MATLAB的按定子磁链定向的异步电动机仿真.doc

《自动控制系统》 课程设计任务书 一、设计题目、内容及要求 1.设计题目：2.设计内容： 为状态变量的状态方程结构为核心，构建异步电动机仿真模型。要求： （1）； （2）、和经3/2变换模块，得到相应的两相电压，送入异步电动机仿真模型，输出两相电流经2/3变换模块，得到三相电流、和； （3）3.设计要求： ，，，，，，，，。 三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等） 课程设计说明书，异步电动机的仿真模型及仿真波形图。 四、进程安排 第二十周 周一：查阅资料，状态方程推导； 周二至周三：异步电动机数学建模并仿真； 周四：撰写课程设计说明书； 周五：课程设计答辩。 五、主要参考资料 [1] 陈伯时．电力拖动自动控制系统（第三版）．北京：机械工业出版社，2003． [2] 薛定宇．基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，2002． 目 录 1 引言 1 2 异步电动机动态数学模型分析 2 2.1异步电动机动态数学模型的性质 2 2.2异步电动机的多变量非线性数学模型 3 2.2.1电压方程 3 2.2.2磁链方程 4 2.2.3转矩方程 7 2.2.4电力拖动系统运动方程 8 2.2.5三相异步电机的数学模型 8 3 坐标变换和状态方程 10 3.1坐标变换的基本思路 10 3.2三相--两相变换（3/2变换） 11 3.3两相坐标系的数学模型 12 3.两相坐标系的状态方程 13 4 系统建模与仿真 16 4.1 Matlab/Simulink简介 16 4.2各模块模型实现 16 4.2.1 3/2变换模块模型 16 4.2.2异步电动机模块模型 18 4.2.3 2/3变换模块模型 19 4.2.4整体模块模型 20 4.3仿真参数设置 21 4.4仿真结果 24 5 结论 27 参考文献 28 异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式：有鼠笼式、绕线式异步电动机。 异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高。但它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。因此，在需要高动态性能的调速系统或伺服系统，异步电动机就不能完全适应了。要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。 系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。 近年来逐渐被大家认识的Matlab软件则很好的解决了系统建模和仿真的问题。异步电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。本次设计就是借助于Matlab软件的Simulink组件来建立异步电动机的动态数学模型，再按照定子磁链定向的方法来仿真分析异步电动机的运行特性。 2和电枢回路电磁时间常数，如果电力电子变换装置也计入控制对象，则还有滞后的时间常数。在工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单输入单输出）的三阶线性系统，完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展出来的工程设计方法进行分析与设计。 但是，同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。 1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。 由于这些原因，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统，可以用图1来定性地表示。 图1 异步电动机的多变量、强耦合模型结构 2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都