下载文档原格式
基于PLC与变频器的交流电机调速控制硬件系统设计与实现完成日期：指导教师签字：答辩小组成员签字：摘要可编程控制器（PLC）是一种数字运算与操作的控制装置。
PLC作为传统继电器的替代产品，广泛应用于工业控制的各个领域。
由于PLC可以用软件来改变控制过程，并有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，特别适用于恶劣环境下运行。
随着电力电子技术以及控制技术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；本文介绍了基于PLC的变频器调速系统。
将现在应用最广泛的PLC 和变频器综合起来主要功能实现了变频调速。
首先通过设置给定输入给PLC，再通过PLC控制变频器，再经由变频器来控制异步电机，控制运算主要由PLC和变频器来完成，执行元件为变频器和异步电机。
关键词：电力电子；变频器；变频调速；交流电机AbstractProgrammable logic controller (PLC) is a digital computing and control device operation. PLC as a the traditional relay replacement products, widely used in all areas of industrial control. PLC software can be used to change control process, and small size, flexible assembly and programming is simple, strong anti-jamming capability and high reliability, especially suitable for harsh environments.With the development of power electronics technology and control technology, the AC frequency control has been widely used in the field of industrial motor drag; programmable logic controller PLC as a new alternative relay control device, often used for field data collection and control equipment .This article describes the inverter speed control system based on PLC. Now the most widely used PLC and inverter together the main function of frequency control. First set to the given input to the PLC, PLC control inverter to control the motor via the inverter control algorithms mainly by the PLC and inverter to complete the implementation of the components of the inverter and the motor.Key words：Power electronics;Converter; Frequency control;A-c machive目录1概述 (1)2系统设计总体方案与功能分析 (1)2.1设计总体方案 (1)2.2系统功能 (2)3 PLC和变频器的型号选择 (3)3.1 PLC的选择 (3)3.2变频器的选择 (5)4硬件设计 (6)4.1变频器接线 (6)4.1.1变频器主电路接线 (6)4.1.2控制端子接线 (7)4.2变频器的操作及参数设置 (9)4.2.1变频器的操作说明 (9)4.2.2变频器的参数设置 (10)4.3 PLC的硬件接线 (11)4.4 PLC与变频器的连接 (12)4.5调速控制总电路 (13)5安装调试 (14)6总结 (14)参考文献 (15)致谢 (16)附录 (17)1概述PLC就是可编程控制器（Programmable logic Controller），国际电工委员会（International ElectricalCommittee）在1987年发布的PLC标准草案中对PLC做了这样的定义：一种数字运算操作的电子系统就是可编程控制器，主要是在工业环境下应用。
基于PLC的交流电动机的调速控制设计系部：机电工程系学生姓名：专业班级：机电 10C3 班指导教师：年月日声明本人所呈交的基于PLC的交流电动机的调速控制设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：【摘要】本设计将运用先进的PLC控制技术，配合变频调速装置，设计电机运行工艺，考虑到电机的启动、运行、调速和制动的特性，系统中从而达到最终准确实现对电机调速的控制。
解决整套电机系统的电力拖动方面的一系列问题。
本文首先，研究交流电动机的工作原理及变频调速控制的原理，对设计方案进行研究、提出设计方法和手段；然后，根据对设计方案的分析，完成设计由PLC为核心控制变频调速的系统，由PLC完成电机速度的数据采集，达到对变频器的控制，最终实现对电机进行变频转速调节，实现能源充分利用，达到生产的要求。
关键词：PLC，交流电动机，变频器目录目录 (4)引言 (5)课题背景 (5)第一章绪论 (5)1.1三相交流异步电动机的结构和工作原理 (5)1.2 三相异步电动机的调速方式 (6)1.2.1 变极调速 (6)1.2.2 变频调速 (6)1.2.3 变转差率调速 (6)第二章硬件设计 (7)2.1 变频调速原理 (7)2.2 变频器结构 (8)2.3 变频器的控制方式 (9)2.4 变频器的选择 (9)第三章软件设计 (10)3.1 可编程控制器（PLC）简介 (10)3.1.1 PLC的基本特点 (10)3.1.2 可编程控制器的分类 (11)3.2 可编程控制器基础 (12)3.2.1可编程控制器的结构 (12)3.2.2可编程控制器的工作原理 (14)第四章程序设计 (17)4.1 变频器参数设置 (17)4.2 程序 (18)结论 (21)谢辞 (23)引言课题背景交流异步电机由于结构简单、维修容易等优点，被广泛应用于工农业及其他生产当中。
课程设计（报告）题目：交流电机调速综述学院：机电工程学院摘要最近几年，随着新型电力电子器件的不断涌现和计算机技术的飞速发展，高性能的交流电动机变频调速系统得到了广泛的应用，它的显著的节能效果和灵活的运行方式，给人们留下了深刻的印象。
