Matlab交流电机矢量控制仿真设计(2)
4.4 间接定向的转差型矢量控制系统仿真系统 33
4.5 系统性能分析 34
5 总结与展望 38
致 谢 39
参考文献 40
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
矢量控制是电机统一理论。在MATLAB环境下，可以建立电动机矢量控制系统仿真模型，可以快速有效节省控制系统的设计时间，及时验证系统的算法，同时可以利用计算机仿真的便捷性，加入扰动和参数变化以后可以观察在不同情况下的动静态特性。
本课题要求了解矢量控制技术的基本原理和方法，确定系统控制方案，运用MATLAB搭建仿真模型，并对其进行仿真设计。
20世纪70年代德国专家提出了矢量变换控制原理，完美解决了交流电机的转矩控制问题，从此进入了交流调速与直流调速相竞争的时代。现在广泛的应用变频调速技术对电机进行节能技术改进，许多变频调速技术利用矢量控制原理，可以使高性能控制动态反响好、效率快、价格低、高精度等特点，从而使交流电动机可以有效地节省电量，取得良好的经济效益。最终交流电机的性能可与直流电机相媲美。
其实本质就是将交流电动机等同于直流电动机，然后对速度，磁场进行单独控制。通过控制转子磁链，接着分解定子电流获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。
1.2 国内外研究现状与水平
1.3 发展趋势
1.4 课题研究的主要内容
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实际应用的高性能异步电机调速系统。这两种方案作为高性能的调速系统，都能实现较高的静、动态性能，但两种系统的具体控制方法不一样，因而具有不同的特色和优缺点，除了普遍适用于高性能调速以外，又各有所侧重的应用领域。针对目前变频器技术的两种技术“矢量控制”及“直接转矩控制”，上海大学的陈伯时教授在《交流变频传动控制的发展》的报告中，就两种控制原理进行了深入的对比，得出了技术本身并无本质差别、各有优缺点的结论。对比直接转矩控制系统，矢量变换控制系统有可连续控制、调速范围宽等显著优点，且多年来在简化矢量变换控制系统方面亦己获满意的结果，为此矢量变换控制系统仍不失为现代交流调速的重要方向之一。
本文的主要工作：
（1）了解异步电动机在三相静止、二相旋转坐标系下的动态数学模型；
（2）阐述矢量控制技术的基本原理、坐标变换及磁链定向等方法；
（2）研究SVPWM控制算法，建立其仿真模型；
（3）应用MATLAB/SIMULINK仿真工具，建立磁链开环、间接定向的转差控制矢量控制系统的仿真模型，并对其进行分析研究，改善系统性能。
2 异步电动机多变量数学模型
2.1 多变量数学模型
一般来说，交流变速传动系统，特别是变频传动系统的控制是比较复杂的，要设计研制一个品质优良的系统，要确定最佳的控制方式，都必须对系统的静态和动态特性进行充分的研究。交流电机是交流变速传动系统中的一个主要环节，其静态和动态特性以及控制技术远比直流电机复杂，而建立一个适当的异步电机数学模型则是研究交流变速传动系统静态和动态特性及其控制技术的理论基础。
2.1.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型
异步电动机是一个高阶、非线性和强耦合的多变量系统。这是因为首先异步电动机在进行变频调速时，电压和频率之间必须进行协调控制，故输入变量有电压和频率。而在输出变量中，除转速以外，由于在调速过程中必须保持磁通为恒定，所以磁通也是一个控制量，而且是一个独立的输出量。再考虑异步电动机是三相的，所以异步电动机的动态数学模型是一个多输入、多输出(多变量)的系统，而电压(电流)、频率、磁通、转速之间又相互影响，所以它是一个强耦合的多变量系统。其次，异步电动机的电磁转矩是磁通和电流相互作用产生的，旋转感应电动势是转速和磁通相互作用产生的，因此，在数学模型中会含有两个变量的乘积项，再考虑磁饱和的因素，所以异步电动机的数学模型是一个非线性的系统。最后，由于异步电动机定、转子三相绕组中的电流产生的磁通存在电磁惯性，转速的变化存在机械惯性等因素，所以异步电动机的数学模型是一个高阶系统。