基于MATLABSIMULINK的交流电机调速系统建模仿真

控制系统仿真姓名：班级：学号：成绩：2012年11月02日越优势被应用于各个行业。

设统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。

计内目前交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可容。

随着电力电和要子变流技术和交流电机控制理论的发展，出现了许多新型变流装置和交流电机的调速控求制方法。

众所周知，异步电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，再加上在变流装置的非正弦供电条件下运行，使经典的交流电机理论和传统的控制系统分析方法不能完全适用于现代交流调速系统。

采用计算机仿真的方法来分析研究交流电机及其调速是解决这类工程问题的一种有效工具。

要求：利用目前国际上最流行的仿真软件之一MATIAB／SIMULINK，建立一个通用的仿真模型。

然后用到直接转矩控制系统中去，对该系统进行仿真研究。

第一章引言1.1研究背景直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。

在相当长时期内报告主要展。

交流电动机自1985年出现后章节领域。

20世纪70年代后步取代大部分直流调速系统。

目前、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。

与直流调速系统相比容量大1．4交流电动机环境使用性强5 高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标6交流调速系统能显著的节能从各方面看系统。

MATLAB/SIMULINK软件的优势：1.2计算机仿真技术在交流调速系统的应用系统的实时仿真可以较容易地实现[1]。

如matlab软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速系统的整个过程。

matlab语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究能够为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。

