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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。
⽮量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）区别摘要：本⽂对⽬前交流电机变频调速控制系统流⾏的⽮量控制（VC）和直接转矩控制（DTC）的发展历史与现状，并对两者转矩响应，稳态特性，及⽆速度传感器控制进⾏了⽐较与探讨。
关键词：⽮量控制，直接转矩控制，转矩响应，稳态特性，⽆速度传感器控制1．前⾔转载于⾃1971年德国西门⼦公司F.Blaschke发明了基于交流电机坐标交换的交流电机⽮量控制（以下简称VC）原理以来，交流电机⽮量控制得到了⼴泛地应⽤。
经过30年的产品开发和⼯程实践，⽮量控制原理⽇趋完善，⼤⼤⼩⼩的交流电机变频调速控制系统⼤多采⽤⽮量控制，使交流电机调速达到并超过传统的直流电机调速性能。
1985年德国鲁尔⼤学M.Depenbrock教授提出了不同于坐标变换⽮量控制的另外⼀种交流电机调速控制原理——直接转矩控制（以下简称DTC），鲁尔⼤学的教授曾多次在国际学术会议并到中国来介绍DTC技术，引起了学术界极⼤的兴趣和关注。
DTC原理具有不同于VC 的鲜明特点：·不需要旋转坐标变换，有静⽌坐标系上控制转矩和磁链·采⽤砰-砰控制·DTC与脉宽调制PWM技术并⽤·转矩响应快·应⽤于GTO电压型变频器的机车牵引传动DTC的出现引起交流电机控制理论的研究热潮，国内不少⾼校对DTC技术及系统进⾏深⼊研究，不少⽂章提出⼀些有益的改进⽅法，对DTC理论与实践作出贡献。
但应该指出，DTC 引⼊中国的初期，⼈们的视⾓多集中在DTC的不⽤旋转变换和砰-砰控制上。
随着计算机技术的飞速发展，VC的旋转坐标变换的技术实现已不成为问题，⽽由于DTC技术应⽤实例局限于GTO电压型变频器的机车牵引传动，使得国内学术界和变频器制造商没有条件对实⽤的DTC技术以及DTC变频器的静态和动态特性进⾏深⼊研究。
1995年瑞⼠ABB公司第⼀次将DTC技术应⽤到通⽤变频器上，推出采⽤DTC技术的IGBT 脉宽调制变频器ACS600，随后⼜将DTC技术应⽤于IGCT三电平⾼压变频器ACS1000，近期推出的⽤于⼤型轧钢，船舶推进的IGCT变频器ACS6000也采⽤了DTC直接转矩控制技术。
感应电动机转差型矢量控制系统的设计1 引言感应电动机具有结构简单、坚固耐用、转速高、容量大、运行可靠等优点。
但是，由于感应电动机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，磁通和转矩耦合在一起，不能像直流电动机那样，磁通和转矩可以分别控制。
所以，一直到20世纪80年代都没有获得高性能的感应电动机调速系统。
近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等相关技术的发展，使得感应电动机在可调传动中获得了越来越广泛的应用。
矢量控制策略的提出，更是实现了磁通和转矩的解耦控制，其控制效果可媲美直流电动机。
本文在分析感应电动机矢量控制原理的基础上，基于matlab/simulink建立了感应电动机转差型矢量控制系统仿真模型，仿真结果证明了该模型的合理性。
并在此基础上进行系统的软、硬件设计，通过实验验证控制策略的正确性。
2 矢量控制的基本原理长期以来，直流电动机具有很好的运行特性和控制特性，通过调节励磁电流和电枢电流可以很容易的实现对转矩的控制。
因为它的转矩在主磁极励磁磁通保持恒定的情况下与电枢电流成线性关系，所以通过电枢电流环作用就可以快速而准确地实现转矩控制，不仅使系统具有良好稳态性能，又具有良好的动态性能。
但是，由于换向器和电刷的原因，直流电动机有它固有的缺点，如制造复杂，成本高，需要定期维修，运行速度受到限制，难以在有防腐防暴特殊要求的场合下应用等等。
矢量控制的设计思想是模拟直流电动机的控制特点进行交流电动机控制。
基于交流电动机动态模型，通过矢量坐标变换和转子磁链定向，得到等效直流电动机的数学模型，使交流电动机的动态模型简化，并实现磁链和转矩的解耦。
然后按照直流电动机模型设计控制系统，可以实现优良的静、动态性能。
