于自适应地补偿基本模型与实验数据之间的差距。基本模型保证通用性，可采用适当简化的模型，以使计算简易；神经网络通过对少量实验数据的学习，可提高模型与实际物理过程的吻合程度。下面将以空调器中广泛应用的翅片管式冷凝器与蒸发器为例加以说明。
（１）模型结合方式
图２所示为复合型换热器模型中神经网络与换热器基本模型的结合方式。
幽２神经Ｉ“Ｊ络０换热器基本模型结合示意图对于翅片管式换热器，可以将管内制冷剂的流动与外侧空气的流动均作为一维均相流动处理。
修正参数和工况、结构参数有关，采用多层前向神经网络来辩识这种非线性关系。利用少量实验数据样本训练人工神经网络，可以建立起修正参数与可能变化的工况、结构参数之间的非线性映射关系。神经网络包含输入层、输出层和一个隐层。输出层的神经元个数，对应修正参数的个数。输入层神经元个数由输入参数的个数决定。原则选取的空调用翅片管式换热器输入参数如表１所示。
表１换热器神经网络输人参数
变量定义说明
Ｒｅ“。ｄ。／ｕ空气侧雷诺数，“。为最窄面风
速，ｖ为空气进口动力精度，ｄ。
为换热管外径。
Ｓａｓ㈨ｎｓ为翅片间距。
ｌ，ｄｆｆ／ｄｏｚ，为沿空气流动方向的翅片长度Ｔ。（Ｔｆ—Ｔ。，）／Ｔ。，丁，为冷凝或蒸发温度，丁。。为空
气入口干球温度。
ｍ”＇ｎＴ｝１ｎ＆％为制冷剂流量，棚。为空气流量
Ｄｉｖｎｕｍ分路数
（２）凝冷器模型
为改进模型精度，将导致模型与实验值不一致的原因包容在总的换热系数Ｕ内。修正后的总换热系数Ｕ可以表示为
Ｕ７＝是Ｌ，（５）式中，Ｕ为基本模型中的总换热系数，是为总换热系数的修正系数。
表２冷凝器基本模型与组合模型的计算效果
基本模型组合模型换热量误差（％）过冷度误差（℃）换热量误差（％）过冷度误差（℃）
最大值平均值最大值平均值最大值平均值最大值平均值１１．８４２．３６６．１４２．１７２．１５０．７７３．０９１．１３
２０制冷技术２００１年第４期
是和工况、结构参数的关系用多层前向神经网络辨识，该网络输出层只有一个神经元，对应修正系数是，另有６个输入神经元（对应表１）、４个隐层神经元。对于实验用冷凝器的５８组实验数据，取其中２６组数据作为学习样本。神经网络学习的收敛精度为０．０１２。表２列出基本模型与组合模型的计算效果。（３）蒸发器模型
对蒸发器，由于同时存在加速压降和摩阻压降，整个流程的压降较大，另外空气侧的析湿对蒸发器的换热影响很大，因此在蒸发器组合模型中，不能象冷凝器一样只选用一个修正参数，而选用３个修正量是。、是，、足，，分别修正制冷剂侧换热系数口，，析湿系数ｅ，和制冷剂侧压降ｃ炉。
修正后的制冷剂侧换热系数口，’，可以表示为
口，７＝是ｌ口，（６）对空气侧同样进行是。倍的修正。
修正后的析湿系数手７可以表示为
ｅ７＝是２｛（７）修正后的制冷剂侧压降ｄＰ’可以表示为
卯’＝是３卯（８）是ｌ、是２、是，和工况、结构参数有关，采用多层前向神经网络来辨识这种非线性关系。神经网络结构定为：６个输入神经元（对应表１）、６个隐层神经元和３个输出层神经元（对应足ｌ、是２、是３）。利用复合型模型计算９１组蒸发器实验数据，结果如下。由于蒸发器比冷凝器复杂，因此在精度上有所下降，但仍有良好的效果。
表３蒸发器组合模型的计算效果
制冷剂侧换热量误差（％）过热度误差（℃）
最大值平均值最大值平均值
１０．５１．２９．７３．５４．系统仿真
系统层次的偏差纠正，首先需要通过分析，确定～组需要关心精度的输出参数（如制冷量，蒸发压力，冷凝压力，ＣＯｐ），在此称为特征参数，还要确定一组对于特征参数有重要影响，而且在部件中又无法准确得到的修正因子。其次，根据特征参数计算结果与实验值的偏差，通过调整这些参数，以提高精度。由于改变修正因子中的任何一个，均会引起所有计算结果的相应变化和整个制冷系统状态的偏移，因此用人工进行调节，难以取得较好效果。比较好的方法是将所有修正因子作为一个向量，采用神经网络在整个系统特性空间中进行辨识和寻优。比较实用的两种神经网络辨识方法为直接调整和偏差调整法。每种方法都分为两步：神经网络的学习和修正因子的调整计算。下面介绍直接调整法。
图２是直接调整法的基本原理。其中，卢。为修正因子向量，卢。为经神经网络调整后的修正因子向量；ｙ，ｙＮ分别为实际系统的实验样本和对应的仿真值。神经网络的学习方式如图２（ａ）所示：任意取一修正因子∥ｏ，计算出该修正因子所决定的参数，并将其作为仿真模型的已知参数，仿真计算出相对应的一组参数ｙＮ，作为神经网络的一组学习样本；再随机改变修正因子，同样可得出另一组参数，经仿真模型计算出新的学习样本，……，如此循环反复，可以得到若干组随机给出的参数修正因子及其相对应的参数结果，这些参数修正因子和仿真结果构成了一个反映系统特性的数据库。以该数据库内的结果作为神经网络的输入，以相应的结果参数作为神经网络即可用于实际系统仿真模型的构建（图２（ｂ））：根据已有的实际系统特征参数样本ｙ，由神经网络辨识出相应的修正因子。辨识出的定量参数即可作为该实际系统的固有特性，直接用于对该系统的仿真计算，而不再需要神经网络的学习过程，仿真计算速度仍取决于系统数据模型的复杂程度。
（ａ）神经网络的学习方式（ｂ）定量参数的调整计算
图２直接调整法的基本原理
如果要考虑动态过程，则需要计入冷凝器时间常定义开机过渡过程制冷剂压力的稳定时间ｒ：
数和蒸发器时间常数的影响。｛ｒｒ＝ｆ，，ｉｆｆ≥￡，，ＩＰｆ—ＰｏＩ≤△Ｐ｝（９）
２００１年第４期制冷技术２１
其中，△Ｐ＝１Ｐ。抒一Ｐｏ５％；户。为开机前零时刻制定压力，，为时间，Ｐ，为，时刻的制冷剂压力。
冷剂稳定压力，Ｐ。ｍ为开机过渡过程后制冷剂的稳
Ｔｉｍｅ
图３开机过渡过程制冷剂压力变化示意图由于在稳定时间相等的情况下，过渡过程制冷剂
压力变化仍可能存在动态趋势上的区别。如图３中
的曲线ｌ，２所示，曲线１和曲线２的稳定时间相等，