本论文首先论述了变频调速的基础技术，简述了它在我国的发展和应用以及今后在这方面应做的工作；其次对系统的主电路、控制电路、电气控制电路以及实现控制的软、硬件进行了系统地分析，并对调速系统的实施方案进行了论证。
在此基础上，调速系统主电路采用了交-直-交型电路形式，并采用IGBT作为主电路的功率开关器件；根据SPWM波形的生成原理，从硬件和软件上探讨了基于MA818，用于IGBT控制的数字化PWM波形产生器的实现方法；根据系统的设计要求，选择了转速负反馈控制，提高了系统的精度和稳定度；最后完成了相应的电气控制电路。
经相关的实验及仿真波形分析，表明该系统满足预期的设计要求关键词：交流调速，变频调速，IGBT，SPWM，MA818西安工程大学课程设计（论文）目录第1章概述 (1)1.1交流变频调速技术的发展与研究现状 (1)1.2变频调速技术的优点和发展方向 (1)第2章交流变频调速异步电机. (4)2.1变频调速异步电机工作原理............................................................... ... .42.2 变频器供电对电机绝缘结构的影响. ....................................................... ... .42.3 谐波对电机效率和温升的影响. ....................................................... ... .42.4 谐波对电机噪声和振动的影响........................................... ... .5第3章系统硬件. (6)3.1 SPWM生成原理...................................................................................... .. (6)3.2 MA818结构及工作原理 (6)3.3 单片机89e28rd2特性 (7)3.4 A/D转换 (8)第4章软件 (10)4.1 数字PID控制 (10)4.2数字滤波技术 (10)4.3模数转换方式............. ........................................ . (13)4.4 MA818编程................. (14)总结 (15)参考文献 (16)附录 (17)第1章概述1.1交流变频调速技术的发展与研究现状在过去的几十年里,世界范围的工业进步的一个重要因素是工厂自动化程度的不断提高。
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。
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。
毕业设计毕业设计任务书摘要............................................................................................. 错误!未定义书签。
第1章引言................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1单片机的产生和发展.......................................................... 错误!未定义书签。
1.2交流调速系统的现状.......................................................... 错误!未定义书签。
第2章硬件设计....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1系统总体方案设计.............................................................. 错误!未定义书签。
2.2主回路设计.......................................................................... 错误!未定义书签。
2.2.1整流滤波电路的设计................................................ 错误!未定义书签。
2.2.2整流电路意义总结.................................................... 错误!未定义书签。
2.3整流电路分类...................................................................... 错误!未定义书签。
交流调压调速系统设计(软启动器设计)交流调压调速系统是一种广泛应用于工业生产中的自动控制系统。
它的作用是通过调节电压和电机转速，实现对工艺过程中电动机的精确及可靠控制，可以有效地提高生产效率和产品质量。
在一些特定的工艺过程中，电动机往往需要进行软启动，以避免因突然启动导致的电网压力过大，甚至电动机损坏。
因此，在交流调压调速系统中，软启动器设计是至关重要的一环。
软启动器是一种电气装置，能够在启动电动机时降低其起始电流，从而实现对电动机的平稳启动。
相比起直接启动电动机，软启动器具有以下几个优点：首先，软启动器能够有效降低电动机的启动电流。
启动电动机时，电动机所需的电流通常是额定电流的2至3倍。
而对于某些大功率电动机，其启动电流可能高达额定电流的6至10倍，这会导致电网电压下降，甚至导致其他设备的正常运行受到干扰。
而软启动器通过逐步升高电压的方式启动电动机，使电动机启动时的电流逐渐增大，从而避免了电网电压的剧烈波动。
其次，软启动器能够延长电动机的使用寿命。
传统的直接启动方式对电动机的起始力矩冲击较大，容易导致电动机的机械结构受损，从而缩短电动机的使用寿命。
而软启动器能够通过逐渐升高电动机的转速，使其在启动过程中承受较小的力矩冲击，从而减少机械结构的磨损，延长电动机的寿命。
此外，软启动器还具有节能的优势。
由于软启动器可以逐渐升高电压和转速，避免了电动机在启动时的过大负荷。
这不仅有利于电动机的正常运行，还能够节约能源，降低生产成本。
总之，交流调压调速系统中的软启动器设计对于保护电动机、提高生产效率和节约能源具有重要意义。
在设计软启动器时，需要注意以下几个关键点：首先，需要根据电动机的额定功率和额定电流，选择适当的软启动器型号。
不同型号的软启动器能够承载的起始电流范围是不同的，因此需要根据实际情况选择合适的型号。
其次，需要合理设置软启动器的起始时间和加速时间。
起始时间过长会导致启动时间延长，影响生产效率；而起始时间过短则可能无法有效降低起始电流，达不到软启动的效果。