随着新型计算机仿真软件的出现交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足进步[2][3]。

第二章交流调速系统：2.1交流调速系统原理与特性交流电机包括异步电动机和同步电动机两大类。

基于M A TLAB(Si m u link)语言的交流调速系统仿真ΞΞ华风雷　李志民包头钢铁学院　自动化与计算机工程系,包头014010关键词　系统;仿真;调速中图法分类号　TM921151:T P39119摘　要　介绍了用M A TLAB进行同步电动机调速系统仿真的全过程,并通过引入S函数,有机地将系统连接为一个整体,从而提供了一种解决问题的有效方法1Si m ulation of alternate adjustable speedsystem based on M AT LAB(Si m uli nk)H ua Fenglei　L i Zh i m inD epartm ent of A utom ati on and Computer Engineering,U IST Bao tou,Bao tou014010,Ch inaKey words　system;si m ulati on;adjustable speedAbstract　T he p rocedure of si m ulati on w ith M A TLAB in synch ronous m ach ine adjustable speed system is introduced.S func2 ti on is utilized and integrated w ith the system o rganically,w h ich p rovides an effective m ethod of so lving p roblem. 计算机仿真是一门综合性技术,它应用范围很广,可用于工程系统、社会经济系统、生物系统等多方面1以前国内外,在介绍电力拖动控制系统数字仿真的文献中,大多采用BA S I C语言、FOR TRAN 语言或C语言,并有少部分文献中采用VB语言作为主要的程序设计语言1虽然这种面向对象的W indow s编程方式功能强大,为广大工程技术人员提供了很大便利,但这种从最底层进行编程的方式在效率上来讲是相当低的,大部分时间将花费在没有太大价值的重复性机械劳动上1因此,跟踪国际上最先进的控制系统仿真软件及发展,以当前最流行的M A TLAB语言为基本出发点来进行仿真研究,是很有必要的11　M A TLAB(Si m u link)与S函数〔1〕俗话说:“工欲善其事,必先利其器”1目前在国际、国内非常流行的是M A TLAB(Si m u link),它是M ath W o rk s软件公司为M A TLAB提供新的控制系统模型图形输入与仿真工具而推出的,它有两个显著的功能:Si m u(仿真)与L ink(链接)1M A TLAB 是一个高度的集成系统,集科学计算和图象处理于一身,具有编程效率高,开发周期短,程序运行可靠,实时性强等优点1用户建立起Si m u link系统模型时就会建立一个相应的S函数,它是Si m u link如何运作的核心所在1对于一个较简单的控制系统,可以利用Si m u link工具箱中的模块以结构图的形式进行建模仿真,并可以借助模拟示波器将仿真动态结果加以显示1然而对于一个较复杂的控制系统(如不能直接用传递函数加以描述或利用现有模块时)往往使人感到束手无策,此时应引入S函数1S函数定义了系统模型的动态特性,它有3种表现形式:(1)框图形式;(2)M文件形式;(3)M EX文件1在使用中,这3种方式各有优缺点1框图表示比较直观,容易构造,运行速度比较快;M文件编写灵活,适用面宽,但运行较慢;M EX文件运行速度最快1因此,使1998年第17卷包头钢铁学院学报Journal of Bao tou U niversity of Iron and Steel T echno logy 7 21第4期第280～283页Ξ1998-09-21收到第一作者:男,24岁,研究生用何种方式应视具体情况而定1在解决较复杂问题时,常常需要不同方法交叉使用1通常S函数的调用格式是:sys=m odel(t,x,u,flag),其中,m odel是用户定义的系统;t,x,u分别为当前时刻,状态变量和系统输入;flag返回当前系统信息1flag=0,返回变量和初始条件的维数;flag= 1,返回系统的状态导数;flag=2,返回离散状态x(n+1);flag=3,返回系统的输出向量y;flag= 4,更新下一个离散状态的时间间隔1在运用S函数进行仿真运算时,必须清楚地知道系统不同时刻所需要的信息,而这些信息的获取,可由在S函数中设置flag=0获取1另外,任何一种方式创建的S函数文件,在经过通用S函数模块(S2 functi on)处理后,将转变为用户自创建的Si m u link 模块,利用这种新模块仿真不会降低效率12　M A TLAB仿真指令的操作方式任何在Si m u link视窗中建立的方框图模型都可能在M A TLAB指令窗中被调用、仿真1在M A TLAB内部函数中有6种数值积分算法:lin2 si m,rk23,rk45,adam s,gear,eu ler等1这6种指令调用格式相同,下面以lin si m为例加以说明,其调用格式为:lin si m(‘m odel’,t f,x i,op ti on s,u t,p1,…,p10),这里需要说明的是:(1)除第一、第二输入参数外,其余输入参数均可省略;(2)输入参数m odel是模型的M文件名,在调用格式中必不可少;(3)输入参数t f 为仿真时区;(4)第三个输入参数x i是系统的初始状态;(5)第四个输入参数op ti on s是仿真算法参数设置向量;(6)输入参数u t是仿真系统的外部输入变量;(7)从第六个输入参数起的各参数是传递模型参数用的1用M A TLAB指令操作方式进行仿真,可以重新设置模块的初始值,指定比较复杂的外部输入函数u