但由线１有超调量，而曲线２没有，两者的动态过程
仍有明显差别。因此，本文再定义两个变量来标志冷
凝和蒸发压力变化有无超调量。由此确定将冷凝器
和蒸发器的压力稳定时间和超调标志量共四个参数
作为神经网络的输入。通过神经网络的学习，建立起
输入和输出（换热器时间常数比例因子）的映射关系？
对某房间空调器的开机过程进行仿真。当模型
未经调整时，压力变化仿真值与实验值存在较明显的
差别；在经过稳态调整后，仿真值的稳态结果与实验
值的稳态结果吻合得相当好，但是仿真值的过程要比
真实的过渡过程短得多；经过进～步的动态调整后，
稳态调整的效果基本得以保持，但仿真值的过渡过程
与真实过程吻合程度有了明显改善。
５．进一步的工作
制冷系统的智能仿真，除了我们已经在做的包括
由数学模型、智能模块以及两者之间的有效结合形式
这三部分组成的基础理论部分，还应包括样本实验研
究、仿真与样本实验的一体化技术，以及上层专家系（ｂ）蒸发￡矗力
Ｔｉｍｅ
统。我们现有的研究还仅仅是个起步，对于样本实
验，以及基础理论与样本实验的一体化技术，以及上
层专家系统还未涉及。这些都是我们今后需要进一
步开展研究的工作。
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—＿｝＿｛÷＿—＊～｛｝＿｛÷＿＊叫÷＊—珏一＊书＿｝‘制÷——格一｛｝—＊静‘＿＊—＊—｛｝’＊前１÷一＊书咐０卜＊州÷一．Ｈ．卜。卜‘＊一＊｛÷—ｆ｝＊—＊—｛｝＊｛÷—＊＊‘一｛卜＊—；｝一÷ｌ通告
ｉ
ｌ经上海市制冷学会常务理事会讨论决定，定于２００１年１２月２０日（星期四）上午八点半在南
ｉ昌路４７号科学会堂，召开上海市制冷学会２００１年学术年会，请准时参加。
ｋ畸卜书—＊—静—＊—斗卜书—＊—÷｝—州｝—卅｛｝—书—＊—删—＊—＊—删｝叫÷——静—州｝—扦—书—＊—捧—＊一书—绺—＊—ｉ｝—捧—静—÷卜
基于模型的制冷空调装置智能仿真
作者：丁国良， 张春路
作者单位：上海交通大学制冷与低温工程研究所,上海,200030
刊名：
制冷技术
英文刊名：REFRIGERATION TECHNOLOGY
年，卷(期)：2001，(4)
引用次数：7次
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异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真 一．理论基础 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流ism和ist。 图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型 从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A、B、C三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r，变成一台以ism和ist为输入、ω为输出的直流电动机。m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism相当于励磁电流，t绕组相当于电枢绕组，ist相当于与转矩成正比的电枢电流。 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。
图1-2矢量控制系统原理结构图 通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。 图1-3简化后的等效直流调速系统 二．设计方法 1.电流模型设计 转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。 由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量 ?? ? ?? ?? ++-=+--=β αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1) 也可表述为：
题目1：永磁同步电机双闭环矢量控制系统仿真 一．实验目的 ．加深理解永磁同步电机矢量控制系统的工作原理1．掌握永磁同步电机驱动系统仿真分析方法2 二．实验要求： 1.永磁同步电机双闭环控制系统建模 2.电流控制器设计 3.电流环动态跟随性能仿真实验 4.转速控制器设计 5.转速环抗负载扰动性能仿真实验 6.给出仿真实验结果与理论分析结果的对比及结论 三．预习内容 注：以下所有找不到的器件均可以通过搜索框搜索 Simulink的启动在MATLAB中键入>>Simulink，进入Simulink library，2014版本的可直接点击MATLAB界面上的Simulink library，在Simulink界面上选择 File->New->Model。如图1所示： 图1 Simulink界面 拖入空白文件作为转速)阶跃函数step(将source一级标题下点击Simulink在．给定，也可用两个ramp函数相减，使转速缓慢达到预定转速，如图2：
图2 转速给定 在Simulink一级标题下点击Ports & Subsystems 选择Subsystem放入空白文件并双击，删除In1和Out1的连线，如图3： 图3 子函数模块 选择Simulink>Continuous下的integrator、Simulink>discontinuous下的Saturation、Simulink>math operation下的gain和Add，连好线后保存并返回，作为PI调节器，其中saturation可设置上下限为100和-100，如图4：
