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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。
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。
随着电力电第一章引言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。
在相当长时期内展。
交流电动机自1985年出现后领域。
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1容量大2转速高且耐高压3交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小且简单、经济可靠、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。
1.2MATLAB/SIMULINK软件的优势：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。
对交流异步电动机而言n=60f（1-s）/p (r/min) 2-1从转速公式可知改变电动机的极对数p f以及改变转率s都可达到调速的目的。
对同步电动机而言,同步电动机转速为: n=60f/p (r/min) 2-2由于实际使用中同步电动机的极对数p是固定的,VVVF (即通常说的变频调速)。
运用到实际中的交流调速系统主要有变级调速系统、串级调速系统、调压调速系统、变频调速系统[4]。
(1)变极调速系统调旋转磁场同步速度的最简单办法是变极调速。
通过电动机绕组的改接使电机从一种极数变到另一种极数从而实现异步电动机的有级调速。
变极调速系统所需设备简单价格低廉工作也比较可靠但它是有级调速一般为两种速度,三速以上的变极电机绕组结构复杂应用较少。
基于MATLAB SIMULINK的交流电动机调速系统仿真毕业设计基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真毕业设计毕业论文（设计）诚信声明本人声明：所提交的毕业论文（设计）就是在导师指导下展开的研究工作及获得的研究成果，论文中提及他人的文献、数据、图表、资料均已并作明晰标示，论文中的结论和成果为本人单一制顺利完成，真实可信，不涵盖他人成果及已赢得或其他教育机构的学位或证书采用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所搞的任何贡献均已在论文中并作了明晰的表明并则表示了敬意。
论文（设计）作者签名：日期：年月日毕业论文（设计）版权采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。
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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）作者亲笔签名：日期：年月日指导教师亲笔签名：日期：年月日第1页1绪论1.1课题研究背景及目的1.1.1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，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。
尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向和在恶劣环境下的不适应问题，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的进一步发展。
交流电动机自1985年发生后，由于没理想的变频方案，因而长期用作恒速拖曳领域。
20世纪70年代后，国际上化解了交流电动机变频方案中的关键问题，使交流变频系统获得了快速的发展，现在交流变频系统已逐步替代大部分直流变频系统。
目前，交流变频已具有了阔变频范围、低稳态精度、慢动态积极响应、低工作效率以及可以四象限运转等出色特性，其稳中求进、动态特性均可以与直流变频系统相媲美。
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。
收稿日期:2002-02-21图2 直流电机模糊控制动态结构图基于M AT LAB SI M UL INK 直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真M AT LAB SI M UL INK -Based M odeli n g and Si m ulation for Fuzzy Con trol Systemof D c M otor张 晶 曾宪云Zhang J ing Zeng X ianyun(广东工业大学自动化学院 广州 510090)(Faculty of A utom ati on ,Guangdong U niversity of Techno l ogy ,Guangzhou ,510090)摘 要 论述了一种基于M A TLAB 语言的直流电机模糊控制仿真系统,通过M A TLAB 语言中S I M UL I N K 模块和模糊控制工具箱实现模糊控制仿真。
关键词 S I M UL I N K 电机 模糊控制1 引 言计算机仿真技术是应用电子计算机对研究对象的数学模型进行计算和分析的方法。
对于从事控制系统研究与设计的技术人员而言,M A TLAB 是目前控制系统计算机辅助设计实用且有效的工具。
这不仅是因为它能解决控制论中大量存在的矩阵运算问题,更因为它提供了强有力的工具箱支持。