网络高等教育本科生毕业论文（设计）题目：交流电动机调速系统的研究学习中心：万州电大奥鹏学习中心层次：专科起点本科专业：电气工程及其自动化年级：2013年秋季学号：9学生：指导教师：栾宝石完成日期：2015年05月19 日内容摘要现在流行的异步电动机的调速方法可分为两种：变频调速和变压调速，因此应用的比较多，目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。
关键词：交流调速变频调速异步电动机目录内容摘要II1 绪论51.1 课题的背景及意义51.2 国内外研究和发展动态51.2.1 国内外变频调速的发展现状51.2.2 变频调速的发展方向51.3 本文的主要内容52 交流电动机的调速62.1 交流电机的调速方式62.2 变频调速系统72.3 交流变频调速技术的发展72.3.1交流电机错误!未定义书签。
2.3.2直流电机82.3.3交流电机与直流电机对比83 现代交流调速系统的类型93.1 异步电动机交流调速系统93.2 开关磁阻电动机交流调速系统93.3 同步电动机调速系统错误!未定义书签。
4 交流调速系统控制策略94.1 矢量控制94.2 直接转矩控制94.3 现代控制策略94.3.1 滑模变结构控制94.3.2 自适应控制错误!未定义书签。
4.3.3 模糊控制94.3.4 神经网络控制105 结论11参考文献111 绪论1.1 课题的背景及意义再者，由于在环境恶劣的生产场合（如冶金、建材、矿山、化工等工业）常有防爆或高速运行的要求，目前世界上还很难生产出大功率、高速的防爆直流电动机，再如水泥行业灰尘大，污染大，直流电动机很不适应，而且直流电机经常换电刷，维护量大，因而常常停机影响生产。
1.2 国内外研究和发展动态1.2.1 国内外变频调速的发展现状采用变频调速，一是根据要求调速用，二是节能。
它主要基于下面几个因素：3、可实现软启、制动功能，减小启动电流冲击。
在采用变频调速时，需从工艺要求、节约效益、投资回收期等各方面考虑。
课程设计（论文）题目：交流电动机SPWM调速系统设计学院：机电工程学院专业班级： 09级机械工程及自动化专业01班指导教师：张敏职称：副教授学生姓名：李壮学号： 40902010105目录绪论 (1)1. 系统总方案设计思路 (2)1.1 变频器的分类与选定 (2)1.1.1 变频器的分类 (2)1.1.2 变频器的选定 (2)1.2 系统原理框图 (3)2. 主电路的设计与分析 (4)2.1 主电路的工作原理 (4)2.2 三相异步电机工作的基本原理 (4)2.2.1 异步电机的等效电路 (4)2.2.2异步电机变频调速理 (6)3. 控制电路的设计与分析 (8)3.1 SPWM技术工作原理和SPWM波芯片的选择 (8)3.1.1 SPWM调制技术简介 (8)3.1.2 SPWM波生成芯片特点和引脚功能 (8)3.1.3 SA4828芯片内部结构及工作原理 (10)3.2 保护电路 (12)3.2.1 过、欠压保护电路设计 (12)3.2.2 过流保护设计 (14)3.3 8051单片机简介 (15)3.3.1 8051单片机特点 (15)3.3.2 8051单片机的基本组成 (15)3.3.3 8051单片机引脚功能 (15)3.4 光电测速及反馈 (17)3.4.1 光电测速及反馈电路设计 (17)3.5 驱动电路 (19)3.5.1 IR22381三相IGBT驱动电路概述 (19)3.5.2 IR22381三相IGBT驱动电路图 (20)3.6 显示装置 (20)3.6.1 数码管显示原理 (20)3.6.2 数码管显示电路 (22)3.7 键盘输入 (22)4. 总结 (23)5. 参考文献 (24)绪论变频调速技术的基本原理是根据电动机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60 f (1-s)/p(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电动机转速的目的。
![毕业设计(论文)-交流电机变频调速控制[管理资料]](https://uimg.taocdn.com/55ad1fd74b35eefdc9d3336b.webp)
交流电机变频调速控制作者：[摘要]：随着生产的发展，在机床功能增多及自动化程度提高的情况下，为了简化机械传动机构，又出现了机床主运动、进给运动、辅助运动等分别由不同电动机拖动方式，叫做分立拖动。
此时，电气控制系统亦相应地进行了改进，除控制功能方面的基本要求外，还需要具有各电动机动作的配合、联锁、顺序、切换、协调、显示等性能，同时各种行程、时间、速度、度、压力、电流等基本控制线路已形成规范，而且机床电气控制技术本身也已形成了独立的体系。
变频调速器在工厂中的应用越来越普遍。
但由于变频调速器是新型电控设备，许多工厂的电气技术人员对其认识不足，没有允分发挥变频调速器的强大功能，对变频调速控制的设计过于繁琐，从而在一定程度上降低了变频调速控制系统的降低了变频调速控制系统的可靠性，甚至对电动机造成了一定的损害。
工厂常见的变频调速电机系统控制电路设计为例，在对其认真分析讨论的基础上，提出了通用变频频调速电机驱动系统控制电路设计方案。
自激振动是机械加工中经常出现且十分有害的现象它严重影响零件的加工精度和生产效率的提高。
因此，抑制自激振动的方法相继出现。
而变速切削方法以其易于实现、抑振效显著等特点显示其良好的应用前景。
变速切削铣床就是利用这一方法设汁的一种新型机床，其中机床主轴时变转速的实现是变速切削铣床设计的关键，研制一套实现机床主轴时变转速的控制系统是变速铣削方法得到实际应用的前提。
目前变频技术已在轻纺、电力等工业领域广泛使用。
但未见到将百毫秒年变频技术应用到切削加工领域。
鉴于目前机床一般使用交流电机作为动力，且其在变转速情况下的耐热性、转矩(功率)与转速之间关系的研究已经成熟。
故采用变频技术实现变速切削铣床的调速。