图4 PI子函数模块设置 此PI调节器输出结果作为Iq的电流给定，同样方法得到一个PI调节器，输出结果作为电压给定，并设置saturation上下限为380和-380，Simulink下math operation选择sum双击并修改第二个“+”为“-”，如图5： 图5 转速和电流反馈PI调节 选择Simulink>Ports & Subsystems下的Subsystem 拖入并双击进入子系统，并添加2个In1和1个Out1如图6：
电力拖动课程结题报告 题目：异步电机的矢量控制系统 班级：K0312417 姓名：罗开元 学号：K031241723 老师：郎建勋老师 2015年 6月 22 日
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速系统成为可能。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、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 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 、B i 、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 α i 和 β 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ω，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3／2变换和按转子磁链
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。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型。仿真结果表明了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和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组α、β之间的变换，或称三 相静止坐标系和两相静止坐标系间的 变换，简称3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称2s/2r 变换，其中s 表示 静止，r 表示旋转。
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统 的仿真建模 *** （江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122） 摘要：矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，本文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和概念做了简要介绍，并结合Matlab／Simulink软件包构建了异步电动机转差频率矢量控制调速系统的仿真模型，并进行了试验验证和仿真结果显示，同时对不同参数下的仿真结果进行了对比分析。该方法简单、控制精度高，能较好地分析交流异步电动机调速系统的各项性能。 关键词：转差频率；交流异步电动机；矢量控制；Matlab Modeling and Simulation of induction motor vector control system Based on Frequency control Luxiao (School of Communication and Control, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214036，China) Abstract: Vector control is an advanced AC motor control, this paper dynamic mathematical model of induction motor, slip frequency vector control of the basic principles and concepts are briefly introduced, and combined with Matlab / Simulink software package ,give the slip frequency vector Control System of the simulation model of the induction motor .Showed the simulation results, and simulation results under different parameters were compared. The method is simple, high control precision, can better analyze the AC induction motor drive system of the performance. Keywords: AC asynchronism motor; vector control; modeling and simulation; Matlab; 引言： 由于交流异步电动机属于一个高阶、非线性、多变量、强耦合系统。数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，达不到理想性能。为了实现高动态性能，提出了矢量控制的方法。