与控制系统直接相关的工具箱有控制系统、系统辨识、信息处理、优化等。
还有一些先进和流行的控制策略工具箱,如鲁棒控制、u -分析与综合、神经网络、模糊预测控制、非线性控制设计、模糊逻辑等。
可以说目前理论界和工业界广泛应用和研究的控制算法,几乎都可以在M A TLAB 中找到相应的工具箱。
同时,M A TLAB 软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具S I M U L I N K ,它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点,成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。
它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型,然后利用S I M U LI N K 提供的功能来对系统进行仿真或分析,从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。
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。
基于Simulink的直流调速系统仿真及参数优化直流调速系统是一种经典的电机控制系统，其常见应用于电机的调速、转矩控制和位置控制等领域。
Simulink是一种广泛使用的仿真软件，可用于设计、分析和优化各种电控系统。
本文将介绍基于Simulink的直流调速系统仿真及参数优化。
步骤1：建立直流电机模型首先，在Simulink中建立直流电机模型，该模型将包含电机、电力电子模块、速度控制模块和反馈控制模块。
电机模型可以使用Simscape电气库或Simscape库中的电气模块进行建模，也可以手动建立电机模型。
在此，我们将采用Simscape电气库的电气模块进行建模。
步骤2：建立电力电子模块步骤3：建立速度控制模块速度控制模块用于实现电机的速度控制，可以采用基于PID控制器的反馈控制方法，也可以采用模型预测控制方法等高级控制方法。
在此，我们采用简单的PID控制器进行速度控制。
反馈控制模块用于将电机的实际转速与设定转速进行比较，并通过反馈电路对电机的控制信号进行调节。
在Simulink中，我们可以使用Simscape电气库中的传感器模块建立反馈控制模块。
步骤5：仿真分析在完成直流电机模型、电力电子模块、速度控制模块和反馈控制模块的建立后，我们可以进行仿真分析。
通过仿真，我们可以获得电机的转速、转矩、电流等参数，并进行分析和调试。
步骤6：参数优化在直流调速系统设计中，常常需要进行参数优化，以达到系统的最优性能。
首先，我们可以通过仿真分析的结果来确定系统的性能指标和优化目标；其次，我们可以采用优化算法，例如遗传算法、模拟退火算法、差分进化算法等，对系统的参数进行调节，以达到最优控制效果。
总结。
基于SIMULINK 泵控马达调速系统建模仿真摘要：依据泵控马达工作原理，建立了变量泵控马达数学模型，利用MATLAB/simulink 并对其进行仿真分析，分别考察系统有无PID 控制，负载的不同输入时刻，负载的输入大小对系统响应的影响，并且在MATLAB 命令窗口绘出了以上不同参数的对比图。
关键词：泵控马达; MATLAB/simulink; PID 控制;负载引 言泵控马达容积调速系统主要由电液比例变量泵和定量液压马达组成，其采用改变液压泵的排量来实现速度调节的，从原理上讲没有节流，溢流和压力损失，并且具有效率高、产生的热量少、调速范围大、输出转矩恒定的优点，因而被广泛应用到大功率或对发热有严格限制的液压系统中。
本文从建立泵控容积调速系统的数学模型出发，利用MATLAB/SIMULINK 对其进行仿真，来研究泵控马达的动态特性和影响因素，进而制定更好的控制策略，以达到较好控制液压马达输出转速的目的。
图1 变量泵定量马达原理图1 变量泵定量马达容积调速系统建模变量泵一定量马达液压容积调速系统的原理如图所示。
变量泵的输入转速pn 、马达的排量m D 一定的情况下，通过改变变量泵的排量pD ，达到调节马达输出转速m n 的目的。
为简化分析，参考文献等作如下假设：(1)泵和马达的泄漏为层流，忽略低压腔壳体的外泄漏，泵和马达的壳体回油压力为大气压； (2)泵和马达组成的两个腔室的总容积相等，每个腔室内油液的温度和体积弹性模量均为常数，且压力均匀相等；(3)液压泵和液压马达之间的连接管道很短，可以1忽略管道中的压力损失、流体质量效应和管道动态忽略不计；2(4)补油系统的压力、流量没有滞后，忽略负载瞬变的影响，认为补油压力为常数，为工作时低压油腔的压力，仅高压腔压力发生变化；(5)马达和负载之间的连接结构刚度很大，忽略结构柔度的影响；(6)输入信号较小，不发生压力饱和现象。
管道中不产生压力冲击，压力超过安全阀压力。
根据上述假设条件以及液压传动的基本理论可列出系统的三个动态方程：1.1变量泵与液压马达的流量连续方程11)(p C p p C D Q cp r tp p p p ---=ω （1）其中pQ 泵的输出流量（s m /3）,p D 泵的弧度排量(s m /3),tp C泵的内泄漏系数))/((5s N m ⋅， cp C 泵的外泄漏系数))/((5s N m ⋅，1p 高压侧压力(pa )，r p 低压侧压力（pa ）kp r k D p p ,=泵的排量梯度）（rad m /3，r 变量泵斜盘倾角。
将上式进行拉氏变换得：)()()(s p c s r k s Q p tp p q p -= （2）其中qk 为变量泵流量增益)rad /(3⋅s m ，tp c 为变量泵总泄漏系数))/((5s N m ⋅。