[关键词]：铣床变频驱动主轴[Abstract]:With the development of the production in the machine function more dynamic and Head of the improvement of circumstances, in order to simplify the mechanical transmission Institutions, t here is the movement of a machine tool, feed campaign, supported by the Movement of different motor drive, called Drag separation. At this time, electrical control system has also carried out improvements, in addition to controlling the functions of the basic requirements,frequency converter application in a factory more common. However, due to frequency converter is a new electronic control equipment, electrical and many factories have sufficient understanding of its technical staff, not allowed to play a frequency converter at the power of the design of VVVF control is too complicated, so to some extent reduce the control system Frequency Frequency control reduces the reliability of the system, and even caused some electrical damage. Common plant VVVF motor control circuit design of the system as an example, a careful analysis in its discussion on the basis of a common variable speed motor drive systems often control circuit design. Is self-excited vibration in machiningare often very harmful and it is seriously affecting the phenomenon of machining accuracy and production efficiency. Therefore, self-excited vibration suppression methods have emerged one after another. Cutting method and its speed is easy to implement, or vibration characteristics of a significant effect shows a good application prospects. Cutting speed milling machine is set up to use this method, a new juice machine, in which time-varying machine tool spindle speed is the speed of the realization of the key cutting machine designed to develop a set of time-varying realization of machine tool spindle speed control system is the actual speed milling method the premise of the application. Inverter technology has been present in the textile, electricity, etc. widely used in industrial fields. 100 ms but did not see the variable frequency technology was applied to the field of machining. General view of the current machine as a driving force for the use of AC motor and variable speed in case of heat resistance, torque (power) and the study of the relationship between speed ripe. Therefore, the use of variable speed inverter technology the speed cutting machine.xle一、系统框图本设计的系统框图如图1—1所示，它主要是由整流和逆变两大部分组成，而最重要的是逆变部份。
摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。
其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148控制智能模块SA4828产生可调频率的SPWM方波,并通过SPWM控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。
主电路包括整流、滤波和逆变电路。
为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。
使设计的可靠性得到了提高。
在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使用C语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、、运行通过。
论文的创新点在于将ARM嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。
相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极提高了系统的实时性能。