所谓矢量控制就是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组等效的直流电机模型，以便按照对直流电机的控制方法对异步电动机进行控制。因此，它可以实现对电机电磁转矩的动态控制，优化调速系统的性能。 Matlab是一种面向工程计算的高级语言，其Simulink环境是一种优秀的系统仿真工具软件，使用它可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。本文在此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脉冲发生器等环节，并给出了仿真结果。 1．异步电动机的动态数学模型 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设： 1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所产生的磁动势沿
异步电机的矢量控制设计及仿真
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速系统成为可能。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、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 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、B i、C i，通过3/2变换可以等效成
过程控制工程课程设计 课题名称空调温度控制系统的建模与仿真 学院 专业 班级 学生姓名 学号 时间 6 月13日至6月19日 指导教师(签字) 2011 年 6 月19 日
目录 第一章设计题目及要求 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2设计任务 (1) 1.3主要参数 (2) 1.3.1恒温室： (2) 1.3.2热水加热器ⅠSR、ⅡSR： (2) 1.3.3电动调节阀： (2) 1.3.4温度测量环节： (2) 1.3.5调节器： (2) 第二章空调温度控制系统的数学模型 (3) 2.1恒温室的微分方程 (3) 2.1.1微分方程的列写 (3) 2.1.2 增量微分方程式的列写 (5) 2.2 热水加热器对象的微分方程 (5) 2.3敏感元件及变送器的特性 (6) 2.3.1敏感元件的微分方程 (6) 2.3.2变送器的特性 (7) 2．3．3敏感元件及变送器特性 (7) 2.4 执行器的特性 (8) 第三章控制系统方案设计 (9) 3.1系统分析 (9) 3.2单回路控制系统设计 (9) 3.2.1单回路控制系统原理 (9) 3.2.2单回路系统框图 (10) 3.3串级控制系统的设计 (11) 3.3.1串级控制系统原理 (11) 3.3.2串级控制系统框图 (12) 第四章单回路系统调节器参数整定 (12) 5.1.1、PI控制仿真 (16) 5.1.2 PID控制仿真 (17) 5.1.3、PI与PID控制方式比较 (17) 第六章设计小结 (18) 参考文献 (18)
第一章设计题目及要求 1.1设计背景 设计背景为一个集中式空调系统的冬季温度控制环节，简化系统图如附图所示。 系统由空调房间、送风道、送风机、加热设备及调节阀门等组成。为了节约能量，利用一部分室内循环风与室外新风混合，二者的比例由空调工艺决定，并假定在整个冬季保持不变。用两个蒸汽盘管加热器1SR、2SR对混合后的空气进行加热，加热后的空气通过送风机送入空调房间内。本设计中假设送风量保持不变。 1.2设计任务 设计主要任务是根据所选定的控制方案，建立起控制系统的数学模型，然后
矢量控制系统仿真课程设计 初始条件： 根据转差频率矢量控制系统原理图设计对应的simulink 仿真模型，电机参数为：额定功率power=2.2KW,线电压2203L V U =,额定频率50f Hz =；定子电阻0.435s R =Ω,漏感0.002ls H L =;转子电阻, 0.816r R =Ω,漏感, 0.002lr H L =;互感 0.069m H L =,转动惯量0.089.^2J kg m =,极对数2P =,其余参数为0。 要求完成的主要任务: （1）用MATLAB 建立矢量控制系统仿真模型； （2）根据仿真结果分析起动时定子电流励磁分量和转矩分量； （3）根据仿真结果分析起动时转速与转子磁链。 摘 要 因为异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。 直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。本文研究了矢量控制系统中磁链调节器的设计方法。并用MATLAB 最终得到了仿真结果。 关键词：矢量控制 非线性 MATLAB 仿真 矢量控制系统仿真 1设计条件及任务 1.1设计条件
