转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模
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异步电动机矢量控制系统仿真研究
异步电动机矢量控制系统仿真研究摘要：本文以异步电机矢量控制原理为基础，通过坐标变换和转子磁链位置计算，利用Matlab/Simulink 构建一种异步电动机矢量控制系统的模型。
通过仿真不仅验证了模型的正确性，而且还为实际调速系统控制算法实现提供可靠的分析依据。
关键词：矢量控制；异步电动机；Matlab/Simulink1 引言直流电动机调速系统具有优良的静、动态调速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机电磁转矩能够容易而灵活地进行控制[1-2]。
在1971 年德国学者提出的矢量变换控制方法中，正交旋转坐标系的直轴励磁轴（M）与转子磁场重合，交轴为转矩轴（T），转子磁场的交轴分量为零，电磁转矩的方程得到简化，即在磁场恒定的情况下，电磁转矩与交轴电流分量成正比，因此，感应电机的机械特性与他励直流电机的机械特性完全一样，实现了磁场和转矩的解耦控制。
像直流调速系统一样，实现了交流电动机的磁通和转矩分别独立控制，从而使交流电动机具有了直流电动机的全部点。
由于直轴和转子磁场重合，因此也称转子磁场定向控制[3-5]。
2 转子磁场定向（FOC）控制框图矢量控制系统的结构图如图1所示。
系统的给定量有参考转速和参考磁链，其总的控制思路是：给定磁链除以1/Lm输出励磁电流给定值，给定转速与电机反馈转速相比较后，通过速度调节器，输出转矩信号的给定值，电机三相实际输出电流经过坐标变换，解耦为实际励 磁电流分量和转矩电流分量。
励磁给定值与实际励磁电流，转矩信号给定值与实际转矩电流分量分别经过pi调节器后，经过旋转逆变换，换算成两相静止坐标下矢量调制信号αU 、βU ，再由SVPWM算法得到PWM脉宽调制信号，去驱动控制逆变器的功率开关器件IGBT，最终实现了异步电机转矩的有效控制[4-5]。
PI图1 异步电动机矢量控制系统结构图3 系统仿真模型的建立 系统的仿真模型如图2所示：图2 异步电动机矢量控制系统仿真图3.1 主要仿真模块介绍3.1.1 速度、转矩、磁链调节器模块三个调节器的参数值如表1；三个调节器的内部接线结构如图3所示。
基于三电平异步电机转差频率矢量控制的仿真研究
Ｓｉ ｌｔ ｎ Ｓｔ ｄ ｆ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒｉ Ｓｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ｍｕａ ｉ ｕ ｙ ｏ ｏ Ａｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ Ｍｏ ｏ ｎ ｉ Ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｐ Ｃｏ ｔ Ｉ ａ ｅ ｏ ｒ ｅ １ｖ Ｉ ｎ ｒ ｓ ｎ Ｔｈ ｅ ． ｅ ｏ Ｂ ｅ
Ｋ ｙ ｗｏ ｄ ｅ ｒ ｓ：ｓ ｐ ｆｅ ｕ ｎ ｙ；ｔ ｒ ｅ ｌ ｖ ｌ ｉ ｌｔ ｎ；ｖ ｒａ ｌ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｅ ｄ ｒ ｇ ｌｔ ｎ ｌ ｑ ｅ ｃ ｈ ｅ － ｅ ；ｓｍｕ ａ ｉ ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ｉｂ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｐ ｅ ｅ ｕ ａｉ ｒ ｏ
后感 应 电机 也 在 工 业 领 域 得 到 广 泛 的 普 及 ， 着 随
过 续 流二 极 管 并 对 电容 Ｃ 充 电 ， 该 相输 出 电压 则
为 Ｖ ＝ 一 Ｅ ２ ／。
Ｒ ＋， Ｊ Ｐ
１
一
坐 标 系 表 示 同 步 旋 转 坐 标 系 ， 中 其
（ ｇ ｅ ｚｔ ｎ 轴 固 定 在 磁 链 矢 量 上 ， （ｏｑ ｅ ｍａｎ ｔ ａｉ ） ｉ ｏ Ｔ ｔｒｕ ） 轴 超 前 轴 ９ 。 ０ 。该 坐 标 系 和 磁链 矢 量 一 起 在 空 间 以同 步 角 速 度 ｔ 旋 转 ， 控 制 的 基 本 方 程 式 Ｏ 其
如下 ：
ｌ
Ｌ
， Ｐ Ｊ
Ｏ Ｊ１
一 ｗＬ
Ｌ Ｐ Ｌ
Ｒ ＋ Ｌ Ｐ
一
一
， Ｐ Ｊ
一
电压 方 程 ：
三
Ｒ ＋ Ｌ Ｐ
Ｙ
Ｌ
Ｐ
Ｒ ４ －Ｌ Ｐ
式 中 ：。 “ “ ／ 分 别 为 定 、 子 电 压 的 转 矩 分 ｕ ／ ， ￣ ｒ ｔ 转 量 和励 磁 分 量 ； 为 定 子 电 阻 ； Ｌ Ｒ Ｌ ， 为 定 子 、 转 子 绕 组 自感 ； 为 微 分 算 子 ； 为 异 步 电 动 机 为例 ， 给 ｓ 以 当 和 Ｓ 导 通 触 发 脉 冲 ， 和 ｓ Ｓ 关 断 ， 源 对 电容 Ｃ 充 电 ， 电 。 如 忽略 Ｓ 和 ｓ： 压 降 ， 该 相 输 出 电 压 为 Ｖ ＝Ｅ 管 则 ／ ２ 。当 给 ｓ 和 Ｓ， 导通 触 发 脉 冲 时 ， 和 ｓ Ｓ。 关 断 ， 若 负 载 电 流 为 流 入 方 向 ， 电 源 对 电容 ｃ。 电 ， 则 充 电 流流 过 箝 位 二 极 管 Ｄ 和 Ｓ 此 时 该 相 输 出 端 电 压 Ｖ ＝ 若 负 载 电流 为 流 出 方 向 ， 流 先 流 过 ０； 电