关键词:ARM 变频调速智能功率模块恒压频比控制 SPWMAbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in detail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824 ,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LEDThe Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the paper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced.Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous motor control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this system adopts digital control, and promotes the performance and anti-jammingKeywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWM目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1电机调速发展现况和趋势 (1)1.2电力电子技术的发展现况和趋势 (2)1.3国外交流调速现状 (3)1.3.1国外现状 (3)1.3.2国现状 (3)1.4本论文的研究容 (4)第2章主电路设计 (6)2.1 主电路原理图 (6)2.2 输入整流滤波电路的设计 (7)2.2.1 EMI滤波电路 (7)2.2.2 输入整流电路 (7)2.2.3 输入滤波电容容量的计算 (8)2.2.4电源指示灯 (10)2.3逆变电路的设计 (10)2.3.1 主功率管IGBT的容量计算 (10)2.3.2续流电路 (11)2.3.3吸收电路 (11)2.3.4制动电阻 (12)第3章控制电路设计 (14)3.1控制原理图 (14)3.2 ARM的最小系统设计 (15)3.2.1微控制器LPC2148 (15)3.2.2时钟和复位系统 (15)3.3显示电路 (18)3.3.1数码管控制芯片 MAX1279 (19)3.4三相SPWM控制器SA4828 (20)3.4.1 寄存器软件设计 (20)3.5按键、指示灯和报警 (23)3.5.1按键 (23)3.5.2指示灯 (23)第4章 IGBT驱动电路设计 (25)4.1驱动电路原理图 (25)4.1.1驱动电路M57962L (25)第5章保护电路设计 (27)5.1 保护电路概述 (27)5.2 输入过欠压保护电路的设计 (27)5.3限流启动电路 (29)5.3.1采样电路 (29)5.3.2限流电路中晶闸管的驱动电路 (30)5.4过电流保护电路 (30)5.5IGBT的过热保护设计 (31)第6章辅助电源设计 (33)第7章变频调速系统的软件设计 (34)结论 (37)致 (38)参考文献 (39)附录1 (41)附录2 (45)附录3 (51)第1章绪论1.1电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。
交流异步电动机变频调速系统的研究摘要本文主要研究交流异步电动机的直接转矩调速控制系统。
首先介绍了现代交流调速技术的发展历史及其研究现状，详述直接转矩控制系统的基本原理。
然后介绍了交流异步电动机在定子静止两相坐标系OAB上的数学模型，电磁转矩模型以及磁链模型。
最后利用MATLAB/SIMULINK建立异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型，进行了仿真实验，仿真结果表明采用直接转矩控制系统能够达到良好的调速性能。
AbstractDirect torque control speed regulation system of AC asynchronous motor is mainly studied on in this article. Firstly, development history and research actuality of modern AC speed regulation technique is introduces, basic theory of direct torque control recounted. Secondly, math model, electromagnetic torque model and flux linkage model of an motor in static two-phase coordinate of stator are recommended. Finally by using MATLAB/SIMULINK to establish a simulation model of asynchronous motor direct torque control system, has carried on the simulation results, the simulation results show that the direct torque control system can achieve good performance of speed adjustment.目录目录 (2)第一章绪论 (3)1.1交流电动机调速技术的发展和现状 (3)1.2仿真工具MATLAB/SIMULINK介绍 (4)第二章交流异步电机直接转矩控制调速系统分析与设计 (5)2.1 交流异步电机数学模型 (5)2.1.1 坐标变换 (6)2.1.2 静止两相坐标系下的异步电动机动态数学模型 (7)2.2 直接转矩控制基本理论 (8)2.2.1 直接转矩控制介绍 (8)2.2.2 直接转矩控制相关概念 (9)2.3 直接转矩控制系统的基本组成 (15)2.4 变频与转速、转矩之间关系 (18)第三章MATLAB/SIMULINK 仿真模型的建立 (20)3.1 MATLAB/SIMULINK仿真算法介绍 (20)3.2 MATLAB/SIMULINK仿真模块的建立 (20)3.2.1 直接转矩控制的MATLAB/SIMULINK仿真系统 (20)3.2.2 直接转矩控制系统仿真模块建立 (21)3.3仿真结果的分析 (28)第四章总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)第一章绪论1.1交流电动机调速技术的发展和现状现代社会中，不论在工业生产、农业生产、还是在日常生活等各个方面，都广泛使用电动机作为主要的动力设备。
摘要现在流行的异步电动机的调速方法可分为两种：变频调速和变压调速，其中异步电动机的变频调速应用较多，它的调速方法可分为两种：变频变压调速和矢量控制法，前者的控制方法相对简单，有二十多年的发展经验。
因此应用的比较多，目前市场上出售的变频器多数都是采用这种控制方法。