根据转差频率矢量控制系统原理图设计对应的simulink 仿真模型，电机参数为：额定 功率power=2.2KW,线电压2203L V U =,额定频率50f Hz =；定子电阻0.435s R =Ω,漏感 0.002ls H L =;转子电阻,0.816r R =Ω ,漏感,0.002lr H L =;互感0.069m H L =,转动惯量0.089.^2J k g m =,极对数2P =,其余参数为0。 1.2设计任务 （1）用MATLAB 建立矢量控制系统仿真模型； （2）根据仿真结果分析起动时定子电流励磁分量和转矩分量； （3）根据仿真结果分析起动时转速与转子磁链。 2 异步电动机矢量控制原理及基本方程式 2.1矢量控制基本原理 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图2-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流,,A B C i i i ,通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流s i α和s i β再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流sm i 和st i 。m 绕组相当于直流电动机的励磁绕组，sm i 相当于励磁电流，t 绕组相当于电枢绕组，st i 相当于与转矩成正比的电枢电流。其中矢量控制系统原理结构图如图2-2所示。 图2-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型
交流异步电动机的矢量控制系统设计原理 本文主要利用电机矢量控制系统原理，提出了一种异步电机矢量控制系统及其控制策略总体设计方案，采用Simulink工具构建了矢量变频调速系统数学模型，详细介绍了各个子模块的构建方法和功能。通过仿真可得系统的动态及稳态性能，表明系统具有较高的响应能力和鲁棒性，为矢量控制技术提供了一种前期检验方法和研究手段。 0引言 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，矢量控制是电机控制系统的一种先进控制方法，由于其交流调速时的优越性被广泛应用到异步电机调速系统中。基于Simulink的交流异步电机仿真可以验证系统设计方案的有效性，在实验室应用过程中可能遇到系统设计难题。 本文以双闭环矢量控制系统为研究对象，在Simu-link中进行仿真来验证控制系统的有效性。通过分析仿真结果得到矢量控制系统的动静态特性，从而证实了本设计方案的可行性。 1矢量控制原理 矢量控制系统，简称VC系统，坐标变换是核心思想。矢量控制的基本思想是以产生同样的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流等效成两相静止坐标系上的交流电流，在通过坐标旋转变换将其等效成同步旋转坐标系上的直流电流，等效过程中实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果，得到直流电动机的控制量。便可将三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得与直流调速系统接近的动、静态性能。 矢量控制中矢量变换包括三相-两相变换和同步旋转变换，将d轴沿着转子总磁链矢量φr的方向称为M轴，将q轴逆时针转90°，即垂直于矢量φr的方向称为T轴，经过变换电压-电流方程改写为式（1），磁链方程为式（2）：
异步电动机矢量控制系统 由于DSP能对输入数据进行高速处理，克服了一般单片机处理能力有限的问题，而且电路设计较为简单，能获得较强的抗干扰能力，另外DSP具有专业化的指令集，提高了数字滤波器的运算速度，使得DSP在控制器的规则实施、矢量控制和矩阵变换等方面具有独特的优势。在电机控制系统中多用DSP作为核心控制器，以满足对实时性、稳定性及可靠性的要求。控制器选用TMS320F2812，具有丰富的电机控制外设电路，16个12位A/D转换通道，12个PWM输出通道，能控制两台三相电机，体积小、价格低、可靠性高，能在高度集成的环境中实现高性能电机控制。基本结构如下：
通过芯片内部自带的ADC转换模块中的3个A/D转换通道捕捉霍尔位置传感器的3个相位置信号，接到ADCINA3、ADCINA4、ADCINA5引脚上，可以检测转子的转动位置。 F2812同时需要3个A/D转换通道对霍尔电流传感器电流进行采集，以获得3个相电流信号。霍尔电流传感器采集电机相电流的瞬时值，估计电机的实时运行状态，如转矩的大小和方向、电机的转速和滑差。 测量电机转速常用的方法有增量编码器和测速发电机。本设计采用光电编码器，F2812包含一个正交编码单元，电机的码盘信号通过CAP1和CAP2端口进行捕捉。捕捉到的数据存放在寄存器中，通过比较捕捉到的两相脉冲值可以确定当前电机转子的速度和方向，完成这些仅需两个数字量输入和一个内部寄存器。为防止电流过高对DSP造成损坏，信号经过一个光耦合器件连接到DSP引脚。 2.A/D转换模块 F2812内部集成了16路12位A/D转换模块，模拟量的输入范围是0-3.3V，通道分为两组，0-7为一组，8-15为一组，每组具有一个专门的输入端。事件转换器可将ADC配置成两个独立的8通道模块，也可串接成一个16通道模块。8通道模块将8路输入信号自动排序，并按序选择一路信号进行转换，完成后的结果保存在对应的结果寄存器中。串接模式下，成为16通道的A/D转换器模块允许对同一个通道信号进行多次转换，主要用于过采样的算法中。 3.电机驱动器 F2812有16路PWM输出口供电机使用，通过控制PWM波的占空比来改变加在电机两端的电压，从而改变电机的转速。由于DSP发出的PWM波功率不足以驱动大功率电机，需要经过IGBT进行功率转换。设计中采用功率芯片如PM100DSA120等，这类芯片利用TTL电平即可实现功率驱动，而且具有完整的隔离及保护功能，如过流、过压保护等。 主要软件设计如下： 1.初始化程序; CLRC CNF SETC OVM SPM 0 SETC SXM LAR AR0,#DEC_MS LAR AR1,#(24-1) LACC #ANGLES_ LARP AR0 INIT_TBL TBLR *+,AR1 ADD #1 BANZ INIT_TBL,AR0 LAR AR4,#79H LDP #0E0H SPLK #68H,WDCR SPLK #0284H,SCSR1 LDP #0E1H