异步电动机矢量控制系统的仿真
异步电动机矢量控制系统仿真1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真1.1 异步电动机矢量控制原理异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得应用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。
本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。
图1矢量变换控制系统仿真原理图如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。
（1）（2）（3）（4）（5）上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率；是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。
图4所示控制系统中给定转速与实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。
、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，与ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。
和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，与定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。
1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。
图2 电流控制变频模型图整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、磁场定向模块、滞环电流调节器、IGBT逆变器元件、异步电动机元件以及测量和显示模块。
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真
此时加入负载后，在加入负载的一瞬间，转速略有下降，但过一 会儿基本能恢复。 5.1.2 加入积分环节 （1）Ki=10。
图 5.1 转差频率的异步电动机矢量控制仿真图 表 5.1 仿真模块参数
仿真模块参数值 电源 电动机 电压 Un 定子电阻 Rs 转子电阻 Rr 互感 Lm 漏磁系数 σ 加载时间 算法 0.0072 380V 频率 fn 0.435Ω 定子漏感 L1s 0.816Ω 转子漏感 L1r 0.0069mH 转动惯量 J 0.0056 极对数 P 负载设定 TL 0.45s 加载值 仿真参数 ode5 步长 G4 2 G5 30/pi 50Hz 0.002mH 0.002mH 0.19kg*m2 2 65N*m 1.00E-05 G6 Pi/30 510V
升降，整个调速过程更为平滑。工业用的变频器通常会使用这个方案。 根据系统原理图和式（2.1）至式（2.4）进行分析，转子磁链保持 不变的情况下，定子电流 i1t 决定电机转矩的大小（2.1），通过 i1t 可 以计算出 ωs 的大小（2.4），转子总磁链 Ψr 可由 i1m 可以计算出。通过 公式间的转换，在磁通大小不变的前提下，最终可以得到
135
（2）K=1。
电子技术
图 4.3 转速调节器模块 系统图中的其他模块，在 Simulink 模型库里都有现成模型，所以 PWM 模块、三相异步电动机模块、整流模块、测量模块等就不一一 例举，通过将上述模块整合到一起，可建立对转差频率矢量控制系统 原理图的仿真模型，完成仿真。如图 5.1 所示。仿真的参数表 5.1 所示。
图 4.1 函数运算模块 4.3 坐标变换模块 如图 4.2 所示，模块由 G3、dq0-to-abc、sin、cos 模块等构成， 主要是利用 Simulink 中的函数公式，搭建数学变换模型。实现二相 旋转坐标系到三相静止坐标的转换，dq0-to-abc 的输出是 PMW 的三 相调制信号，G3 对输出信号进行衰减，使其的幅值小于 1，满足输 出信号的要求。衰减系数可在调试时，先断开输出，根据信号的大 小计算衰减系数。
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真
转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真摘要本文主要进行MATLAB对异步电动机转差频率控制系统仿真，分析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。
在此基础上介绍了异步电动机的坐标变换，对异步电动机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述。
最后，对仿真结果进行分析，总结出如下结论：采用转差频率矢量控制的矢量控制系统具有良好的控制性能。