转子磁链ψr仅由定子电流励磁电流ism产生，与定子电流转矩分量ist无关，而电磁转矩te正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，这充分说明了感应电动机矢量控制系统按转子磁链定向可以实现磁通和转矩的完全解耦。
电力拖动自动控制系统考纲及试题直流调速系统一判断题5串级调速系统的容量随着调速范围的增大而下降。
（Ⅹ）6交流调压调速系统属于转差功率回馈型交流调速系统。
（Ⅹ）7普通串级调速系统是一类高功率因数低效率的仅具有限调速范围的转子变频调速系统。
（√）9交流调压调速系统属于转差功率不变型交流调速系统。
（Ⅹ）13转差频率矢量控制系统没有转子磁链闭环。
（Ⅹ）计算转子磁链的电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。
9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（Ⅹ）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（Ⅹ）16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
二选择题2绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（B）A0S1，输出功率低于输入功率BS0，输出功率高于输入功率C0S1，输出功率高于输入功率DS0，输出功率低于输入功率4绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（C）Ａnn1，输出功率低于输入功率Bnn1，输出功率高于输入功率Cnn1，输出功率高于输入功率Dnn1，输出功率低于输入功率5与矢量控制相比，直接转矩控制（D）A调速范围宽B控制性能受转子参数影响大C计算复杂D控制结构简单7异步电动机VVVF调速系统中低频电压补偿的目的是A补偿定子电阻压降B补偿定子电阻和漏抗压降C补偿转子电阻压降D补偿转子电阻和漏抗压降8异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是（D）A恒压频比控制B恒定子磁通控制C恒气隙磁通控制D恒转子磁通控制9电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时，A开关频率高，B电流波形失真小C电流谐波分量高D电流跟踪精度高4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（）。
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。
矢量变频器怎么调试？变频器矢量控制方式分析有些物理量，既要有数值大小（包括有关的单位），又要有方向才能完全确定。
这些量之间的运算并不遵循一般的代数法则，而遵循特殊的（空间向量）运算法则。
这样的量叫做物理矢量。
有些物理量，只具有数值大小（包括有关的单位），而不具有方向性。
这些量之间的运算遵循一般的代数法则。
这样的量叫做物理标量。
什么是矢量变频器？矢量与向量就是数学上矢量（向量）分析的一种方法或是一种概念，两者是同一概念，只是叫法不同，简单的定义是指既具有大小又具有方向的量。
矢量是我们（大陆）的说法，向量的说法一般是港台地区的文献是用的。
矢量控制主要是一种电机模型解耦的概念。
矢量变频器的技术是基于DQ轴的理论而产生的，它的基本思路是把电机的电流分解为D 轴电流和Q轴电流，其中D轴电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。
不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就是永磁同步电动机）也大量使用该控制理论。
矢量是我们的说法，向量的说法一般是港台地区的文献使用的。
意义和“布什”和“布希”的意思大致一样。
所谓的矢量控制主要就是一种电机模型解耦的概念。
在电气领域主要用于分析交流电量，如电机分析等，在变频器中的应用即基于电机分析的理论进行变频控制的，称为矢量控制型变频器，实现的方法不是唯一的，但数学模型基本一致。
矢量变频器技术是基于DQ轴理论而产生的，它基本的思路就是把电机的电流分解为D轴的电流和Q轴电流，其中D轴的电流是励磁电流，Q轴电流是力矩电流，这样就可以把交流电机的励磁电流和力矩电流分开控制，使得交流电机具有和直流电机相似的控制特性，是为交流电机设计的一种理想的控制理论，大大提高了交流电机的控制特性。