t,并可以动态地改变模块参数,这为系统仿真带来了极大的灵活性13　自控式同步电动机变频调速系统的仿真〔2,3〕以M A TLAB为工具,研究自控式同步电动机变频调速系统,其原理图如图1所示1图1　自控式同步电动机调速系统原理图F ig.1　Pr i nc iple chart of self-con trolledsynchronous m otor adjust able speed syste m 假设顺时针方向为正方向,则d,q轴和Α,Β轴之间的坐标变换关系如图2所示1图2　旋转变换矢量图F ig.2　Vector chart of rolli ng co mm ut ation 为了在转子转动的同时,改变同步电动机定子三相电流的频率,使得定子磁动势跟随转子同步旋转,进而保证电磁转矩恒定1因此,起动过程中定子电流随转子转动应变为i A=I m co s(Ξt+<)i B=I m co s(Ξt+<+2Π 3)i C=I m co s(Ξt+<-2Π 3),(1)式中,<为定子相电流初相角;Ξ为转子的转速(频率);空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到Α,Β坐标系的变换矩阵为T1;矢量从Α,Β坐标系变换到d, q轴坐标系的变换矩阵为T21 T1=231 -12 -120 32 -32, T2=co sΗ　-sinΗsinΗ co sΗ,由此可知,空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到d,q轴坐标系的变换矩阵为T=T2 T1,即182华风雷等:基于M A TLAB(Si m ulink)语言的交流调速系统仿真T =T 2 T 1=23co s Η　co s (Η+2Π 3)　co s (Η-2Π 3)sin Η　sin (Η+2Π 3)　sin (Η-2Π 3),(2)式中,Η=Ξt 1按转子磁链定向控制的凸极同步电动机数学模型为:U sd U s q U e00=r 2+pLd-ΞL dpL m d pL m d-ΞL m qΞL dr s +pLqΞL m dΞL m dpL m qpL m d 0r e +pL epL m d 0pL m dpL m dr D +pL D d0pL m q00r D +pL D q　i sd i sqi e i D d i Dq1 根据电机学原理,直轴定子磁链为7s d =L d i s d +L m d (i e +i Dd ),式中,L d 为定子绕组d 轴等效电感;L m d 为定转子绕组之间在d 轴的互感1交轴定子磁链为7s q =L q i s q +L m q i Dq ,式中,L q 为定子绕组q 轴等效电感;L m q 为定转子绕组之间在q 轴的互感1在两绕组模型中,转子坐标系的定子电压矢量的两个分量为U sd =r s i sd -Ξ7s q U sq =r s i sq +Ξ7s d,由U s d ,U s q 经矢量变换T-1后,即可求得定子三相电压U A ,U B ,U C 1由电机学原理,转子磁链7e 为7e =L m d i s d +L e i e +L m d i Dd ,因阻尼电流i D d 不可测,故为了简化控制系统,可把定子电流矢量始终控制在T 轴(q 轴)上,即定子电流无M 轴(d 轴)励磁分量,那么上式转子励磁7e 可简化为7e =L e i e -L 2m d sr D +LD d s1转矩T d 为T d =p mL m dL e7e i s q 1同步电动机与外部机械负载的关系用机械方程表达如下T d -T L =Jd Ξd tΞ=d Ηd t ,式中,T L 为机械负载转矩;J 为折合到电机轴上的转动惯量1根据上述理论关系式即可容易地写出相应的S 函数,然后在Si m u link 下进行仿真1图3给出了在Si m u link 下的控制系统仿真框图1图3　自控式同步电动机仿真结构框图F ig .3　Si m ulation con struction of sel -con trolled synchronous m otor 图3中各模块含义说明如下:inp u t ——角速度Ξ给定值;slider ——滑块式比例放大器,可动态改变输入转速的大小;P I ——比例积分环节(K p +K is );——逆变器模块;282包头钢铁学院学报1998年12月　第17卷第4期V d 1,V d 2——矢量回转器;c m o to r ——同步电动机模块;1,2,3,…,9——分别为转矩、转速、电流、电压、磁链输出模块1其各变量波形如图4所示1图4　各变量仿真波形图F ig .4　O sc illogram of every var i able si m ulation (a )转矩波形;(b )转速波形;(c )q 轴定子电流波形;(d )转子磁链波形;(e )A 相电压波形;(f )定子三相电压波形4　结论在Si m u link 中应用S 函数进行电力拖动控制系统的仿真,可充分发挥M A TLAB 编程效率高、可靠性好、实时性强等优点1仿真结果表明:(1)在凸极自控式同步电动机转子磁链定向控制中,由于d 轴定子电流分量为零,d 轴阻尼绕组与励磁绕组是一对简单耦合的线圈,与定子电流无相互作用,实现了定子绕组与d 轴的完全解耦1(2)转矩方程中磁链7e 与电流i s q 解耦,7e 只由i e 产生1在电机运行的整个过程中,保证励磁电流i e =常数,那么电磁转矩将只与定子电流的幅值i sq成正比1(3)M A TLAB (Si m u link )可成功地应用于电力拖动控制系统,从而为电气传动系统提供了一种简便、直观、有效的仿真研究方法1参考文献1　魏克新1M A TLAB 语言与自动控制系统1北京:机械工业出版社,199712　李志民,张遇杰1同步电动机调速系统1北京:机械工业出版社,199613　曹立宇,李发海1自控式同步电动机的数学模型及稳态运行的分析1电工技术学报,1991,(8):1～5382华风雷等:基于M A TLAB (Si m ulink )语言的交流调速系统仿真。