关键词：转差频率，矢量控制，异步电动机Induction Motor Slip Frequency Indirect Vector ControlOf Matlab 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 MATLAB和Simulink概述 (2)1.3转差频率控制的调速系统 (4)1.3.1转差频率控制的基本概念 (4)1.3.2基于异步电动机稳态模型控制的转差频率控制规律 (5)2异步电动机转差频率间接矢量控制交流调速系统 (8)2.1异步电机的特点 (8)2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (8)2.2.1电压方程 (9)2.2.2磁链方程 (10)2.2.3转矩方程 (11)2.2.4电力拖动系统运动方程 (12)2.3矢量控制技术思想 (13)2.3.1坐标变换 (14)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 (19)2.3.3异步电机在两相静止坐标系（ 坐标系）上的数学模型 (21)2.3.4异步电机在两相同步旋转系上的数学模型 (22)2.3.5三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 (22)2.4基于转差频率矢量控制调速系统的组成 (23)2.4.1基于转差频率间接矢量控制调速系统的工作原理 (23)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 (26)3.1 PWM逆变器 (26)3.2控制电路的设计 (27)3.2.1转速PI调节器的设计 (27)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交流技术诞生于19世纪，但由于其性能无法与直流调速技术相比，所以过去的直流调速技术一直在电气传动领域中占统治地位。
矢量控制异步电动机调速系统仿真设计
摘要近年来，随着电力半导体器件及微电子器件特别是微型计算机及大规模集成电路的发展，再加上现代控制理论，特别是矢量控制技术向电气传动领域的渗透和应用，使得交流电机调速技术日臻成熟。
以矢量控制为代表的交流调速技术通过坐标变换重建电机模型，从而可以像直流电机那样对转矩和磁通进行控制，交流调速系统的调速性能已经可以和直流调速系统相媲美。
因此，研究由矢量控制构成的交流调速系统已成为当今交流变频调速系统中研究的主要发展方向。
最后，综合矩阵变换的控制策略及异步电动机转子磁场定向理论，采用计算机仿真方法分别建立了矩阵变换仿真模型以及基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统仿真模型，对矩阵变换的控制原理、输入、输出性能以及矢量控制系统的优质的抗扰能力及四象限运行特性进行分析验证，展现了该新型交流调速系统的广阔发展前景，并针对基于矩阵变换的异步电动机矢量控制系统的特点，着重对矢量控制单元进行了软件设计。
本设计研究的是矢量控制的异步电动机的调速系统，采用MATLAB软件在其simulink中进行仿真。
关键词：坐标变换矢量控制异步电动机MATLAB simulink仿真ABSTRACTIn recent years, with the development of the power semiconductor device，the microelectronics component, the microcomputer and large-scale integrated circuit and modern control theory, especially the penetration from vector control technology to electric drive field and application, the feasible AC motor speed regulation technology has become more mature day by day.Depend on the control principle of the MC and the rotor-flux orientation theory, and using the computer simulation technology, the simulation model of the MC and the matrix converter fed induction motor vector control drive system has been build. The input-output characteristic and the ability of four-quadrantoperation have been testified, which has proved that the system has wide application field. The software of the vector control unit was designed at the end.This design is the study of vector control of the induction motor speed control system,using MATLAB software in its simulink simulation.Key words: matrix converter vector control induction motor MATLABsimulink simulation.目录1摘要......................................................................................... ABSTRACT .. (I)一.