下载文档原格式
![毕业设计论文——异步电机无速度传感矢量控制系统的研究[管理资料]](https://img.taocdn.com/s1/m/cb800afc844769eae109ed41.png)
毕业设计论文题目：异步电机无速度传感矢量控制系统的研究（院）系应用技术学院专业电气工程班级0682学号200613010229 学生姓名李舜婷导师姓名蔡斌军完成日期2010-06-15湖南工程学院应用技术学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：异步电机无速度传感矢量控制系统的研究姓名专业电气工程及其自动化班级学号############指导老师蔡斌军职称讲师教研室主任谢卫才一、基本任务及要求：本课题以交流异步电机为控制对象在simulink设计平台上进行无速度传感矢量控制系统进行仿真研究。
主要内容及要求为：①掌握矢量控制调速系统的工作原理及结构组成；②研究无速度传感的速度辨识的方法；③掌握系统的仿真软件matlab/simulink；④建立无速度传感矢量控制系统的仿真模型并进行仿真验证；⑤编写设计说明书等。
通过本系统的设计，可达到以下目标：①掌握矢量控制中速度的辨识方法；②掌握基于simulink的仿真模型建立的方法；③验证方法的可行性及效果。
二.进度安排及完成时间：2月26日-3月10日指导老师布置任务, 学生查阅资料3月11日-3月16日撰写文献综述和开题报告, 电子文档上传FTP3月17日-3月30日毕业实习、撰写实习报告4月1日-4月30日总体设计，仿真模型的建立，中期检查5月1日-5月30日仿真调试，得出结论6月1日-6月12日撰写毕业设计说明书6月12日-6月14日修改、装订毕业设计说明书,电子文档上传FTP6月15日-6月20日毕业设计答辩及成绩评定目录摘要...................................................... 错误!未定义书签。
ABSTRACT .. (II)第一章绪论 (1) (1) (1) (2) (2) (2) (3) (4) (4) (4) (5)第二章矢量控制原理 (6) (6)异步电动机模型分析的数学基础 (7)坐标变换的原则和基本思想 (7)三相/二相变换 (8)二相/二相旋转变换 (8)三相静止坐标系/任意二相旋转坐标系的变换 (8)异步电动机的动态数学模型 (9)异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型 (9)异步电动机在任意二相旋转坐标系上的数学模型 (10)异步电动机在二相静止坐标系上的数学模型 (11)异步电机的电磁转矩模型 (12)异步电动机的磁链模型 (12)第三章异步电机矢量控制原理 (14) (14) (16) (21) (22) (23) (23)第四章建立无速度传感矢量控制仿真模型并进行仿真 (26)结束语 (34)参考文献 (35)异步电机无速度传感矢量控制系统的研究摘要：交流电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，同时其转矩也不易控制，因此要实现高性能的交流电机控制是件十分困难的事情。
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言异步电机在工业应用中占有重要地位，其运行性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
随着现代控制理论的发展，无速度传感器矢量控制系统因其高精度、高效率的特性被广泛应用于异步电机控制。
本文将探讨异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现，旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
二、系统设计1. 系统架构设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由控制器、驱动器、逆变器、异步电机等部分组成。
其中，控制器是整个系统的核心，负责实现矢量控制算法和无速度传感器技术。
驱动器接收控制器的指令，将电压和电流信号输出给逆变器。
逆变器根据驱动器的指令，将直流电源转换为交流电源，驱动异步电机运行。
2. 矢量控制算法设计矢量控制算法是实现异步电机高效运行的关键。
本系统采用无速度传感器矢量控制算法，通过检测电机的电压和电流信号，估算电机的转速和转子位置，实现电机的精确控制。
该算法包括磁场定向控制(MTPA)和直接自控制(DTC)两种方法，具有较高的动态性能和稳态性能。
3. 无速度传感器技术设计无速度传感器技术是实现异步电机无机械传感器运行的关键技术。
本系统采用基于电流模型和电压模型的无速度传感器技术，通过检测电机的电流和电压信号，估算电机的转速和转子位置。
该方法具有较高的估算精度和可靠性，降低了系统的成本和复杂度。
三、系统实现1. 硬件实现硬件实现主要包括控制器、驱动器、逆变器等部分的选型和设计。
控制器采用高性能数字信号处理器(DSP)，具有高速运算和强大的控制能力。
驱动器采用高精度、低噪声的功率模块，保证电机的稳定运行。
逆变器采用智能功率模块(IPM)，具有较高的效率和可靠性。
2. 软件实现软件实现主要包括矢量控制算法和无速度传感器技术的编程实现。
本系统采用C语言编写程序，实现矢量控制算法和无速度传感器技术的实时运算和控制。
同时，为了方便调试和维护，系统还提供了友好的人机交互界面。
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言随着现代工业技术的飞速发展，对于电机控制系统的性能和可靠性要求也越来越高。
其中，异步电机无速度传感器矢量控制系统是一种能够满足高性能需求的技术手段。