第13卷第3期湖　北　工　学　院　学　报1998年9月Vo l.13No.3　Journal of H ube i Polytechn ic U n i versity Sep.1998用MATLAB/SI MUL I NK进行交流调速系统的仿真*周荣政(华中理工大学汉口分校)摘　要　给出了在M A T LA B语言的动动态仿真集成环境S I M U L I N K下进行交流调速系统仿真的方法,并以SPW M变频调速为例,介绍了S I M U L I N K仿真结构图和电机的S函数仿真模型,给出了仿真结果.关键词　M A T LA B/S I M U L I N K,交流电机,调速,仿真中图法分类号　T M921.2　T P391.9M AT LA B是一种科学计算软件,主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷、运算效率高,尤其M A T LA B的开放性,是最重要、最受人们欢迎的.除内部函数外,所有M A T LA B主包文件和各工具包文件都可读可改,用户可通过对源文件的修改或加入自己的程序文件去构成新的工具包.近年来M A T LAB已成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具.M AT LA B有许多工具箱(T oo l b ox),这些工具箱大致可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.前者主要用来扩充M A T LAB的符号计算功能、图视建模功能和文字处理功能以及与硬件实时交互功能;后者是专业性较强的,如控制工具箱(Co ntro l T oo lbox)、神经网络工具箱(N eu ra lN etw o rk T oo l b o x)、信号处理工具箱(S igna l P ro cessing T o o lbox)等.在M AT-LA B中,S I M U L I N K是一个比较特别的工具箱,它是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它进一步扩展了M A T LA B的功能,并可实现多工作环境间文件互用和数据交换,如与C、FO RT RAN等[1].S I M U L I NK运作的核心是S函数,当建立一个S I M U L I NK模型后,在M AT LA B中也同时建立了一个函数,这个函数定义了系统的动力学特征,格式如下SYS=M odel(t,x,u,flag)其中M ode l是模型名称,而flag用来控制函数返回的变量SYS的信息.例如flag=1,将返回系统在t时刻及给定的x,u下全部状态变量的导数.S函数可以是M A T LA B语言编写成的M文件,也可以是用C或FO RT RAN子程序经编译形成的M EX文件.1　异步电动机的数学模型异步电动机在d-q坐标系下的电压、磁链方程为:收稿日期　1998-05-22周荣政　男　1965年生　硕士　武汉　华中理工大学汉口分校自动控制工程系　430012　*晨光计划资助课题(9501048-10)u d s=P J d s-k1J qs+r s i ds,(1)u qs=k1J d s+P J qs+r s i q s,(2)u d r=P J d r-k s J qr+r r i d r,(3)u qr=k s J dr+P J qr+r r i qr,(4)J d s=L s i d s+L m i d r,(5)J qs=L s i qs+L m i qr,(6)J d r=L m i d s+L r i d r,(7)J qr=L m i qs+L r i qr,(8)其中:u d s、u qs、u d r、u qr分别为定子d-q电压和转子d-q电压;J d s、J qs、J dr、J qr分别为定子d-q磁链和转子d-q磁链;i ds、i qs、i dr、i qr分别为定子d-q电流和转子d-q电流;k1、k s分别为同步角速度和转差角速度;L s,L r,L m分别为定子、转子的自感和它们之间的互感.电动机的电磁转矩T e=(3/4)P L'm(i qs i d r-i qr i d s),(9)式中P为电动机极数.电机转矩平衡方程式为d k r d t =(T e-D k r-T L)J,(10)其中:k r为转子角速度;J为电机的转动惯量;D为与转速成正比的摩擦及风阻阻力矩系数;T L 为负载阻力矩.对于笼型交流异步电动机u d r=0,u qr=0.选取定子d-q电流、转子d-q电流和转子角速度为状态变量x=[i d s　i qs　i d r　i qr　k r]T,以电机d-q电压作输入,u=[u ds　u q s]T,由方程(1)～(10)可以列出电机的状态方程d xd t=f(x)+g(x)u.(11)其中:f(x)=-L r r sK Li d s+(k1L r L s-k s L2m)i qs+L m r rK Li dr+k r L r L mK Li q r-(k1L r L s-k s L2m)i ds-L r r sK Li qs-k r L r LmK Li d r+L m r rK Li q rL m r sK Li d s-k r L s L mK Li qs-L s r rK Li d r-(k1L2m-k s L s L r)i q rk r L s L mK Li d s+L m r sK Li qs+(k1L2m-k s L s L r)i dr-L s r rK Li q r1J(34P L m(i qs i d r-i qr i d s)-D k r-T L);(12)g(x)=L r/K L0-L m/K L000L r/K L0-L m/K L0T.