3.仿真模型 （1）主电路的建模和参数的设置 在矢量控制系统调速系统中，主电路是由直流电压源、逆变器及交流电动机等组成。对于电流控制逆变器，可以采用电力电子模块组成中选取“Universal Bridge ”模块。具体的参数为：电动机选择：380V 、50Hz 、两对磁极 Ω =435.0s R mH L s 002.01= Ω=816.0r R mH L r 002.01= mH L m 069.0= 2 19.0m kg J ?= 逆变器电源为510V 定子绕组自感mH L L L s m s 071.0002.0069.01=+=+= 转子绕组自感mH L L L r m r 071.0002.0069.01=+=+= 漏磁系数056 .0/12 =-=r s m L L L σ 转子时间常数087 .0816.0/071.0/===r r r R L T 设置如图所示
（2）控制电路建模和参数的设置 ①滞环脉冲发生器建模。滞环脉冲发生器作用是给定电流I A\、I B 、I C 同输出电流I A\。、I B 、I C 相比较， 电流偏差超过一定范围时，滞环脉冲发
生器控制逆变器上（下）桥臂功率器动作，使得输出电流尽可能接近给定电流。为了保证同一桥臂上下轮流动作，上臂桥采用Relay模块，滞环宽度取12.为了加快仿真，下桥臂采用Data Type Conversion 、Logical Operator等模块组成。滞环脉冲发生器及封装后的子系统如图所示。 （a）滞环脉冲发生器的模型 Relay 的参数设置
（b ）滞环脉冲发生器封装后的子系统 图 滞环脉冲发生器模型及封装后的子系统 ②转子磁链模型。在建立转子磁链模型时，需要用坐标变换，但在MA TLAB 模块库中， 没有两相静止坐标与两项旋转坐标的变换模块，只有三相坐标到两相坐标变换模块，通过角度是否变化确定了变换方式。在三相静止坐标到两相旋转坐标变换的数学模型为： C3s/2r= 3 2 * 2 1 2 1 2 1)120sin() 120sin(sin )120cos()120cos(cos 0 +---+-θαθθθθ (8) 但MA TLAB 模块中三相坐标变换模块abc-dp0 Transformation 的数学模型为: C3s/2r= 3 2 * 2 1 2 1 2 1 ) 120cos() 120cos()cos()120sin()120sin()sin(0 00 +-+-t t t t t t ωωωωωω (9) 从（8）（9）式中可以看出两者是差别的，因此不能直接应用MA TLAB 中坐标变换模块。但如果把模块abc-dp0 Transformation 的旋转角度加上900，同时矩阵幅值乘以 2 /3时，两者就完全相同。同样，两 相坐标变换到三相坐标，在应用dp0-abc Transformation 模块时角度和幅值上也应当进行适当的调整。 转子磁链模型及封装后子系统如下图所示：
异步电机矢量控制系统设计
存档日期：存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论文题目： 姓名：刘成成 学院：电气工程及自动化学院 专业：自动化 班级、学号：08电5108285008 指导教师：甘良志 江苏师范大学教务处印制 异步电机矢量控制系统设计
摘要 目前广泛研究应用的异步电机调速技术有恒压频比控制方式、矢量控制、直接转矩控制等。本论文中所讨论的是异步电机矢量控制调速法，相对于恒压频比控制和直接转矩控制，它有优秀的动态性能和低速性能，还有其调速范围宽的优点。 在给出异步电动机的矢量控制原理的同时，一并给出了矢量变换实现的步骤，解释了三相异步电动机数学模型的解耦方法。在论述了三相异步电功机的磁场定向原理之后，又介绍了转子磁链计算方法并设计了转子磁链观测器。详细分析了转矩调节器，转速调节器和磁通调节器的工作原理，并根据各个调节器的原理对各个调节器进行了相应的设计。以DSP为控制核心，设计了异步电机矢量控制系统的硬件电路，并编制了软件程序。 运用了MATLAB的工具软件SIMULINK对磁通闭环的控制矢量系统进行了仿真，并给出了仿真结果。 关键词：异步电机矢量控制 DSP处理器
Abstract At present, the asynchronous motor velocity modulation, vector control and direct torque check etc. Are in detailed studies. This paper discusses the modulation method of asynchronous and wide velocity modulation scope. This paper points out the process of implementing vector transformation and explains how to work in pairs in the mathematical models of asynchronous motors in turns while elaborating the vector control principle in asynchronous motor. It introduces the computational method of rotor flux linkage and designed the visualizer for rotor flux linkage. This paper analyzes the working