关键词:交流调速系统, 异步电动机, PWM技术.目录摘要 (1)前言 (3)1.1 设计的目的和意义 (3)1.2变频器调速运行的节能原理 (3)第二章变频器 (4)2.1变频器选型： (4)2.2变频器控制原理图设计： (5)2.3变频器控制柜设计 (6)2.4变频器接线规范 (7)2.5变频器的运行和相关参数的设置 (8)2.6 常见故障分析 (8)第三章交流调速系统概述 (10)3.1 交流调速系统的特点 (10)第四章变频电动机的特点 (14)4.1电磁设计 (14)4.2结构设计 (14)第五章变频电机主要特点和变频电机的构造原理 (15)5.1 变频专用电动机具有如下特点： (15)5.2变频电机的构造原理 (15)第六章交流异步电动机 (16)6.1交流异步电动机变频调速基本原理 (16)6.2 变频变压（VVVF）调速时电动机的机械特性 (18)6.3变压变频运行时机械特性分折 (19)第七章 PWM技术原理 (24)7.1 正弦波脉宽调制(SPWM） (25)7.2单极性SPWM法 (26)结论 (31)致谢 (32)参考文献 (33)前言1.1 设计的目的和意义近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。
电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。
变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。
摘要对于可调速的电力拖动系统来说，工程上通常分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
根据电动机在电能和机械能的转换时电流制型式的不同来分类，关于交流调速系统,它利用交流电动机来进行电能-机械能的转换，并且通过控制产生我们所需要的转速。
在电力拖动的发展过程中,交流调速系统和直流调速系统一直并存于各个工业领域中，但是，在科学技术发展的不同时期，他们所处的地位也有所不同。
相对于直流调速系统,交流调速系统具有结构简单，制造成本低，坚固耐用，运行可靠,维护方便,惯性小，动态响应好，等优点并且在向高速，高压和大功率的发展前景也较好.近年来，很多国家偏向于对交流调速系统的研究。
关键词:矢量控制,交流调速，变频器，变频调速第一章交流调速系统的发展1.1交流调速系统的发展历程在工业发展的初级阶段，交流电动机仅仅作为动力使用而无需调速。
随着工业的进一步发展,尤其是电子方面和起重运输机械的发展,才对电动机的调速提出了要求，才有了直流电动机的出现。
直流电机提高了生产的连续性和产品的产量以及质量,并且以其快速的正反转，准确的定位逐渐取代了简单可靠的交流电机，并且到了了广泛的运用于各行业。
80年代以来，由于直流调速系统造价高，维护投入大等缺点，在工业较为发达的国家开始使用直流调速系统，并且逐渐取代直流调速系统。
这主要是由于电力电子器件,脉宽调制技术，矢量控制技术的发展,特别是以微处理机为核心的全数字化控制的应用，这才使得简单廉价的交流电机又得以取代直流电机调速系统占据主导地位。
现代控制理论的发展和应用，才促成矢量控制的出现,更是奠定了现代交流电机调速技术的理论基础，这才使得交流电机调速系统的性能能够与直流调速系统相媲美。
国家的重视使得各种各样的的交流调速系统不断被开发，应用，普及，节约了社会上的大量资源，更是将社会上的传统产业发生了巨大的变革。
1.2交流调速系统的发展趋势1。
2.1交流调速系统的高性能化交流电动机是一个多变量，强耦合，非线性的被控对象，单单用电压/频率恒定控制是不能满足我们对调速系统的要求的。
华东交通大学理工学院Institute of Technology.East China Jiaotong University毕业设计Graduation Design （Thesis）（ 2010 — 2014 年）题目基于PLC的交流电机的变频调速系统设计分院：电气与信息工程分院专业：电子信息工程班级：学号：学生姓名：王斌指导教师：起讫日期：2013.12——2014.5华东交通大学理工学院毕业设计（论文）原创性申明本人郑重申明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在导师指导下独立进行的研究工作所取得的研究成果。
设计（论文）中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在设计（论文）中特别加以标注引用，除此之外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
毕业设计（论文）作者签名：日期：年月日毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交设计（论文）的复印件和电子版，允许设计（论文）被查阅和借阅。
本人授权华东交通大学理工学院可以将本设计（论文）的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毕业设计（论文）。
（保密的毕业设计（论文）在解密后适用本授权书）毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要交流异步电动机是现代生产中最重要的拖动设备之一，因其价格低廉、经久耐用、维修容易等优点而得到了广泛应用。
而在现代工业生产中，有一些设备需要根据不同的工作环境，要调节到一个特定的转速，如电梯，起重机等。
从而对交流异步电动机的速度提出了更高的要求，希望一台电机在运行过程中，可以实现运行速度的大小，转动方向等调节，并能快速调整，波动小，稳定运行。
用单片机控制的电机交流调速系统设计文摘单片机控制的变频调速系统设计思想是用转差频率进行控制。
通过改变程序来达到控制转速的目的。
由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器。
系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，HEF4752大规模集成电路，保护电路，Intel系列单片机，Intel8253定时/记数器，Intel8255可编程接口芯片，Intel8279通用键盘/显示器，I/O接口芯片，CD4527比例分频器和测速发电机等组成。
回路中有了检测保护电路就可以使整个系统运行的可靠性有了保障。
关键词MCS-51单片机；HEF4752；8253定时器；晶闸管；整流器；三相异步电动机电气传动从总体上分为调速和不调速两大类。
按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和交流两大类，直流电动机在19世纪先后诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统，随着社会化大生产的不断发展，生产技术越来越复杂，对生产工艺的要求也越来越高，这就要求生产机械能够在工作速度，快速启动和制动，正反转等方面具有较好的运行性能。
从而推动了电动机的调速不断向前发展，自从1834年直流电动机出现以后，直流电动机作为调速电动机的代表，在工业中得到了广泛的应用。