这种系统不需要机械式速度传感器，就能够精确控制电机的转矩和速度，具有较高的动态响应和稳定性。
本文将详细介绍异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现过程。
二、系统设计1. 总体设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由电机本体、逆变器、控制器等部分组成。
其中，控制器是整个系统的核心部分，负责实现电机的矢量控制。
2. 矢量控制算法设计本系统采用无速度传感器矢量控制算法，主要包括磁链观测、转子时间常数辨识、电流控制等部分。
其中，磁链观测是实现无速度传感器控制的关键技术之一，能够根据电机定子电压和电流信息估计出转子磁链的位置和大小。
转子时间常数的辨识则是为了提高系统的动态性能和鲁棒性。
电流控制则是根据电机转矩需求和观测到的转子磁链信息，控制逆变器输出电压，实现电机的精确控制。
3. 控制器硬件设计控制器硬件主要包括微处理器、功率驱动电路、采样电路等部分。
微处理器是控制器的核心部件，负责运行矢量控制算法和实现各种保护功能。
功率驱动电路将微处理器的控制信号转换为逆变器所需的驱动信号。
采样电路则负责实时采集电机的电压、电流等信号，为矢量控制算法提供必要的输入信息。
三、系统实现1. 软件设计软件设计主要包括操作系统、控制算法程序等部分。
操作系统负责管理控制器的硬件资源，为控制算法程序提供运行环境。
控制算法程序则是实现无速度传感器矢量控制的核心程序，包括磁链观测、转子时间常数辨识、电流控制等部分的实现。
2. 实验验证为了验证本系统的性能和可靠性，我们进行了大量的实验验证。
实验结果表明，本系统具有较高的动态响应和稳定性，能够精确控制电机的转矩和速度，且无需机械式速度传感器，具有较高的实用价值。
四、结论本文介绍了一种异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现过程。
基于DSP的三相异步电机变频调速控制器设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及已获得或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权使用授权书本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。
本人授权青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设计）。
本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接相关的学术论文或成果时，单位署名为。
论文（设计）作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日1.要求：系统输入直流电，输出三相交流电，以控制三相异步电机。
2.概要：电机节能问题一直是广大学者研究的热点，在电机节能技术中最受瞩目的是变频调速技术。
本文研究一种基于数字信号处理器（DSP）的三相异步电动机变频调速系统。
论文首先阐述三相异步电动机的脉宽调制技术和矢量控制原理。
脉宽调制技术中重点分析正弦波脉宽调制技术（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）的基本原理和控制算法。
矢量控制思想是将异步电机模拟成直流电机，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量，实现磁通和转矩的解耦控制。
论文用Matlab/Simulink 软件对三相异步电动机矢量控制系统进行仿真研究，并在此基础上对矢量控制变频调速系统进行硬件和软件设计。
在硬件设计方面，系统以TI 公司的TMS320LF2407A DSP 芯片为控制电路核心，以三菱公司智能功率模块（IPM）PM25RSB-120 为主电路核心，对三相交流整流滤波电路、IPM 驱动和保护电路、相电流检测电路、转速检测电路、显示电路以及DSP 与PC 机通信电路等模块进行设计。
毕业设计题目：基于DSP的三相异步电机矢量控制系统院、系：电气工程系姓名：指导教师：系主任：2014 年 6 月10 日基于DSP的三相交流异步电机矢量控制系统摘要在科技飞速发展的大环境下，随着电力电子技术、微处理技术和新的电机控制技术的发展，交流调速的功能性日益提高。
变频调速技术的出现使交流调速系统有取代直流调速系统的趋势。
对于交流变频调速系统的更高调速精度，更大的调速范围以及更快的调速响应的要求，交流电机的矢量控制调速系统能够很好的满足这个要求。
其中矢量控制能够很好的实现交流电机电磁转矩的快速控制，从而实现更为现代化的生产要求。
本文是对三相交流异步电机矢量控制系统的研究和分析，以高性能数字信号处理器为硬件平台设计了基于DSP的三相交流异步电机的矢量控制系统。
本文介绍了交流调速及其相关技术的发展，变频调速的方案以及国内外对矢量控制的研究状况。
以三相交流异步电机在三相静止坐标系下的数学模型为基础，利用转子磁场定向的方法，对该模型进行分析，设计了转子磁链观测器，以实现交流电机电流量的有效解耦，得到定子电流的转矩分量和励磁分量。
仿照直流电机的控制方法，设计了矢量控制算法的电流与速度双闭环控制系统。
设计了以TMS320LF2407A为主控制器的硬件平台，在此基础上实现了矢量控制算法，论述了电压空间矢量调制的原理和方法，并对其进行了改进。
最后针对上述研究进行了仿真和分析。