(13)三相A、B、C到二相d-q坐标系的变换为C3/2=23co sθcos(θ-120°)co s(θ+120°)-si nθ-sin(θ-120°)-sin(θ+120°);(14)二相d-q坐标系到三相A、B、C的变换为74湖　北　工　学　院　学　报1998年第3期　C 2/3=23co s θco s(θ-120°)co s(θ+120°)-sin θ-si n (θ-120°)-sin(θ+120°)T.(15)2　交流电机的S I M U L I N K 仿真结构图和S 函数以SPWM 变频调速为例[2],用S I M U L I NK 进行仿真时,其结构图如图1所示.图中电机模型是根据式(12)～(15)用M A T LA B 编写的S 函数.电机的动态电流i a s 、i b s 、i cs 的转速W r 、转矩T e 可由示波器窗口动态观察,也可存储在工作区内,仿真完毕在M A T LAB 命令窗用绘图命令得到更满意的图形;W AV ES 模块产生的频率可调的三相正弦波(基波)和三角波(载波);P W M 模块模拟逆变器将正弦波与三角波比较产生SPWM 信号驱动大功率开关器件,从而得到电机三个相电压,其结构图如图2所示,V bus 是逆变器直流回路的BU S 电压.值得一提的是S I M V L I NK 仿真结构图(图1)中任一点信号都能接上动态示波器进行观察.tr i -e 电机换型eeW W bs bscscsi i i i i asasi e T e T T -L8eW2pi e f 50eW re mf (u )f 50000GN D P WM w av es m ag1t200busV C l ock图1SPWM 变频调速S I M UL I NK 仿真结构图异步电机的S 函数模型(M 文件)为:function [sy s ,x 0]=i m -sfun(t ,x ,u ,flag )%感应电机模型(S 函数)%输入——电压V a ,V b,V c %输出——电流、速度、转矩%状态——dq 电流、速度%模型输入定义:%u (1)=V a ,u (2)=V b,u(3)=V c ,u (4)=the ta1%u (5)=W 1,u (6)=T -L i m -da t1;if flag ==0sy s =[505600];%连续状态数5,离散状态数0,输出数5%输入数6x 0=[2.0712　7.1935　-2.0835　-1.1962　300]';%初始状态e lseif flag ==1W e =u (5);W r =x (5);the ta =u (4);i m -m a t 1;T e =0.75*po le *Lm*(x (2)*x (3)-x (1)*x (4));sy s (5)=(T e -u (6)-x (5)*d f )/J ;U dq =C 3-2*u(1:3);sy s (1:4)=A *x (1:4)+B *U dq ;e lse if flag==3W e =u(5);W r=x (5);theta =u (4);i m -m a t1;sy s (1:3)=C 2-3*x (1:2);sy s(4)=x (5);sy s(5)=0.75*po le *Lm*(x (2)*75　第13卷第3期 周荣政等　用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真x (3)-x (1)*x (4));e lsesy s =[];end16图2PWM 模型S I M U LINK 仿真结构图123out-3out-2funout-1fun1fun2M axM axs w itchs w itch1s w itch2i n-5i n-4i n-3i n-2in-1i n-6Re l ay2Re l ay1s umRe l ays u m 1s u m 2-++--+5432f (u )f (u )f (u )3　电机参数和变换矩阵3.1　参数M 文件(i m -da t 1.m )%异步电机参数d f =0.001;%阻尼因子J=0.089;%转动惯量(K g .m ^2)po le =4;%定子极数N 1=1800;%速度(rpm )f1=N 1/60*po le /2;%频率W 1=2*pi *f 1;%角速度Rs =0.435;%定子电阻R r =0.816;%转子电阻X ls =0.754;%定子漏抗X lr=0.754;%转子漏抗Xm=26.13;%励磁电抗L ls =X ls /W 1;%定子漏感L lr =X lr /W 1;%转子漏感Lm=Xm /W 1;%励磁电感L s =L ls +Lm;%定子电感L r =L lr +Lm;%转子电感X s =L s *W 1;%定子电抗X r =L r *W 1;%转子电抗X lsr =W 1*(L ls +L lr);%Lm m=Lm*Lm;%K l =(Ls *L r -Lm m );%%end 3.2　矩阵M 文件(i m -m at1.m )%电机状态方程A,B ,C ,D 矩阵%A 矩阵A (1,1)=-L r *R s /K l ;A (1,2)=W e +W r *Lmm /K l;A (1,3)=Lm *R r /K l ;A (1,4)=W r *L r *Lm /K l ;A (2,1)=-(W e +W r *Lmm /K l);A (2,2)=-L r *R s /K l ;A (2,3)=-W r *L r *Lm /K l ;A (2,4)=Lm*R r /K l ;A (3,1)=Lm*R s /K l;A (3,2)=-W r *Ls *Lm /K l ;A (3,3)=-L s *R r /K l ;A (3,4)=W e-W r *L s *L r /K l ;76湖　北　工　学　院　学　报1998年第3期　A (4,1)=W r *L s *Lm /K l ;A (4,2)=Lm *R s /K l ;A (4,3)=-(W e-W r *L s *L r /K l);A (4,4)=-L s *R r /K l ;%B 矩阵B (1,1)=L r /K l ;B(1,2)=0;B(2,1)=0;B (2,2)=L r /K l ;B(3,1)=-Lm /K l ;B(3,2)=0;B (4,1)=0;B (4,2)=-Lm /K l ;%C 矩阵C=eye(4);%D 矩阵D=ze ro s(4,2);%3/2变换阵C 3-2(1,1)=co s (the ta );C 3-2(1,2)=co s(the ta-2*pi/3);C 3-2(1,3)=co s(the ta +2*pi/3);C 3-2(2,1)=-sin(theta);C 3-2(2,2)=-sin (theta -2*p i /3);C 3-2(2,3)=-sin (theta +2*p i /3);C 3-2=0.81649658092773*C 3-2;%2/3变换阵C 2-3=C 3-2';%end4　电流和转矩波形电机的电流、转矩、转速以及SPWM 逆变器的开关信号等波形都可通过动态示波器进行连续观察,图3为动态示波器显示的电流、转矩进入稳态时的波形.图3　动态示波器观察的电机电流、转矩波形5　结束语用S I M U L I N K 进行交流调速系统的仿真关键是建立电机模型,由于电机的状态方程含有非线性,不能套用S I M U L I N K 的线性状态方程模型,故用S 函数来构造成为必然.实验证明,用S I M U L I N K 进行交流调速系统的动态仿真,具有方便、直观、灵活、精确的优点,是比较理想的仿真方法.77　第13卷第3期 周荣政等　用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真78湖　北　工　学　院　学　报1998年第3期　参　考　文　献1　张志涌,刘瑞,杨祖樱.掌握和精通M A T LA B.北京:北京航空航天大学出版社,19972　冯垛生,曾岳南.无速度传感器矢量控制原理与实践.北京:机械工业出版社,1997ACM otor Speed Variab le Con trol Syste mSi m ulation U singM ATLAB/SI MUL I NKZhou Rong zhe ngAbstract　A si m u lation m e tho d u sing M A TLA B/S I M U L I N K is pro v ided to dea l w ith A C m o to r speed va riab le con tro l sy ste m.A n ex a m p le o f sinuso idal PWM inver ter is p resented to describe m ode ling and si m u la tion fo r A C m o to r as w e ll as S I M U L I NK si m u lation d ia-g ra m s.T he re su lts show s tha tA C m o to r sy ste m si m u lation using S I M U L I N K is si m p le,d i-rect and conv en ien t.K eywor ds　M A T LA B/S I M U L I NK,A C m o to r,speed va riab le,si m u lation(责任编辑　张培练) (上接第67页)U s i ng Cen tre of Speed to Get the Angle Acce lerationof S m ooth PoleYang Wend iAbstract　A ne w w ay to ge t the ang le acce le ra tion o f the s m oo th po le is p resented.T h is ne w w ay is m o re d irect,si m p ler,m o re co ven ient,qu icker and w ith h i g her deg ree o f prec ision co m pa red w ith the conv en tiona lw ay s.K eywor ds　M ec h an ism o f s m oo th po le,the cen tre o f speed,ang le acce lera tion(责任编辑　张岩芳) 。