绪论 (4)1.1引言41.2 交流调速技术概况71.3仿真软件的发展状况及应用81.4 MATLAB 概述81.5 Simulink 概述11二.矢量控制理论 (12)2.1 异步电机的动态数学模型122.2 坐标变换162.2.1变换矩阵的确定原则162.2.2功率不变原则162.3矢量控制182.3.1 问题分析182.3.2直流电机的转矩控制182.3.3异步电机的转矩分析192.3.4 矢量控制原理19三. 总体模块设计 (22)3.1矢量控制结构框图223.2各子系统模块233.2.1求解磁链模块233.2.2 求解转子磁链角模块243.2.3 ids*求解模块243.2.4 iqs*求解模块253.2.5 ABC到DQ坐标变换模块253.2.6 DQ到ABC坐标变换模块263.3 电机参数设置263.4矢量控制环节模块283.5矢量控制的异步电动机调速系统模块28四. Simulink 仿真 (30)五. 结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录1 3s/2r 坐标变换 (41)附录2 ω*=100和ω*=150时的比较 (43)一.绪论1.1引言交流电机特别是鼠笼异步电机，由于结构简单、制造方便、价格低廉，而且坚固耐用、惯量小、运行可靠、很少需要维护、可用于恶劣环境等优点，在工农业生产中得到了广泛的应用。
异步电机矢量控制Matlab仿真实验(矢量控制部分).
学号：课程设计题目异步电机矢量控制Matlab仿真实验（矢量控制部分）学院专业班级姓名指导教师2015 年 1 月7 日目录1 设计任务及要求 (1)2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统基本原理 (1)2.1异步电动机矢量控制的基本思想 (1)2.2异步电动机矢量控制系统具体分析 (2)2 坐标变换 (3)2.1 坐标变换基本思路 (3)2.2 三相——两相坐标系变换 (4)2.3 静止两相——旋转正交变换 (5)3 转子磁链计算 (6)4 矢量控制系统设计 (7)4.1 矢量控制系统的电流闭环控制方式思想 (7)4.2 异步电动机矢量控制MA TLAB系统仿真系统设计 (8)4.3 PI调节器设计 (10)5 仿真结果 (11)5.1 电机定子侧的电流仿真结果 (11)5.2 电机输出转矩仿真结果 (12)5.3 电机的转子速度及转子磁链仿真结果 (12)心得体会 (14)参考文献 (15)摘要异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律。
异步电动机的物理模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，需要用一组非线性方程组来描述，所以控制起来极为不便。
异步电机的物理模型之所以复杂，关键在于各个磁通间的耦合。
如果把异步电动机模型解耦成有磁链和转速分别控制的简单模型，就可以模拟直流电动机的控制模型来控制交流电动机。
矢量控制系统是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了按转子磁链定向矢量控制系统的电流闭环控制的设计方法。
并用MATLAB进行仿真。
关键词：异步电动机矢量控制电流闭环 MATLAB仿真异步电机矢量控制Matlab 仿真实验（矢量控制部分）1 设计任务及要求异步电动机额定数据：三相20050 2.21430r/min,14.6,0.877, 1.47s r V Hz kW N m R R ∙=Ω=Ω，，， 2015.0,2,8.160,,142.165m kg J n mH L L L mH L p m s r s ∙=====采用二相静止坐标系（α-β）下异步电机数学模型，利用MATLAB/SIMULINK 完成异步电机的矢量控制系统仿真实验。
异步电动机转差频率矢量控制系统仿真
异步电动机转差频率矢量控制系统仿真摘要:异步电动机本身是一个非线性、强耦合、高阶次的控制对象,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异步电动机分析。
采用矢量控制策略,按转子磁场准确定向控制,转速采取转差频率控制,电动机定子电流频率始终跟随转子的实际转速同步升降,使转速的调节更为平稳。
关键词:异步电动机矢量控制转差频率因其结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、维护方便等特点,异步电动机在生产和生活中得到广泛的应用。
随着新型电力电子元件的出现,使得异步电动机的调速成为可能。
但异步电动机本身是一个非线性、强耦合、高阶次的控制对象,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异步电动机分析。
本文将矢量控制与转差频率控制相结合,在转速变化过程中,电动机的定子电流频率始终跟随转子的实际转速同步升降,使转速的调节更加平滑。
1 异步电动机转差频率矢量控制系统转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的原理如图1所示。
该系统主电路采用SPWM电压型逆变器,这是通用变频器常用的方案。
转速采用转差频率控制,即异步电动机定子角频率由转子角频率和转差角频率组成,即:(如图1)由式(2)～式(4)可以看到,保持不变时,定子电流的转矩分量可以控制电动机转矩,同时也可以控制;定子电流的励磁分量可以控制转子磁链的大小。