它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动态性能，晶闸管变流装置的应用使直流拖动发展到了一个很高的水平，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中相当长时间内几乎都采用直流拖动系统。
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问题和在恶劣环境下的不适应问题，同时，制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系统的进一步发展。
交流电动机在1885年出现后，由于一直没有理想的调速方案，只被应用于恒速拖动系统，从本世纪30年代起，不少国家才开始提出各种交流调速的原始方案，晶闸管的出现使交流电动调速的发展出现了一个质的飞跃，使得半导体变流技术的交流调速得以实现，国际上在60 年代后期解决了交流电动机调速方案中的关键问题，70年代开始就实现了产品的高压，大容量，小型化，且已经逐渐取代了大部分传统的直流电动机的应用领域。
XXX大学本科毕业设计(论文电机交流调速软件设计学生姓名:学生学号:院(系:年级专业:指导教师:教授助理指导教师:副教授二〇一一年六月Xxx大学本科毕业设计(论文摘要摘要本文主要介绍基于意法公司STM32处理器的三相交流异步电动机调速系统的软件设计。
详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及软件实现。
使用IAR公司的EWARM开发环境进行C语言程序开发,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性。
然后通过MATLAB/Simulink 软件进行仿真验证。
实验及仿真结果表明,所设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。
关键词三相异步电动机,矢量控制,SVPWM,STM32,μcos-ii实时操作系统,MATLAB仿真本科毕业设计(论文ABSTRACT目录1 绪论2 矢量控制的基本原理3 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理4 STM32简介5 μcos-ii实时操作系统简介6 基于STM32的μcos-ii实时操作系统移植7 MATLAB/Simulink仿真软件简介8 调速系统软件实现9 调速系统仿真模型及仿真1 绪论当前,三相交流异步电动机已广泛应用于现代工业及相关领域,其调速系统显然成为应用的关键,而调速系统的实现有很多种方式。
20世纪70年代德国学者Blaschke等人提出了矢量控制方法。
这种控制方法就是采用矢量变换使交流异步电机定子电流励磁分量和转矩分量之间实现解耦,交流异步电动机的磁通和转矩分别进行独立控制,从而使交流异步电动机变频调速系统具有了直流调速系统的优点。
因此,近几年来得到相当广泛的应用。
矢量控制采用脉宽调制(PWM技术控制输出电压,PWM技术主要有正弦PWM(SPWM、消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM、电流滞环跟踪PWM(CHBPWM、电压空间矢量PWM(SVPWM等控制技术。
其中经典的SPWM 控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波,并未顾及输出电流的波形。
而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流,使之在正弦波附近变化,这就比只要求正弦电压前进了一步。
然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目标是在电动机空间形成圆形旋转磁场,从而产生恒定的电磁转矩,这正是电压空间矢量PWM(SVPWM控制技术的控制目标。
如此,SVPWM控制技术具有系统逆变器直流端母线电压利用率高、开关损耗小、电动机转矩波动小等优越性能,应用更为广泛。
本文详细阐述异步电动机矢量控制系统和电压空间矢量PWM(SVPWM调制技术原理及基于意法公司STM32处理器的软件实现,同时嵌入μcos-ii实时操作系统,以提高系统的实时性,然后通过MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。
实验及仿真结果表明,该设计的三相交流异步电动机调速系统具有转矩脉动小,输出电流波形好,系统响应速度快等优点。
2 矢量控制的基本原理2.1矢量控制的基本思路通过坐标变换,使异步电动机等效成直流电动机,模仿直流电动机的控制策略,得到直流电动机的控制量,然后经过相应的坐标反变换,就能够控制异步电动机。
即通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统(VC 系统。
基结构框图如图2-1。
2.2坐标变换2.2.1坐标变换引出由于异步电动机的动态数学模型复杂,即是一个多变量(多输入输出,并且电压(电流、磁通、转速、频率之间相互影响的高阶、强耦合、非线性系统,因此,要分析和求解这样的数学模型所列的方程显然是十分困难的。
在实际应用中必须设法予以简化,而简化的基本方法就是坐标变换。
2.2.2坐标变换的基本思路坐标变换的基本思路是能把异步电动机的物理模型等效的变换为类似直流电动机的模式,所依据的原则是:在不同的坐标下所产生的磁动势完全一样。
首先看看直流电动机的物理模型,如图2-1中所示。
图中F 为励磁绕组,A 为电枢绕组,其中F 在定子上,A 在转子上。
这里把F 的轴线称作d 轴,主磁通Ф的方向就是沿着d 轴的方向;A 的轴线则称为q 轴,由于换向器电刷的作用,电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相同的,因此,电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q 轴位置上,其效果好象一个在q 轴上静止的绕组一样,即电枢绕组。
由此可描述直流电动机的物理模型是建立在两个相互垂直的坐标系上的,其中d 轴励磁绕组A 的励磁电流a i 决定主磁通Ф,而q 轴电枢绕组F 的电枢电流f i 在主磁通Ф下产生电磁转矩,与主磁通Ф无关。
在交流电动机三相对称的静止绕组A 、B 、C 中,通以三相平衡的正弦电流Ai ,B i ,C i 时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ,它在空间呈正弦分布,以同步转速1 顺着 A-B-C 的相序旋转。
其物理模型如图2-2(a 所示。
依据坐标变换的原则,要建立与直流电动机的物理模型等效的物理模型,可由下面的方法进行坐标变换:一是将三相静止坐标系转换为两相静止坐标系(3/2变换,二是将两相静止坐标系转换为两相旋转坐标系(3s/2r 变换,如图2-2。