principles of magnetic flux regulator, torque regulator and RPM control and has designed all of them. Taking DSP as the control core, it has also designed the hardware of the vector controlling system in the asynchronous motor and has written the software program. It has applied the SIMULINK tool software in MATLAB to carry on the simulation to the controlling system of the magnetic closed loop vector and give the simulation result and the analysis of the result. Key words:Asynchronous Motor Vector Control Digital Signal Processors
１８制冷技术２００１年第４期 黼藕 Ｊ．Ｊ．毛应用手。｝己｛?｝｛?｝＿｛?｝，：‘基于模型的制冷空调装置智能仿真 丁国良张春路 （上海交通大学制冷与低温工程研究所上海２０００３０） 【摘要】为了能够使仿真技术更好地应用于制冷空凋系统的优化设计，将人工智能引入到制冷系统仿真研究中．构建基于数学模型与人１二智能技术相结合的制冷系统智能仿真理沦。本文介绍了上海交通大学在此方面的研究成果，提出ｒ今后进一步发展的方向。 【关键词】制冷；空调；模型；仿真；人工智能 ＭＯＤＥＬ—ＢＡＳＳＥＤＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＴＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤＡＩＲ—ＣＯＮＤＩＴｌＯＮｌＮＧＡＰＰＬｌＡＮＣＥＳ 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｌｎｏｒｄｅｒｔｏａｐｌ）ｌｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｉｎｑｕｅｔｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉ∞ｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂｅｔｔｅｒ。ａｒｔｍｃａｉａｌｉｎｔｅｌＩｉｇｃｎｃｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃｏｎｓｔＩ‘ｕｃｔ ｍｏｄｅｌ—ｂａｓｃｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｆｅｒＴｌ．ＴｈｅａｃｈｉｅｖｃｍｅｎｔｓｉｎＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎＩｖｅｒｓｉｔｙｈａｖｅｂｅｅｎｓｈｏｗｎｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎｄＩｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎ（ｉｉｎｔｈｉｓ“ｅｌｄｉｓａｌｓｏｇｉｖｅ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ，Ａｉｒ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，Ｍｏｄｅｌ。ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＡｎｉｆｉｃｉａＩｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ 一、弓Ｉ言 用计算机仿真优化设计代替传统的样机反复制作修改，是制冷空调装置设计方法化的必然趋势…。作者在９０年代初建立了一套相对完整的制冷装置的仿真理论，并以冰箱为对象，开发了国内第一套能够实用化的小型制冷装置仿真软件【２Ｊ。在此平台上对于其它类型的制冷空调装置的仿真得到迅速发展，使制冷空调装置的仿真理论得到完善【３Ｊ，作者还为美国开利公司、美国联合技术公司、德国利勃海尔公司、国内的春兰、海尔等著名企业定制了备类制冷空调装置的仿真设计软件。 传统的仿真方法虽然取得了良好的效果，但也有令人不满意之处。由于仿真精度与传热系数等很多参数有关。如果这些参数不能准确获得，则会使得仿真结果不够准确。但如果要想对于这些参数作调整，则必须要对软件有很多的了解。这对软件使用者提出了较高的要求，从而影响软件的推广使用。因此我们希望软件具有自学习功能，一旦软件预测的结果与实际有差距，它能自动地找出差距产生的原因，并对软件进行自动调整。为达此目的，我们提出了基于模型的制冷空调装置智能仿真方法，在国家重点基础研究发展规划项目（批准号：Ｇ２００００２６３０９）支持下，经过作者及其研究生们近几年的努力，在这方面已经取得了一定的成绩Ｈ叫Ｊ。现介绍该方法如下。 １．结合人工智能模块的压缩机模型 压缩机的实际输气量和输入功率是制冷系统计算中的重要参数，一般采用下式计算： Ｖ。。＝Ａ?‰（１）Ｎ。ｔ＝ｘ?Ｎ啦ｈ矗０∞其中，Ｖ山和Ｎｔｈ分别为压缩机的理论输气量和理论输入功；Ａ是压缩机容积效率，叩。ｌ是压缩机电效率。 在传统的压缩机热力模型中，容积效率和电效率的确定都是根据大量实验数据进行经验拟合，但是拟合的效果有时不够理想，而且适用范围较小。我们将容积效率和电效率的计算归结为人工神经网络，对于滚动转子式压缩机的输入功率作仿真计算，计算效果非常好‘６｜。 在人工智能模块的选用上，也可以采用模糊逻辑等技术。、我们用复合模糊模型、单纯模糊模型对于一个汽车空调用的可变转速压缩机以及房间空调器用的滚动转子式压缩机进行计算，结果表明学习样本的典型性对于模型的精度和泛化能力非常重要，与理论模型相结合，可提高模糊模型的学习效率［７］。 ２．结合人工智能模块的毛细管模型 对绝热毛细管内一维定常绝热流动，视沿程摩阻
