异步电动机转差频率矢量控制方案研究

转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的matlab仿真一、概要:1。

矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。

交流电动机是个多变量、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，使交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。

目前对调速性能要求较高的生产工艺已较多地采用了矢量控制型的变频调速装置。

实践证明,采用矢量控制的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。

现代交流调速系统由交流电动机、电力电子功率变换器、控制器和检测器四大部分组成。

根据被控对象——交流电动机的种类不同，现代交流调速系统可分为异步电机调速系统和同步电动机调速系统，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的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。

2.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。

矢量变换控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础。

一般将含有矢量变换的交流电动机控制称之为矢量控制。

交流电动机是个多变量、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,使交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速取代直流调速成为可能。

太原理工大学毕业设计（论文）任务书异步电动机转差频率间接矢量控制matlab仿真摘要本文基于MATLAB 对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。

首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方法、基本组成与工作原理。

之后对异步电机的动态模型做了分析，进一步介绍了异步电机的坐标变换，对异步电机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述，通过仿真工作，证明了其可行性。

最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：单纯的转差频率控制带载能力差，应用转差频率矢量控制可增强电机对转矩的调节能力且无需电压补偿。

关键词：转差频率，矢量控制，异步电动机Induction Motor Slip Frequency Indirect Vector ControlMatlab SimulationAbstractThis paper focuses on the matlab simulation of the asynchronous motor speed regulation system.Firstly , this paper analyzes the main control method , basic composition and working principle of the induction motor slip frequency control technology.Secondly , this paper analysis the dynamic model of asynchronous motor and further introduces the coordinate transfer and the basic principle of motor slip frequency vector control system. At the same time , the simulation work to prove its feasibility.Finally , according to analysis of the simulation results , the conclusions are as follows simply slip frequency control is always with poor load capacity , on the contrary the vector control applications can enhance the ability to regulate the motor of the torque and without voltage compensation.Key words : slip frequency , vector control , induction motor目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1现代交流调速技术的发展 (1)1.1.1异步电动机交流调速系统的类型 (2)1.1.2交流调速系统的发展趋势和动向 (2)1.2本文主要研究内容 (2)1.2.1转差频率控制的基本概念 (2)1.2.2基于异步电动机稳态模型控制的转差频率控制规律 (4)1.2.3基于异步电动机动态态模型控制的转差频率矢量控制规律 (5)2异步电动机转差频率间接矢量控制交流调速系统 (7)2.1异步电机的特点 (7)2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (7)2.2.1电压方程 (8)2.2.2磁链方程 (9)2.2.3转矩方程 (11)2.2.4电力拖动系统运动方程 (11)2.3矢量控制技术思想 (12)2.3.1坐标变换 (13)1．坐标变换的基本思想和原则 (13)2．三相-两相变换（3s/2s变换） (15)2.3.2交流异步电机在两相任意旋转坐标系上的数学模型 (18)2.3.3异步电机在两相静止坐标系（ 坐标系）上的数学模型 (20)2.3.4异步电机在两相同步旋转系上的数学模型 (21)2.3.5三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 (21)2.4基于转差频率矢量控制调速系统的组成 (22)2.4.1基于转差频率间接矢量控制调速系统的工作原理 (22)2.4.2异步电动机转差频率间接矢量控制公式推导 (24)3主电路与控制电路 (25)3.1 SPWM逆变电路 (25)3.2控制电路的设计 (26)3.2.1转速PI调节器的设计 (26)3.2.2函数运算模块的设计 (28)4转差频率间接矢量控制的matlab仿真 (30)4.1仿真模型的搭建及参数设置 (30)4.1.1主电路模型 (30)4.1.2控制电路的模型搭建 (31)4.2仿真结果与分析 (33)4.2.1仿真波形图 (33)4.2.2仿真结果分析 (35)4.3本章总结 (35)参考文献 (36)致谢 (37)1绪论1.1现代交流调速技术的发展在工业化的进程中 ,电动机作为将电能转换为机械能的主要设备。

异步电机矢量控制方法浅析随着科技革命中三极管和可控硅的产生和发展，使得用电子来控制电力成为了事实，在新的电力控制时代，直流电与交流电之间的传动也成为了现实。

直流电与交流电各有优缺点，而能将两者融合的电机无疑将会受到社会使用者的追捧。

异步电机的控制就是通过矢量控制原理，将直流电与交流电的有点合二为一，是自身具有了较强的竞争优势。

本文通过阐述矢量控制的原理，继而对异步电机矢量控制的方式方法进行分析。

标签：异步电机；矢量控制；方法分析引言在当前的电机市场，具有矢量控制系统的电机性能较为先进，而异步电机，相对于永磁同步电机来说，更具有成本较低，起动更快的优点。

两种电机的共同点是都是使用矢量控制系统，而异步电机与永磁同步电机的矢量变换控制原理略有不同。

接下来，本文将先阐述矢量控制的基本原理，再以此为基础分析异步电机矢量控制的方式方法。

一、矢量控制基本原理矢量变换控制的方法时1971年德国学者提出的，也叫做磁场定向控制。

在此之前，电机控制方式是按照交流电机的稳态数学模型对电机进行控制，因此其动态性能不够理想，使得转矩受到响应而延缓了。

在这样的情况下，各国学者从电机的动态数学模型出发，探求出交流电机控制的规律。

直流传动因其控制精度高，控制精确而获得巨大发展，而交流电机则是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统。