关键词交流异步电机；矢量控制；数字信号处理器Field Orientated Control of 3-Phase ADAsynchronous Motor Base on DSPAbstractWith the development of power electronics, micro-processor and new technology of motor control, the performance of AC speed regulation system is highly promoted. It seems that DC speed regulation system will be replaced by AC speed regulation system, when variable frequency technology comes out.But the high development of national economy needs higher precision, wider peed-regulating range and faster response of AC variable frequency speed regulation system, while Field orientated control is suitable for its direct control of induction torque.In this paper, the research and analysis of FOC is done, FOC system is designed based on high-performance digital signal processor. Also, the dead time effort of inverter is analyzed, dead time compensation is done. In this paper, development and method of variable frequency, the national and international research of FOC are introduced. According to control theory of DC motor, current and speed dual closed loop control system of FOC is worked out. Arithmetic of FOC is built on the hardware platform with TMS320LF2407A as main controller. The theory and common methods of space vector pulse width modulation is dissertated, a new improved method of SVPWM is advanced, and the dead time compensation of inverter is carried out.Keywords AC Asynchronous Motor; Field Oriented Control; Digital Signal Processor目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的背景和意义................................................... 错误!未定义书签。
异步电动机矢量控制系统的仿真模型设计中文摘要：矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。
本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。
通过空间矢量的坐标变换，对系统进行建模，其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR 等模块。
并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。
关键词：异步电动机、矢量控制、MATLAB仿真Abstract：Vector control(VC) is based on motor unification principle,energy conversion and vector coordinate transformation theory.By transforming coordinate, The stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively.So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. This paper does some research works of the asynchronous motor flux vector control closed-loop research and exploration. Through the space vector coordinate transformation, and the modeling of system,including DC power supply, inverter, AC motor, rotor flux current model, the ASR, ATR,AΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis.Key Words：Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation一、绪论1、交直流调速系统的相关概念及比较交流调速系统是以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统。