如保证磁通不变,则,由式(4)可得:2 仿真系统模型系统的控制部分由给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节组成。
其中给定环节有定子电流励磁分量和转子速度。
3 控制系统仿真电动机和变频器的参数如表1所示。
由表1知,电动机定子绕组自感Ls= Lm+L1s=(0.069+0.002)mH=0.071mH;电动机转子绕组自感Lr=Lm+L1r=0.071mH;电动机漏磁系数=0.056;转子时间常数=0.071/.816=0.087。
电动机给定转速1400r/min。
在启动后0.45s加载TL=65N·m。
转差频率控制的新型异步电机矢量控制调速系统的研究和仿真_周通 (1)
相鼠笼式异步电机的矢量控制方程。
i= 1 i T p+ 1
L T=n i i
L w = 1i
Ti
（1） （2） （3）
w = w +w
（4）
上列各式中，i 是转子励磁电流参考值；?
是转差角频率给定值；i 是定子电流的励磁分量；
Âi 是定子电流的转矩分量；? 是定子输入角频
率；? 是转子速度；q 是转子磁场定向角度；T 是
动人的积极性，发挥人的主导作用。为此，可采取以 量和消除质量通病起到了积极作用，收到了明显的 组织系统和质量管理的综合运行机制，保证质量保
项目经理的管理目标和管理职责为中心，合理组建 效果。
证体系能够处于良好的状态。正确处理好施工过程
项目管理机构，配备合格的管理人员；严格实行分
施工方法是实现工程建设的重要手段，采用 安排和施工质量形成的关系，使两者能够相互协
等的质量控制。各类工程材料是工程施工的物资条 件、施工质量管理环境和施工作业环境的控制。环 道路的畅通，安排好特殊环境下施工作业的通风照
件，材料质量是工程质量的基础，材料质量不符合 境因素对工程质量的影响，具有复杂而多变以及可 明措施。
要求，工程质量就不可能符合标准。所以加强材料
的质量控制，是提高工程质量的重要保证。在施工
图 4 a 相电流波形
真模型的静、动态性能，系统空载起动，待进入稳态 建模控制器参数计算方法的合理性和有效性。
后，在 t=3s 突加负载 TL＝200Nm，可得系统转速、
5 结论
转矩、a 相电流和定子磁通波形如图 3、4 所示。
本文在分析交流异步电机转差频率矢量控制
由仿真波形可以看出，在 1450r/min 的参考 的基础上，提出了一种新型的基于 Matlab 的交流
异步电动机矢量控制系统仿真模型设计本科本科毕业论文
异步电动机矢量控制系统的仿真模型设计中文摘要：矢量控制是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的，它的思想就是将异步电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换，将定子电流矢量分解为按转子磁场定向的两个直流分量并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果。
本文针对异步电动机磁链闭环矢量控制进行研究和探索。
通过空间矢量的坐标变换，对系统进行建模，其中包括直流电源、逆变器、电动机、转子磁链电流模型、ASR、ATR、AΨR 等模块。
并对控制系统进行了MATLAB/Simulink仿真分析。
关键词：异步电动机、矢量控制、MATLAB仿真Abstract：Vector control(VC) is based on motor unification principle,energy conversion and vector coordinate transformation theory.By transforming coordinate, The stator current is decomposing two DC parts which orientated as the rotator magnetic field and controlled respectively.So magnetic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. This paper does some research works of the asynchronous motor flux vector control closed-loop research and exploration. Through the space vector coordinate transformation, and the modeling of system,including DC power supply, inverter, AC motor, rotor flux current model, the ASR, ATR,AΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis.Key Words：Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation一、绪论1、交直流调速系统的相关概念及比较交流调速系统是以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统。