1.2高压腔流量连续性方程dt dp V dt d D p c p p c Q e m mcm r tm p 1011)(βθ+++-= （3）式中tm c 压马达内泄漏系数))/((5s N m ⋅， cm c 为液压马达外泄漏系数))/((5s N m ⋅，m D 液压马达排量（rad m /3），m θ液压马达轴转角)rad (，0V 泵和马达的工作腔以及连接管道的总容积（3m ）。
将此式进行拉氏变换得：)()()()(0s sp V s s D s p c s Q em m p tm p βθ++= （4）其中tm c 为液压马达总泄露系数))/((5s N m ⋅。
1.3马达和负载转矩平衡方程L m mmm t r m T G dt d B dt d J p p D +++=-θθθ221)( （5）t J 液压马达和负载的总惯量)(2s N m ⋅⋅， m B 液压马达和负载的总粘性阻尼系数)/(rad s N m ⋅⋅，G 负载刚度)/(rad m N ⋅，L T 作用在马达轴上的任意外负载转矩)(m N ⋅。
进行拉氏变换得：)()()()(2s T s G s B s J s p D L m m m p m +++=θ （6）由于本系统控制以角速度为输出，以惯性负载为主因此弹性负载可以忽略，并且G =0，m B 也可以忽略不计，同理有2m m t D B C <<，则根据以上三个方程的拉氏变换求的： )12()1()()(2202+++-=s s s T s C V Dm C r D K s r s hh L t e t mqωξωβθ （7）h ω为液压固有频率，ξ为阻尼比。
则以泵控液压马达系统的泵的摆角作为输入的传递函数为：)12()()(22++=∙s s s D K s r s hh mqωξωθ （8）以负载力矩为输入的传递函数为：)12()1()()(2202+++-=∙s s s s C V Dm C s T s hht e t L ωξωβθ （10）2 泵控液压马达系统的动态仿真2.1参数的选择为了计算系统的传递函数和反馈，特选定仿真参数如下表：变量泵和定量马达系统参数表参数名称符号大小 单位泵的弧度排量 pD0.055r m /3 泵的排量梯度 kp12.5e-5 23/rad m 变量泵斜盘倾角系数r10s rad /变量泵流量增益 qk2.53e-3rad /3⋅s m液压马达排量 m D6.37e-6 rad m /3 泵和马达工作总容积0V5.53e-43m 固有频率 h ω118.84 HZ系统总泄漏系数 tm c 6.5e-12 s N m ⋅/5马达和负载总惯量 t J 0.035 2m kg ⋅液压马达和负载的总粘性阻尼系数 m B 0.352rad s N m /⋅⋅马达轴上负载转矩 L T400 m N ⋅ 液压油弹性模量e β 699.9e6 pa阻尼比ξ0.6根据上面的选择参数和文献选择反馈增益，求得泵控马达调速回路的系统的传递函数为：)101.108.7(393)()(225++=--∙s e s e s s r s θ （11）依照上面建立的模型利用MATLAB 及其simulink 工具箱，对简化了的变量泵定量马达容积调速回路进行仿真，另外当外负载力矩TL ≠0 时，根据公式（10）得传递函数为：)101.108.7()1216.01(16.0)()(225+++-=--∙s e s e s s s T s L θ（12）2.2仿真结果建立simulink 仿真方框图如下:(利用传统的PID 控制器对其进行校正当)。
（1）控制参数的影响当负载力矩为零时，未加PID 校正时和加上PID 控制器校正后的系统单位阶跃响应图像如下：图 有无PID 控制器校正后的系统单位阶跃响应本文经过反复试凑得到的PID 控制参数是Tp 、Ti 、Td 分别为0.8、2、0.001从有无PID 控制的图上可以看出，没有采用PID 控制时系统的超调量比较大，系统稳定的响应时间大约为0.25s ，经过PID 控制器的设计校正，系统的超调量大大下降，响应速度加快，在0.15s 左右系统就达到了稳定的状态，这说明经过PID 控制器的调整，系统能更加适应变量泵定量马达的工作要求。
（2）加上负载后有无PID 控制的影响系统在0.3s 时加入负载。
从仿真图像上可以看出，没有采用 PID 控制时系统对负载的反应较为不敏感，系统稳定时间长，当存在PID 控制时候系统经过0.5s 左右的调整后，马达转速输出量趋于稳定。
（3）负载大小的影响系统保持输入不变采取PID 控制，将负载大小分别设置为原来的1、1.5、2倍，加入的时间还是0.3s 可得：从上图可以看出随着外来负载力矩的增大，系统响应的超调量不断增大，通过大约0.3~0.5s调整后，马达输出转速达到了稳定状态，只是负载干扰大些，调整的时间略长。
（4）负载持续时间影响控制负载为初始负载，持续时间由0、0.3、0.6s,可得仿真图像：从仿真图像可以看出来，同样大小的负载加入时间的不同不影响变量泵马达系统的固有性质和调整时间，其都是如未加负载时候，经历了短暂的调增就达到了稳定输出的要求。
3 结论利用MATLAB/simulink对泵控马达系统建立好的模型进行仿真快捷直观，系统加上PID控制后系统的超调量和调整时间均明显减小；另外在PID控制下，负载力矩不为零时，在同一时刻加上不同的负载大小，系统的响应的超调量和调整时间均随着负载的增加而增加；在不同时间加上同样的负载后，系统的超调量和调整时间没有明显变化，说明PID控制器具有消除系统响应的稳态误差的作用，使系统抗负载扰动的性能提高，根据上面公式负载的比例微分环节的系数和泵控马达的泄露系数、工作腔容积、液压油弹性模量、马达排量有关，因此在分析负载对系统的影响仿真中设计好这些参数尤其重要。
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