第21卷 第3期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2002年 6月 Vol.21, No.3 Journal of Liaoning Technical University (Natural Science) Jun., 2002收稿日期：2001-06-03　作者简介：张庆新(1970-)，男，河北省保定人，讲师，博士生。

本文编辑：杨瑞华文章编号：1008-0562(2002)03-0323-03基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ交流电机调速系统的建模与仿真　张庆新１　，　刘光德２　，　王 颖１　（1 沈阳航空工业学院, 辽宁 沈阳 110034; 2 沈阳工业大学, 辽宁 沈阳 110023）摘 要：利用MATLAB/SIMULINK 构造交流电机调速系统仿真模型，仿真系统采用易扩展的模块化设计，并增设观察器、观察参数变化对系统的影响，该方法模型简单，可在线改变所有参数，并能方便地验证各种调速方案，据此选出高效的高速设计方案。

关键词：交流电机；调速系统；仿真 中图号：TM 32 文献标识码：A０ 引 言　计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段，特别是在采用电力半导体器件对电机进行分析研究中，计算机仿真技术显示出它的巨大优越性，MATLAB/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和CAD的效率和可靠性，本文利用MATLAB/SIMULINK 构造了一个交流电机调速系统，并给出了仿真结果。

１ 交流调速系统仿真模型　对如图1所示的交流调速系统，由于有大电容滤波，整流侧一般认为输出理想的直流电压，即在建立数学模型时，可以将图1所示的结构图等效为图2所示的结构形式，如果再对大功率开关器件(如IGBT)进行抽象，把上下两个桥臂的开关器件等效为如图3所示的电路图，即当 G ≤０时Ｃ＝Ｅ２； 当Ｇ＞０时Ｃ＝Ｅ１。

这样，对整个系统进行数学建模时只需考虑异步电机模型及ＰＷＭ控制技术在MATLAB/SIMULINK 中的实现即可。

毕业设计题目名称基于MATLAB/SIMULINK永磁同步电动机调速系统的建模与仿真系别电气信息工程系专业/班级电气工程及其自动化07102班学生学号指导教师（职称）摘要在现代交流伺服系统中，矢量控制原理以及空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）技术使得交流电机能够获得和直流电机相媲美的性能。

永磁同步电机（PMSM）是一个复杂耦合的非线性系统。

本文在Matlab/Simulink环境下，通过对PMSM本体、d/q坐标系向a/b/c坐标系转换等模块的建立与组合，构建了永磁同步电机控制系统仿真模型。

仿真结果证明了该系统模型的有效性。

关键词：Matlab/Simulink;永磁同步电机;电压空间矢量脉宽调制;仿真AbstractIn today’s AC s ervo system, the vector control theory and SVPWM technique make the AC motor can achieve the performance as good as DC motor when designing the AC servo system. PMSM is a nonlinear system with significant coupling. This novel method for modeling and simulink of PMSM system in Matlab is proposed. In Matlab /Simulink, the isolated blocks, such as PMSM block, coordinate transformation from d/q to a/b/c block, etc, have been modeled. The reasonability and validity have been testified by the simulate result.Key words:Matlab/Simulink; PMSM; SVPWM; simulation目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)第1章绪论............................................................. - 1 - 1.1选题背景及意义...................................................... - 1 - 1.2本课题的研究现状及前景.............................................. - 1 -1.2.1相关发展....................................................... - 2 -1.2.2永磁同步电动机的运行控制方法................................... - 3 -1.2.3永磁同步电动机在现代工业中的应用............................... - 4 -1.2.4 永磁同步电动机的应用前景..................................... - 6 - 第2章永磁同步电动机系统原理.......................................... - 8 - 2.1 永磁同步电动机的基本组成............................................ - 8 -2.1.1 电动机........................................................ - 8 -2.1.2 转子位置传感器................................................ - 9 -2.1.3 逆变器........................................................ - 9 - 2.2永磁同步电动机的工作原理........................................... - 10 -2.2.1电枢反应...................................................... - 11 - 2.3 永磁同步电动机的数学模型........................................... - 14 - 第3章正弦波永磁同步电动机的调速系统.................................. - 18 -3.1正弦波永磁同步电动机的调速原理..................................... - 18 - 3.2正弦波永磁同步电动机调速系统....................................... - 20 -3.2.1主回路的组成和控制............................................ - 20 -3.2.2控制回路及系统工作原理........................................ - 23 - 第4章正弦波永磁同步电动机调速系统的建模与仿真........................ - 24 - 参考文献............................................................... - 30 - 结束语................................................................. - 31 - 致谢................................................................. - 32 -第1章绪论1.1选题背景及意义众所周知，直流电动机有优良的控制性能，其机械特性和调速特性均为平行的直线，这是各类交流电动机所没有的特性。