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转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模***（江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122）摘要：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／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。
关键词：转差频率；交流异步电动机；矢量控制；MatlabModeling and Simulation of induction motor vector controlsystem Based on Frequency controlLuxiao(School of Communication and Control, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214036，China) Abstract: Vector control is an advanced AC motor control, this paper dynamic mathematical model of induction motor, slip frequency vector control of the basic principles and concepts are briefly introduced, and combined with Matlab / Simulink software package ,give the slip frequency vector Control System of the simulation model of the induction motor .Showed the simulation results, and simulation results under different parameters were compared. The method is simple, high control precision, can better analyze the AC induction motor drive system of the performance.Keywords: AC asynchronism motor; vector control; modeling and simulation; Matlab;引言：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。
所谓矢量控制就是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组等效的直流电机模型，以便按照对直流电机的控制方法对异步电动机进行控制。
因此，它可以实现对电机电磁转矩的动态控制，优化调速系统的性能。
Matlab是一种面向工程计算的高级语言，其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的效率和可靠性。
本文在此基础上构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统，包含了给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节，并给出了仿真结果。
1．异步电动机的动态数学模型异步电动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。
在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设：1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布。
2） 忽略励磁饱和，认为各绕组的自感和互感都是恒定的。
3） 忽略铁心损耗。
4） 不考虑频率变化和温度变化对绕组的影响。
无论电动机转子是绕线形还是笼形，都将它等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。
这样，电机绕组就等效成图1所示的三相异步电动机的物理模型。
图中，定子三相绕组轴线A 、B 、C 在空间是固定的，以A 轴为参考坐标轴；转子绕组轴线a 、b 、c 随转子旋转，转子a 轴和定子A 轴间的电角度θ为空间角位移变量。
规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。
这时，异步电动机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。
图1 三相异步电动机的物理模型三相定子的电压方程可表示为：111A A A B B B C C C d U ri dt d U ri dt d U ri dt ψψψ⎧=+⎪⎪⎪=+⎨⎪⎪=+⎪⎩(1) 方程中，A U 、B U 、C U 为定子三相电压；A i 、B i 、C i 为定子三相电流；A ψ、B ψ、C ψ为定子三相绕组磁链；1r 为定子各相绕组电阻。
三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为：222a a a b b b c c c d U r i dt d U r i dt d U r i dt ψψψ⎧=+⎪⎪⎪=+⎨⎪⎪=+⎪⎩(2) 方程中，a U 、b U 、c U 为转子三相电压；a i 、b i 、c i 为转子三相电流；a ψ、b ψ、c ψ为转子三相绕组磁链；2r 为转子各相绕组电阻。