但随着人们对交流电机的深入了解，逐渐发现了直流电机与交流电机各有优缺点：直流电机性能良好，但是结构复杂且难以维护，而交流电机则结构简单，维护方便，效率高。

由此可见，两种电机的融合关键之处在与调速，这也是转矩控制的关键问题。

矢量控制的理论依据就是根据电机统一理论，用坐标变换原则将机电能量进行转换。

而异步电机矢量控制的基本原理则是通过测量和控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理对异步电机定子电流的励磁电流分量和转矩电流分量分别进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

矢量变换控制的基础是坐标变换，有三条原则必须遵循：（1）不同坐标下产生的磁动势相同；（2）变幻前后功率不变；（3）电流变换矩阵与电压变换矩阵统一。

哈尔滨理工大学学士学位论文异步电机矢量控制系统研究摘要矢量控制理论于1971年由德国首先提出，此后产生了矢量控制技术，矢量控制技术可以将三相异步电机等效为直流电机，这样控制三相异步电机就等笑成了控制直流电机，从而交流调速就可以获得与直流调速系统同样的静、动态性能，开创了交流调速和直流调速相媲美的时代。

交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。

矢量控制方法的提出，使交流传动系统在动态特性方面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成为可能。

矢量变换控制的异步电机变频调速系统是一种高性能的调速系统，已经在许多需要高精度，高性能的场合中得到应用。

根据交流三相异步电动机的模型性质，构建矢量控制的整体框图，同时得出三相异步电动机在A、B、C静止坐标系统和二相同步旋转MT坐标系下数学模型，运用MATLAB下的SIMULINK搭建系统的仿真框图进行仿真。

关键词异步电机；矢量控制；SIMULINK仿真- I -哈尔滨理工大学学士学位论文Researching on asynchronous motor vector controlsystemAbstractThe vector control theory first proposed was in 1971 by Germany,after that, vector control technology was been created.The vector control technology, which can control the three-phase asynchronous motor as the DC motor,thus three-phase asynchronous motor obtained the same performance as DC converter system,and founded the time which the AC velocity modulation system compared with the DC velocity modulation system.With proposed of vector control method, the dynamic characteristic of the AC transmission system to have the remarkable improvement and the enhancement,thus caused the AC velocity modulation finally to replace to DC velocity modulation to become possibly.vector control system of asynchronous motor is a high performance speed-control system and has been used in a lot of situations of high precision and high performance.This thesis firstly describes the characteristics of the three phase asynchronous motor's mathematical model,and modeling methods modeling Process .And describes the mathematical model for an AC motor at A-B-C three phase reference frame and M-T two phase rotary reference frame at the same time.Keywords asynchronous motor；vector control system；Simulink- II -哈尔滨理工大学学士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电力电子技术是现代交流调速的物质基础 (1)1.3 交流调速系统控制技术的发展 (2)1.4 脉宽调制技术 (2)1.5 本章小结 (2)第2章三相异步电机数学模型 (3)2.1 三相异步电机的工作原理 (3)2.2 三相异步电机物理模型 (3)2.3 坐标变换 (5)2.3.1 三相/两相变换（3/2变换） (6)2.3.2 两相/两相旋转变换(2s/2r)变换 (7)2.3.3 直角坐标/极坐标变换 (7)2.4 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型 (8)2.5 本章小结 (8)第3章异步电机矢量控制研究 (9)3.1 按转子磁场定向矢量控制的基本原理 (9)3.2 PWM变频原理 (10)3.3 矢量控制系统 (13)3.4 矢量控制系统在转子坐标系中的实现方案 (14)3.5 本章小结 (16)第4章系统仿真研究 (17)4.1 仿真工具语言MATLAB简介 (17)4.2 异步电机矢量控制系统仿真 (18)4.3 本章小结 (25)结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)附录 (30)- III -哈尔滨理工大学学士学位论文第1章绪论1.1课题背景直流电气传动和交流电气传动在19世纪中先后诞生，交流调速和直流调速方案之争，长期以来一直存在。

基于Matlab转差频率控制的矢量控制系统的仿真概述：常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。

它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。

其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U ／f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。

采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。

Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。

在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。

矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量交换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上，并按转子磁场准确定向地控制，电动机才能获得最优的动态性能。

转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具有良好的控制性能、因此，早起的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。

基于此，本文在Mtalab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。

1转差频率矢量控制系统由于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。

转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁通检测和繁琐的坐标变换，只要在保证转子磁链大小不变的前提下，通过检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两相同步旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型运算就可以实现间接的磁场定向控制。

三相异步电机vf矢量控制
三相异步电机的VF（Voltage-Frequency，电压-频率）控制是一种基本的交流调速技术，它通过改变电源的电压和频率来调节电机的速度。

这种控制方式在恒转矩负载下可以保持电机输出转矩与频率成正比变化，以实现电机速度的平滑调节。

然而，VF控制存在一些局限性，如低频时由于电压降低导致的转矩不足、动态响应较慢以及无法精确控制电机磁通等。

而矢量控制（Vector Control），也称为磁场定向控制（Field Oriented Control, FOC），则是一种更为先进的交流电动机控制方法，尤其是对三相异步电机而言。

矢量控制通过对定子电流进行解耦处理，分别控制励磁电流分量（产生磁场）和转矩电流分量（产生转矩），使得电机能够在宽广的速度范围内获得接近直流电机的性能表现。

在矢量控制中，控制器根据电机模型实时计算出应该施加到电机上的最佳电压矢量，从而精准地控制电机的磁场强度和转矩输出，达到高精度的速度控制和快速的动态响应效果。

相比于VF控制，矢量控制能够有效提高系统的稳定性和动态性能，并能在低频运行时保持较高的输出转矩，适用于对速度控制要求较高的场合。