不过目前这种控制理论已经不仅仅应用在交流异步电动机上了，直流变频电动机（BLDC，也就。
转差频率矢量控制的电机调速系统设计与研究朱军;郝润科;黄少瑞;高渊炯;朱政【摘要】鉴于直接转子磁场定向矢量控制系统较为复杂、磁链反馈信号不易获取等缺点,而转差频率矢量控制方法是按转子磁链定向的间接矢量控制系统,不需要进行磁通检测和坐标变换,并具有控制简单、控制精度高、具有良好的动、静态性能等特点.在分析其控制原理的基础上,应用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,并通过各模块间的参数配合调节与优化,对其进行了仿真分析.仿真结果验证了,采用转差频率矢量控制的调速系统具有良好的控制性能.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)020【总页数】4页(P171-173,177)【关键词】转差频率;矢量控制;Matlab/Simulink;调速系统【作者】朱军;郝润科;黄少瑞;高渊炯;朱政【作者单位】上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学,光电信息与计算机工程学院,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】TN919-340 引言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[1]。
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。
1 转差频率矢量控制系统1.1 数学模型[2]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。
其控制的基本方程式如下：电压方程：式中：usm，ust，urm，urt为定、转子在M-T轴上的电压分量； Ls为定子自感；Lr为转子自感；Lm为定、转子互感；ω1为定子角频率、ωs为转差角频率；P为微分算子；Rs，Rr为定、转子电阻。
磁链方程为：(2)式中：ψs m，ψrm为定、转子磁链励磁分量；ψst，ψrt为定、转子磁链转矩分量；M-T坐标上的电磁转矩方程：Te=npLm(istirm-ismirt)(3)式中：np为转子极对数; Te为电磁转矩。
当按转子磁链定向时，应有ψrm=ψr，ψrt=0，代入以上3个方程中，即得：(4)(5)(6)(7)式中：M为定、转子互感系数；ψr为转子总磁链；Tr为转子电磁时间常数，Tr=Lr/Rr。
异步电动机转矩为：(8)当电机稳态运行时，S很小，因此很小，转矩的近似表达式为：(9)式中：为电机结构常数；R2为转子电阻,为折算到定子边的转子电阻；φm为气隙磁通。
由式(9)可见，只要能保证φm不变，控制ωs即可控制Te，从而间接地控制电机的转速。
1.2 转差频率矢量控制系统结构[3-4]基于转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统原理如图1所示。
主电路采用SPWM电压型逆变器，转速采取转差频率控制，即异步电动机定子角频率ω1由转子角频率ω和转差角频率ωs组成(ω1=ω+ωs)。
图1中：ω、-ω分别为转子角频率给定和转子角频率负反馈；i1m、i1t分别为定子电流的转矩分量和励磁分量；ω1、+ω分别为定子角频率和转子角频率正反馈；u1m、u1t分别为定子电压的转矩分量和励磁分量；根据基本方程，以及图1可以看出，在保持转子磁链ψr不变的情况下，电动机转矩直接受定子电流的转矩分量ist控制，并且转差角频率ωs可以通过定子电流的转矩分量ist计算，转子磁链ψr也可以通过定子电流的励磁分量ism来计算。
在系统中，转速通过转速调节器ASR调节，输出定子电流的转矩分量ist，然后计算得到转差ωs。
如果采用磁通不变的控制，则Pψr=0，由式(7)可得ψrm=Lmirm，代入式(6)，得ωs=ist/(Trism)。
图1 转差频率矢量控制系统原理图由于矢量控制方程得到的是定子电流的励磁分量和转矩分量，而本系统采用电压型逆变器，需要将电流的控制方式转换为电压控制。