1绪论1.1课题研究背景及目标1.1.1研究背景直流调速系统关键优点在于调速范用广、静差率小、稳定性好和含有良好动态性能。

在相当长时期内，高性能调速系统儿乎全部是直流调速系统。

尽管如此，直流调速系统却处理不了直流电动机本身换向和在恶劣环境下不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统深入发展。

交流电动机自1985年出现后，因为没有理想调速方案，所以长久用于恒速拖动领域。

20世纪70年代后，国际上处理了交流电动机调速方案中关键问题，使得交流调速系统得到了快速发展，现在交流调速系统已逐步替换大部分直流调速系统。

现在，交流调速已含有了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率和能够四象限运行等优异特征，其稳、动态特征均能够和直流调速系统相媲美。

和直流调速系统相比，交流调速系统含有以下特点：（1）容量大；（2）转速高且耐高压；（3）交流电动机体积、重量、价格比相同容量直流电动机小，且结构简单、经济可靠、惯性小；（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，能够在十分恶劣环境下使用；（5）高性能、高精度新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样性能指标；（6）交流调速系统能显著节能；从各方面看，交流调速系统最终将替换直流调速系统。

1.1.1研究目标本课题关键利用MATLAB-SIMULINK软件中交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，山仿真结果图直接认识交流系统机械特征。

本文关键对三相交流调圧调速系统进行仿真研究，认识PID调整器参数改变对系统性能影响，认识该系统动态及静态性能优劣及适用环境。

1.2文件综述在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能关键设备，一是要含有较高机电能量转换效率；二是应能依据生产机械工艺要求控制和调整电动机旋转速度。

电动机调速性能怎样对提升产品质量、提升劳动生产率和节省电能有着直接决定性影响。

所以，调速技术一直是研究热点M2】。

而交流调速系统凭着其绝正确优势，最终必将替换直流调速系统⑶。

………………………. …………. …………………山东农业大学 毕 业 论 文 基于Matlab/Simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二0**年六月一日装订线……………….……. …………. …………. ………目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.1.1 研究目的 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 研究的背景 (1)1.3 国内外研究现状 (1)1.4 研究方法 (2)2 异步电动机的调速系统 (2)2.1 异步电动机调速系统的分类 (2)2.2 异步电机调速原理简介 (3)2.2.1 变极电动机 (3)2.2.2 变频调速 (3)2.2.3 转子串电阻调速 (3)2.2.4 调压调速 (3)2.3 各种异步电机调速的特点 (3)2.3.1 变极调速方法 (3)2.3.2 变频调速方法 (3)2.3.3 转子串电阻调速方法 (4)2.3.4 调压调速的方法 (4)3 异步电机调压调速模型设计 (4)3.1 异步电机调压调速的原理 (4)3.2 速度负反馈的交流调压调速系统 (5)3.3 调压调速系统的组成部分 (6)3.3.1 三相交流调压器 (6)3.3.2 同步脉冲触发器 (7)3.3.3 反馈环节 (7)4 三相交流调压调速系统的matlab仿真 (9)4.1 matlab简介 (9)4.2 Simulink库介绍 (9)4.3系统建模与仿真 (11)4.3.1 三相电源的建模及参数设置 (11)4.3.2 同步流脉冲触发器的建模与参数的设置 (12)4.3.3 三相交流调压电路的建模与参数设置及仿真 (13)4.3.4 电机模块的建模与参数设置 (14)4.3.5 转速反馈环节及给定环节的建模及参数设置 (15)4.4 带转速负反馈的三相交流调压调速系统的连接图 (15)4.5 仿真结果与分析 (15)5 结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)附录 (23)ContentsAbstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。