基于DSP的异步电机无速度传感器的矢量控制仿真毕业设计（论文）本科生毕业设计设计题目：基于DSP的异步电动机无速度传感器的矢量控制研究中国矿业大学毕业设计任务书毕业设计题目：基于DSP的异步电动机无速度传感器的矢量控制研究毕业设计主要内容和要求：1. 复习电力拖动自动控制系统课程，重点学习异步电机变压变频调速系统理论（包括异步电机动态数学模型和坐标变换技术、转子磁场定向矢量控制系统），了解国内外无传感器控制的现状及发展趋势；2. 学习TMS320C2812DSP；3．学习观测器理论、模型参考自适应等相关理论；掌握异步电动机矢量控制的方法；4．完成异步电动机转子磁链估计模型的DSP实现；5. 采用Ｍatlab／Ｓimulink对转子磁场定向矢量控制系统进行仿真。
院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题一正基本有确正确般性错误有原没有则性回答错误答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要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。
采用坐标变换的方式将三相静止坐标系变为两相同步旋转坐标系，可以实现定子电流的解耦，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。
中国矿业大学本科生毕业设计姓名：张有胜学号：04061865学院：信息与电气工程学院专业：电气工程与自动化设计题目：基于DSP的异步电动机无速度传感器的矢量控制研究指导教师：蒯松岩职称：讲师2010年6月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院信电学院专业年级电气06 -2班学生姓名张有胜任务下达日期：2010 年 3 月1 日毕业设计日期：2010 年 3 月 1 日至2010 年6 月18 日毕业设计题目：基于DSP的异步电动机无速度传感器的矢量控制研究毕业设计主要内容和要求：1.复习电力拖动自动控制系统课程，重点学习异步电机变压变频调速系统理论（包括异步电机动态数学模型和坐标变换技术、转子磁场定向矢量控制系统），了解国内外无传感器控制的现状及发展趋势；2.学习TMS320C2812DSP；3．学习观测器理论、模型参考自适应等相关理论；掌握异步电动机矢量控制的方法；4．完成异步电动机转子磁链估计模型的DSP实现；5. 采用Ｍatlab／Ｓimulink对转子磁场定向矢量控制系统进行仿真。
院长签字：指导教师签字：指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要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。
采用坐标变换的方式将三相静止坐标系变为两相同步旋转坐标系，可以实现定子电流的解耦，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。
按转子磁链定向使交流调速系统的性能产生了质的飞跃。
无速度传感器控制解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。
这样既减少了成本，又提高了控制系统的简易性和鲁棒性。
无速度传感器的矢量控制重点是磁链的观测和转速的估计。
由于电机在运行过程中的参数会发生变化，必须保证磁链和转速估计的准确性，使系统具有良好的动态性能。
本文应用基于超稳定性理论的模型参考自适应系统，对无速度传感器的矢量控制进行转速估计和磁链观测。
对系统的仿真结果表明，基于模型参考自适应的矢量控制系统具有良好的静态和动态性能。
关键词：异步电机；无速度传感器的矢量控制；模型参考自适应；转速估计；磁链观测ABSTRACTDynamic mathematical model of asynchronous motor is a higher order、nonlinear、the strong coupling of multivariable system. Using coordinate transformation to change the three-phase stationary coordinate system into a two-phase synchronous rotating coordinate system, Y ou can implement a decoupling of the stator current , to realize the decoupling control of flux and torque ,so as to achieve the effect of DC motor controls.the rotor field oriented control has brought essential advances in AC variable speed drive system. the starting point to solve the problem of sensorless control is to use detection of stator voltage and current easily detected physical quantities to replace the speed sensor . In this way, reducing costs, improving the control system simplicity and robustness.The key