《运动控制系统》课程设计 学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩： 感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。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型。仿真结果表明了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和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂，坐标变换的目的就是要简化数学模型。异步电机数学模型是建立在三相静止的ABC坐标系上的，如果把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦合，仅此一点，就会使数学模型简单了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换）在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组?、? 之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称 3/2 变换。
（2）两相—两相旋转变换（2s/2r变换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐标系 M、T 变换称作两相—两相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静止，r 表示旋转。 图1、异步电动机的坐标变换结构图 二、感应电机矢量控制原理 感应电机是指定转子之间靠作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的电机。感应电机是的一种，异步电机主要是指感应电机。以上所讲，异步电机的动态数学模型是一个高阶、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。需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。 以产生同样旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流 iA、iB 、iC ，通过三相/两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流i?、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im 和 it 。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通 ? r 就是等效直流电机的磁通，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，im 相当于励磁电流，T 绕组相当于伪静止的电枢绕组，it 相当于与转矩成正比的电枢电流。把上述等效关系用结构图的形式画出来，便得到图1。从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转速 ? ，是一台异步电机。从内部看，经过3/2变换和同步旋转变换，变成一台由 im 和it 输入，由 ? 输出的直流电机。既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制策略，得到直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。由于进行坐标变换的是电流（代表磁动势）的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统。 矢量控制系统特点是VC系统强调Te 与Ψr的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器；实行连续控制，可获得较宽的调速范围；但按Ψr 定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系统的鲁棒性。 矢量控制的基本方程式为： 在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR 抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则图2虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。图2为矢量控制系统原理结构图。 图2、矢量控制系统原理结构图图3、三相异步电机VC仿真的主电路 三、矢量控制仿真 1. VC的仿真模块 根据VC的基本概念，构建VC调速系统的Matlab /Simulink仿真模型。图3主电路，图4为VC模块。