如此得到与直流电动机的物理模型的等效的坐标系。
2.2.3坐标变换之三相 - 二相变换(3/2变换3/2变换即三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换,根据文献[8]知,(式2-1 则三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换的转换矩阵2/3C 为,(式2-2由(式2-2可得到两相静止坐标系到三相静止坐标系的变换(2/3变换,即2/3C 的逆矩阵3/2C 为,(式2-32.2.4坐标变换之二相 - 二相变换(2s/2r 变换2s/2r 变换即二相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,α、β轴为静止的, d,q 轴是以转速1ω旋转的,α轴与d 轴的夹角为ϕ,根据文献[8]知,(式2-4 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B Aβ232302121132αi i i i i⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3C ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2321232110322/3C ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡q d s 2/r 2q d βαcos sin sin cos i i C i i i i ϕϕϕϕ则两相旋转坐标系到二相静止坐标系的变换的变换阵为,(式2-5由(式2-4两边左乘以变换阵的逆矩阵,可得 (式2-6则二相静止坐标系到两相旋转坐标系变换的变换阵为,(式2-72.3异步电动机在两相同步旋转坐标上的数学模型2.3.1磁链方程在dq 坐标系的磁链方程为,(式2-8其中, —— dq 坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感;—— dq 坐标系定子等效两相绕组的自感;——dq 坐标系转子等效两相绕组的自感;sd ψ、sq ψ、rd ψ、rq ψ分别表示d 、q 轴上定子磁链,d 、q 轴上转子磁链;⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos s 2/r 2C ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαq d cos sin sin cos i i i i ϕϕϕϕ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕϕϕcos sin sin cos r 2/s 2C⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd 00000000i i i i L L L L L L L L ψψψψr m r l L L L +=ms m 23L L =s m s l L L L +=sd i 、sq i 、rd i 、rq i 分别表示d 、q 轴方向定子绕组电流,d 、q 轴方向转子绕组电流;2.3.2电压方程在dq 坐标系的电压方程为,(式2-9其中,s R 为转子内电阻,r R 为定子内电阻; 1ω为同步角转速,其等于定子频率; s ω为转差,ωωω-=1s ,ω为转子转速; sd u 、sq u 、rd u 、rq u 分别表示d 、q 轴方向定子绕组电压,d 、q 轴方向转子绕组电压。
2.3.3转矩与运动方程在dq 坐标系的电转矩方程为,(式2-10 运动方程为,(式2-112.3.4异步电动机在两相同步旋转坐标上的状态方程由于鼠笼型转子内部是短路的,故有rd u = rq u = 0 ,由代数变换可知,其状态方程,即s r i --ψω状态方程,⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+-+-+--+=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m 1m m m 1s s s 1m 1m s 1s s rq rd sq sd i i i i p L R L p L L L p L R L p L p L L p L R L L p L L p L R u u u uωωωωωωωω(rq sd rd sq m p e i i i i L n T -=tn J T T d d p L e ω+=(式2-12 (式2-13(式2-14(式2-15(式2-16其中, ——电机漏磁系数;——转子电磁时间常数。
2.4按转子磁链定向的矢量控制2.4.1按转子定向的旋转坐标系现令d 轴沿着转子总磁链矢量方向,并称之为M 轴,而q 轴再逆时针转90°,即垂直于转子总磁链矢量,称之为T 轴。
即有r rm rd ψψψ==, 0==rt rq ψψ (式2-172.4.2按转子定向的旋转坐标系的状态方程转矩方程为 (式2-18L p rq sd rd sq r m 2p (d d T J n i i JL L n t --=ψψωsdr m rq 1rd r rd (1d d i T L T t +-+-=ψωωψψsq r m rd 1rq r rq (1d d i T L T t +---=ψωωψψs sd sq 1sd 2r s 2m r 2r s rq r s m rd r r s m sd d d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+++-+=s sq sd 1sq 2r s 2m r 2r s rd r s m rd r r s m sqd d L u i i L L L R L R L L L T L L L t i σωσωψσψσ+-+--=r r r R L T =rs 2m 1L L L -=σr st r mp e ψi L L n T =转差方程为 (式2-19d 、q 解耦方程 (式2-192.4.3按转子磁链模型(计算ϕ按转子磁链模型如下图图2-3,2.4.4按转子磁链定向的矢量控制矢量控制的结构框图如下图2-4,r r st m s 1ψωωωT i L ==-sm r m r 1i p T L +=ψ3 电压空间矢量PWM(SVPWM的基本原理4 STM32简介4.1基于CORTEX-M3内核的STM32CORTEX-M3是ARM公司最新推出的基于ARM v7体系架构的处理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特点,专门为嵌入式应用领域设计。