由于ψrm=Lmirm，ψrt=0，而变频调速时电动机转子短路即urm=urt=0，将其代入式(1)，并展开可得定子电压的励磁分量usm和转矩分量ust，其变换关系为：usm=Rsism-ω1σLsist(10)ust=ω1Lsism+(Rs+σLsP)ist(11)式中：σ为漏磁系数2 转差频率矢量控制调速系统仿真与研究2.1 仿真模型的建立[5-10]根据转差频率矢量控制系统的原理框图,采用Matlab/Simulink软件构建转差频率矢量控制调速系统模型如图2所示。
图中控制部分由给定、PI转速调节器、函数运算、两相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节组成。
2.2 仿真与结果分析2.2.1 模型参数模型参数主要有电机模型参数、控制系统放大器参数、给定值模块参数、限幅模块参数等，其中电机参数设定为：额定电压UN=380 V；频率fN=50 Hz；极对数P=2；定子电阻Rs=0.435 Ω；额定功率PN=25 kW；转子电阻Rr=0.435 Ω;定、转子互感Lm=0.069 H；转动惯量J=0.19 kg·m2；转矩给定值= 80 N·m；逆变器直流电压510 V；定子绕组自感Ls=0.071 H；转子绕组自感Lr=0.071 H；漏磁系数转子时间常数Tr=Lr/Rr=0.087。
其它参数: 励磁电流给定值 A；额定转速n*=1 400 r/min。
仿真时间设定为0.6 s。
图2 转差频率控制的矢量控制调速系统仿真模型框图将参数代入式(6)，式(10)，式(11)中可得Usm,Ust和ωs函数表达式为:Usm=0.435*u(1)-u(3)*0.056*0.071*u(2)(12)Ust=u(3)*0.071*u(1)+(0.435+0.056*0.071)*u(2)(13)ωs=u(2)/0.087*u(1)(14)式中：u(1)、u(2)、u(3)为模块参数变量，分别代表ism，ist,ω1。
2.2.2 仿真结果分析在此采用ODE5算法对系统进行仿真。
在启动0.5 s时加载TL=65 N·m,其仿真波形如图3所示。
从仿真结果中可以得到电机在起动和加载过程中，转速、电流、电压和转矩的变化过程。
图3(a)中可以看到，转速随时间的变化逐渐增大。
当t=0.361 s时，转速达到额定转速1 400 r/min左右，而当t=0.5 s时，由于此时电动机开始加载，所以使得转速有所波动，随后趋于稳定。
图3(b)显示，电机空载起动达到稳定转速时，电流值下降为起动电流20 A。
而电动机加载后，电流迅速上升，随后维持在A左右。
同样，图3(c)中，在加载后电动机转矩也随之增加，达到给定值Te=80 N·m。
图3(d)反应了系统坐标变换模块和函数运算模块变换后输出信号波形，经2r/3s变换后的三相调制信号的幅值在调节过程是逐步增加的，信号幅值的提高，保证了电动机电流在起动过程中保持不变。
图3(e)与图3(f)分别反映了电动机在起动过程中定子绕组产生的旋转磁场和电动机的转矩-转速特性，图3(e)可以看出，定子磁链的轨迹一开始并不规则，而且在不断变化，但是随着时间的变化，磁链轨迹开始呈现规则图形，保持稳定，这是因为电动机在零状态起动时，电动机磁场有一个建立过程，在建立过程中磁场变化是不规则的，随着时间的推移，磁场逐渐规则如图3(e)所示。
而磁场的变化则会影响转矩的变化，图3(f)所示转矩在一开始即电动机零状态起动时，大幅度变化，当磁场变化逐渐规则时，转矩变化也开始在小范围内波动，几乎保持稳定。
电动机的转矩-转速特性反映了通过矢量控制能使电动机保持恒转矩起动,并且调节ASR的输出限幅可以改变最大输出转矩。
图3 仿真波形图3 结语针对直接转子磁场定向矢量控制系统的缺点，在分析转差频率矢量控制系统方法原理的基础上，构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对这种模型进行了仿真研究与分析。
在仿真实验过程中，为了获得较好的仿真波形，作者进行了大量的参数优化设计。
实验中发现：系统中PI调节器的比例系数K1、积分系数K2与坐标变换模块输出信号的放大系数需要配合调节，当偏差较大时，调节K1，以快速减少偏差；当偏差达到要求后，调节K2，以消除稳态误差。
同时要配合调节坐标变换模块输出信号的放大系数，这样才能保证PWM发生器输出正确的三相调制信号波形。
仿真与实验结果验证了转差频率矢量控制的异步电机调速系统具有良好的动、静态控制性能。
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