感应电机解耦控制系统的设计与仿真.docx

PAGE \* MERGEFORMAT- 37 - 感应电机解耦控制系统的设计与仿真 专业班级：J自动化1201 学生姓名：杨 燕 指导老师：张 浩 职 称：讲 师 摘要 感应电机是一个非线性、强耦合、多变量的系统，其转速与电磁转矩很难准确地控制，若要准确地控制，需要分析感应电机的转矩和磁链控制的规律，使其转矩与转子磁链实现解耦。解耦控制系统采用某种结构和合适的控制规律来消除各个控制回路之间的 HYPERLINK /subview/5719652/5768814.htm \t _blank 耦合关系，使每一个输入信号只控制相应的一个输出信号，每一个输出信号又只受到一个输入信号的作用。 首先介绍了感应电机数学模型，接着描述了感应电机三相原始数学模型，证明三相电机的非独立性。然后根据感应电机的数学模型，实行坐标变换，并给出了相应的结构图。 其次介绍了解耦控制的方法及解耦控制系统的基本原理，描述了转子磁链的解耦控制。 最后，使用MATLAB搭建感应电机矢量控制系统的仿真模型。在空载和带负载的情况下，调节PID参数，得到比较好的模型。 实验表明：矢量控制的特点：1.按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦；2.对负载扰动有较强的抑制作用，响应速度快，鲁棒性能好；3.控制灵活；4.转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环节，可以采用磁链闭环控制，也可以采用开环控制。 关键词：感应电机，解耦控制，转子磁链，矢量控制，MATLAB  第一章 绪论 1.1 感应电机简介 感应电机（induction motor）又称“异步电机”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因此转子转动。 HYPERLINK /view/509193.htm \t _blank 定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转 HYPERLINK /view/351.htm \t _blank 磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。 感应电机以其转子结构简单、维护简便、价格低廉等一系列优点，成为应用最广泛的交流电机。但是，因为电磁转矩与电流、磁链之间的非线性耦合特性，在理论和实践的研究中，感应电机的精确转矩控制问题是极具挑战性的。随着非线性反馈控制理论的发展，解耦控制技术逐渐被应用到实际非线性系统问题的解决之中。 感应电动机根据转子绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕组式。鼠笼式感应电动机具有结构简单、维护方便、环境适应能力强、过流能力大等优点，受到工业界的广泛重视。鼠笼式感应电机的转子绕组本身成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体。绕线式感应电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。 1.3 感应电动机解耦控制技术 1.3.1 解耦控制技术的背景 在现代化的工业生产中，一些较复杂的设备或装置本身所要求的被控参数比较多，所以，需要设置多个控制电路控制这些设备。增加控制回路会导致它们之间产生相互影响的耦合作用，即系统中每个控制回路的输入信号对输出信号有影响，每个回路的输出信号也会受到输入信号的作用。我们几乎不可能实现每一个输入信号只去控制一个输出信号，这为解耦控制的出现奠定了基础。 1.3.2 解耦控制技术的概念  HYPERLINK /subview/471757/471757.htm \t _blank 解耦控制系统是指系统采用某种结构和合适的控制规律来消除各个控制回路之间的 HYPERLINK /subview/5719652/5768814.htm \t _blank 耦合关系，使每一个输入信号只控制相应的一个输出信号，每一个输出信号又只受到一个输入信号的作用。 解耦控制的不确定性是实际工程中普遍存在而又棘手的现象。解耦控制常用于多变量系统控制，是多变量系统控制的有效方法。 第二章 感应电动机的结构及数学模型 1.2 感应电动机控制系统的发展与现状 电机控制系统主要分速度控制和位置控制两大类。传统的电气传动系统一般指速度控制系统，广泛地应用于机械、矿山、化工、冶金、纺织、造纸、水利、交通等工业部门。对于位置控制（伺服）系统，目前国际上较多采用运动控制这一名称。运动控制系统通过伺服驱动装置将给定指令变成期望的机构运动，一般功率较小，并有定位要求和频繁起制动的特点，在导航系统、雷达天线、数控机床、加工中心、机器人、打印机、复印机、磁记录仪、磁盘驱动器、自动洗衣机等领域得到广泛应用。 感应电动机是一个多变量、非线性的被控制对象，过去的电压/频率恒定控制都是从电机稳态方程出发研究其控制特性，动态