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拖动系统课程设计
报告书
题目: 无速度传感器感应电机矢量控制系统设计与仿真
专业:
姓名:
学号:
指导教师:
课程设计任务书
课题名称 主要任务与目标 矢量控制,也称磁场定向控制。它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出,以直流电动机和交流电动机比较的方法分析阐述了这一原理,由此开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河。
一、该同学的主要任务
1、查找文献,掌握异步电动机矢量控制变频调速系统的基本控制原理2、设计3、应用MATLAB软件对所设计的系统进行建模4、对系统进行仿真试验,分析系统的动静态性能。
二、目标
1、系统可以实现异步电动机的变频控制;
2、系统具有良好的调速性能;
3、系统具有较好的控制精度; 主要内容 本课题以DSP为控制器,采用转子磁场定向的矢量控制方式,设计异步电动机的变频调速系统。该同学的主要承担系统仿真试验。
主要内容:转子磁场控制算法设计速度调节器、电流调节器设计、负载变化等抗干扰性能的仿真试验 主要参
考资料
一、主要参考文献
1、电力拖动控制系统;陈伯时,机械工业出版社;
2、电气传动的脉宽调制控制技术,吴守,机械工业出版社;
3、电力电子技术,浣喜明,高等教育出版社;
4、电动机的DSP控制,王晓明,北京航空航天出版社;
矢量变换控制(Transvector Control),也称磁场定向控制。它是由德国学者F.Blaschke等人在1971年提出的一种新的优越的感应电机控制方式,是基于dq轴理论而产生的,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。一般将含有矢量变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的控制,电动机才能获得最优的动态性能。本文介绍了矢量控制系统的原理及模型的建立,搭建了带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制无速度传感器调速系统的Simulink模型,并用MATLAB最终得到了仿真结果。
关键词:感应电机; 矢量控制; 磁链观测; 速度估算摘要 iv
目录 v
1 异步电机及Simulink模型 1
1.1 异步电动机的稳态等效电路 1
1.1.1 等效电路中各参数物理意义 1
1.1.2 感应电机功率流程 1
1.2 Simulink仿真基础 2
1.2.1 异步电动机Simulink模型 2
1.2.2 异步电动机模型参数设置 3
1.3 电机测试信号分配器模块及参数设置 4
2 矢量控制 5
2.1 矢量控制的基本思路 5
2.2 矢量坐标变换原理 7
2.2.1 定子绕组轴系的相变换(A-B-C和坐标系间的变换) 7
2.2.2 转子绕组轴系的变换(A-B-C和d-q坐标系间的变换) 8
3 电流正弦PWM技术 8
4 转子磁链模型的建立 9
4.1 基于电压电流模型设计转子磁链观测器 9
4.2 基于转差频率设计的转子磁链观测器 10
5 转矩计算模块 11
6 转速推算器的设计 11
6.1 基于转矩电流误差推算速度的方法 11
6.2 基于模型参考自适应方法(MARS)的速度估算 12
6.3 基于空间位置角的速度估算方法 13
7 感应电机矢量控制系统的Simulink仿真 13
8 结论 18
参考文献 19
附录1 基于的感应电机数学模型 20
附录2 基于dq0的感应电机数学模型 21
附录3 基于dq0的转子磁链定向感应电机数学模型 22
,即s(0s1)表示,按照定义,转差率与转速的关系为,式中——同步转速,。为供电电源频率;为电动机极对数。
异步电动机的稳态等效电路
根据电机学原理,在下述三个假定条件下:忽略空间和时间谐波;忽略磁饱和;忽略铁损。异步电动机的稳态模型可以用T形等效电路表示,如图所示。
异步电动机T形等效电路
等效电路中各参数物理意义
——定子每相绕组电阻和折合到定子侧的转子每相绕组电阻; —— 定子每相绕组漏感和折合到定子侧的转子每相绕组漏感;——定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感,即励磁电感;——定子相电压;——供电电源角频率,; ——定子相电流和折合到定子侧的转子相电流,箭头为规定正方向;——转差率
感应电机功率流程
感应电动机定子绕组从电源输入的有功功率为
其中一部分消耗在定子绕组铜耗及旋转磁场在定子铁芯中的铁损耗(由于,很低,而且转子铁芯也为迭片而成,所以转子铁耗忽略不计)。剩下的大部分即为通过电磁感应而进入转子的电磁功率,即
由T形等值电路可知,进入转子回路的电磁功率为
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