磁链方程为：A A AA AB AC Aa Ab Ac B B BABB BC Ba Bb Bc C C CA CB CC Ca Cb Cc aAaB aC aa ab ac a a bAbB bC ba bb bc b b cA cB cC ca cb cc c c i L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L L L L L L L i L L L L L L i L L L L L L i ψψψψψψ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (3) 式中，L 是6×6电感矩阵，其中对角线元素AA L 、BB L 、CC L 、aa L 、bb L 、cc L 是各有关绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。
电磁转矩方程为：12T e p L T n i i θ∂=∂ (4) 式中，p n 为电机极对数，θ为角位移。
运动方程为： e l p J d T T n dtω-= (5) 式中，e T 为电磁转矩；l T 为负载转矩；ω为电机机械角速度；J 为转动惯量。
2． 转差频率控制的异步电动机矢量控制系统原理转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统的原理如图3所示。
该系统主电路采用了SPWM 电压型逆变器，这是通用变频器常用的方案。
转速采取了转差频率控制，即异步机定子角频率1ω由转子角频率ω和转差角频率S ω组成（1S ωωω=+），这样在转速变化过程中，电动机的定子电流频率始终能随转子的实际转速同步升降，使转速的调节更为平滑。
图2 转差频率控制的异步电动机矢量控制系统原理框图按转子磁链定向二相旋转坐标系上的转子磁链电流模型是通过检测定子三相电流和转速r ω计算转子磁链，三相定子电流经3s/2r 变换得到定子电流的励磁分量sm i 和转矩分量st i 。
并由异步电动机的矢量控制方程式：1m e P st r r m st s r r m r sm rL T n i L L i T L i T p ψωψψ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪+⎩ (6) 通过矢量控制方程（6），可以计算电动机转差S ω和定子频率1ω（1S ωωω=+），电动机转子磁链r ψ。
从矢量控制方程式中可以看到，在保持转子磁链r ψ不变的控制下，电动机转矩直接受定子电流的转矩分量1t i 控制，并且转差S ω可以通过定子电流的转矩分量1t i 计算，转子磁链r ψ也可以通过定子电流的励磁分量1m i 来计算。
在系统中以转速调节器ASR 的输出为定子电流的转矩分量1t i ，并通过计算得到转差S ω。
如果采取磁通不变的控制，则0r p ψ=，由式（6）可得：1r m m L i ψ=，11/s t r m i T i ω=。
由于矢量控制方程得到的是定子电流的励磁分量，而本系统采用了电压型逆变器，需要相应的将电流控制转换为电压控制，其变换关系为11sm s m s st u R i L i ωσ=- (7)11()st s sm s s s t u L i R L p i ωσ=++ (8)式中，sm u 、st u 为定子电压的励磁分量和转矩分量；σ为漏磁系数，1/m s r L L L σ=-。
sm u 、st u 经过二相旋转坐标系/三相静止坐标系的变换（2r/3r ），得到SPWM 逆变器的三相电压控制信号，并控制逆变器的输出电压。
3． 基于Simulink 的转差频率控制的矢量控制系统模型的建立根据转差频率控制的异步电动机矢量控制调速系统的原理，先行设计转速调节器、PI 调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM 脉冲发生器等环节。
3．1转速调节模块转速调节器模块仿真模型如图3所示：图3 转速调节器模块其中给定环节有定子电流励磁分量im*和转子速度n*。
放大器G1、G2和积分器组成了带限幅的转速调节器ASR 。
根据角频率，经过转速调节器得到转矩电流的给定值。
3．2 函数运算模块函数运算模块的仿真模型如图4所示：图4函数运算模块它是根据定子电流的励磁分量 *m i 和*t i ，通过函数f （u ）计算得到转差s ω，然后经过和转子频率m ω相加得到定子频率1ω，根据定子频率和矢量转角的关系，对 1ω进行积分，最终得到定子电压矢量转角θ (theta) 。
3．3 坐标变换模块图5坐标变换模块其中，dq0 - to -abc 模块的搭建主要是根据坐标变换公式，利用Simulink里的数学函数模块搭建而成，其主要功能是实现两相旋转坐标系至三相静止坐标系的变换，其输出是三相PWM变换器的三相调制信号，最后触发逆变器的功率管得到拖动异步电动机所需的三相交流电源，完成闭环的控制过程。
3．4 转差频率控制的矢量控制系统仿真模型图6转差频率控制的矢量控制系统仿真模型4．仿真结果该仿真模型中，各放大器的参数如下：放大器放大倍数放大器放大倍数G1 35 G4 2G2 0.15 G5 9.55G3 0.0076 G6 9.55N.m。
该系统是比较复杂的系统，收敛是仿真计算中经常出现的问题，经试用各种计算方法，选择10 。