of speed sensorless vector control is flux and speed estimation . Because the varies of parameter when the motor running, must ensure that flux and speed estimation accuracy, make the system has good dynamic performance.the speed estimation and rotor flux observation methods are studied using the theory of Model Reference Adaptive System for the speed sensorless vector control system in the article.the simulation results show the MRAS-based field oriented control system has good static and dynamic performance.Keywords:asynchronous motor；Sensorless vector control；MRAS；Speed estimation；Flux observer目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 电力电子器件和微处理器的发展 (1)1.3 无速度传感器矢量控制的研究现状 (3)1.3.1 直接计算法 (4)1.3.2 模型参考自适应法（MRAS) (4)1.3.3 基于扩展卡尔曼滤波的状态估计算法 (5)1.3.4 神经网络法 (5)1.4 课题研究的主要内容和结构安排 (5)2 异步电机的矢量控制理论 (7)2.1 异步电机的数学模型 (7)2.1.1 异步电机在三相静止坐标系下的数学模型 (8)2.1.2 坐标变换及变换矩阵 (10)2.1.3 异步电机在两相坐标系下的数学模型 (12)2.1.4 异步电机在两相同步旋转坐标系的数学模型 (13)2.2 异步电机矢量控制 (13)2.2.1 矢量控制的原理 (14)2.2.2 转子磁场定向矢量控制原理及结构 (14)3 磁链观测和转速估计的方法研究 (18)3.1 磁链观测方法研究 (18)3.1.1 基于电压模型的方法 (18)3.1.2 基于电流模型的方法 (21)3.2 基于模型参考自适应的转速辨识 (21)3.2.1 基于模型参考自适应系统设计的基本理论 (22)3.2.2 基于超稳定性和正实性系统的设计 (22)3.2.3 基于转子磁链模型的转速辨识方法 (24)3.3 基于改进模型参考自适应方法的无速度传感器研究 (28)3.3.1 基于反电动势模型的速度辨识 (28)3.3.2 基于瞬时无功功率模型的速度辨识 (28)3.4 本章小结 (29)4 无速度传感器矢量控制系统仿真研究 (30)4.1 基于电流模型磁链估计的控制系统仿真 (30)4.1.1 基于电流模型的无速度传感器矢量控制系统仿真电路图 (30)4.1.2 仿真模型子系统说明 (30)4.2 基于电压模型的无速度传感器矢量控制系统 (32)4.3 仿真结果分析 (33)4.4 本章小结 (38)5 基于DSP的系统硬件 (39)5.1 主电源电路的设计 (39)5.1.1 整流电路部分 (40)5.1.2 滤波电路部分 (40)5.1.3 逆变电路部分 (41)5.2 控制电路及外围电路的设计 (41)5.2.1 DSP控制芯片的特点 (41)5.2.2 电源电路 (43)5.2.3 电流、电压检测电路 (44)5.2.4 保护电路 (45)6 系统的软件设计 (46)6.1软件设计概述 (46)6.1.1 混合编程方法 (46)6.1.2 数据定标 (46)6.1.3 软件变量的标幺值表示法 (46)6.2 系统控制软件的任务及设计方案 (47)6.3 系统软件模块的实现 (48)6.3.1 初始化模块 (48)6.3.2 电流采样模块 (49)6.3.3 故障中断服务程序模块 (49)6.3.4 PI调节器模块 (50)6.3.5 基于MRAS的磁链、转速观测模块 (51)6.4 系统软件抗干扰设计 (52)7 总结与展望 (54)7.1 总结 (54)7.2 后期工作展望 (54)参考文献 (55)翻译部分 (56)中文译文 (56)英文原文 (62)致谢 (69)中国矿业大学2010届本科毕业设计论文第1页1 绪论1.1 引言现代社会，电机作为主要的动力设备广泛的用于工农业生产、国防、科技以及社会生活的方方面面。
而很多场合都需要对电机进行调速，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。
从20世纪20年代起就开始使用直流调速系统，直流电机由于其励磁电路和电驱电路互相独立，可以分别控制励磁电流和电驱电流，从而控制励磁磁链和转矩。
其优点是调速范围宽、静差小、稳定性好、易于实现速度调节和转矩控制，具有良好的动态性能等。
但由于直流电动机采用机械接触式换向器，结构复杂、制造费时、价格高、易于磨损、维护麻烦，并且难向高转速、高电压、大容量发展，这就限制了直流电动机的应用。
交流电机则因其结构简单、坚固耐用、运行可靠、成本低、易维护、可适应于大容量调速和工作于恶劣环境等优点，因此人们一直期望将交流电机应用到高性能调速系统中去，随着电力电子技术和控制技术的发展，交流调速性能完全可以和直流调速媲美【1】【2】。
1885年，世界上第一台交流电机问世，交流电机出现后，特别是鼠笼型异步电机，由于结构简单、坚固耐用、转动惯量小、运行可靠、制造方便、价格低廉、容量没有限制，维护方便，对环境要求不高等优点被广泛使用。
