基于MATLABSimulink交流电机变频调速系统仿真(正文)
基于MATLABSIMULINK的交流电机调速系统建模仿真
控制系统仿真姓名：__________________________班级：_______________________学号：____________________成绩：_________________________________ 2012年11月02日第三章直接转矩控制系统设计3.1直接转矩控制系统的组成：直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。
直接转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。
(1)磁链、转矩观测器：由电流、电压的采样值经过3/2变化按照电机数学模型计算出异步电机的定子磁链和转矩；(2)磁链调节器:为了控制定子磁链在给定值的附近变化，直接转矩控制系统采用两点式控制，输出磁链控制信号；(3)转矩调节器:利用转速调节器输出的给定转矩，也是采用两点式滞环控制，输出转矩控制信号，直接控制电机的转矩；(4)开关状态选择单元：根据定子磁链和转矩的控制信号以及定子磁链位置，输出合适的开关状态S abc来控制逆变器驱动电机稳定运行。
直接转矩控制系统是建立在静止定子坐标系下的，首先异步电机定子相电压、相电流的采样值经3/2坐标变换，得到：• 一一：坐标下的分量，再按照异步电机的定子磁链和转矩模型计算出实际转矩T e和定子磁链’ s的两个分量's，这样就可以计算出定子磁链幅值s i和磁链位置户n|。
将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器，转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩T；。
将给定转矩T；和*1*T送入转矩调节器，得到转矩控制信号F t,磁链调节器根据给定子磁链幅值p s|和转子磁链幅值卜s |的差值输出磁链控制信号F o最后开关状态选择单元根据磁链控制信号F、转矩控制信号F t和磁链位置户n I,查逆变器开关状态表，输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。
基于MATLAB_Simulink_语言的交流调速系统仿真
基于M A TLAB(Si m u link)语言的交流调速系统仿真ΞΞ华风雷 李志民包头钢铁学院 自动化与计算机工程系,包头014010关键词 系统;仿真;调速中图法分类号 TM921151:T P39119摘 要 介绍了用M A TLAB进行同步电动机调速系统仿真的全过程,并通过引入S函数,有机地将系统连接为一个整体,从而提供了一种解决问题的有效方法1Si m ulation of alternate adjustable speedsystem based on M AT LAB(Si m uli nk)H ua Fenglei L i Zh i m inD epartm ent of A utom ati on and Computer Engineering,U IST Bao tou,Bao tou014010,Ch inaKey words system;si m ulati on;adjustable speedAbstract T he p rocedure of si m ulati on w ith M A TLAB in synch ronous m ach ine adjustable speed system is introduced.S func2 ti on is utilized and integrated w ith the system o rganically,w h ich p rovides an effective m ethod of so lving p roblem. 计算机仿真是一门综合性技术,它应用范围很广,可用于工程系统、社会经济系统、生物系统等多方面1以前国内外,在介绍电力拖动控制系统数字仿真的文献中,大多采用BA S I C语言、FOR TRAN 语言或C语言,并有少部分文献中采用VB语言作为主要的程序设计语言1虽然这种面向对象的W indow s编程方式功能强大,为广大工程技术人员提供了很大便利,但这种从最底层进行编程的方式在效率上来讲是相当低的,大部分时间将花费在没有太大价值的重复性机械劳动上1因此,跟踪国际上最先进的控制系统仿真软件及发展,以当前最流行的M A TLAB语言为基本出发点来进行仿真研究,是很有必要的11 M A TLAB(Si m u link)与S函数〔1〕俗话说:“工欲善其事,必先利其器”1目前在国际、国内非常流行的是M A TLAB(Si m u link),它是M ath W o rk s软件公司为M A TLAB提供新的控制系统模型图形输入与仿真工具而推出的,它有两个显著的功能:Si m u(仿真)与L ink(链接)1M A TLAB 是一个高度的集成系统,集科学计算和图象处理于一身,具有编程效率高,开发周期短,程序运行可靠,实时性强等优点1用户建立起Si m u link系统模型时就会建立一个相应的S函数,它是Si m u link如何运作的核心所在1对于一个较简单的控制系统,可以利用Si m u link工具箱中的模块以结构图的形式进行建模仿真,并可以借助模拟示波器将仿真动态结果加以显示1然而对于一个较复杂的控制系统(如不能直接用传递函数加以描述或利用现有模块时)往往使人感到束手无策,此时应引入S函数1S函数定义了系统模型的动态特性,它有3种表现形式:(1)框图形式;(2)M文件形式;(3)M EX文件1在使用中,这3种方式各有优缺点1框图表示比较直观,容易构造,运行速度比较快;M文件编写灵活,适用面宽,但运行较慢;M EX文件运行速度最快1因此,使1998年第17卷包头钢铁学院学报Journal of Bao tou U niversity of Iron and Steel T echno logy 7 21第4期第280～283页Ξ1998-09-21收到第一作者:男,24岁,研究生用何种方式应视具体情况而定1在解决较复杂问题时,常常需要不同方法交叉使用1通常S函数的调用格式是:sys=m odel(t,x,u,flag),其中,m odel是用户定义的系统;t,x,u分别为当前时刻,状态变量和系统输入;flag返回当前系统信息1flag=0,返回变量和初始条件的维数;flag= 1,返回系统的状态导数;flag=2,返回离散状态x(n+1);flag=3,返回系统的输出向量y;flag= 4,更新下一个离散状态的时间间隔1在运用S函数进行仿真运算时,必须清楚地知道系统不同时刻所需要的信息,而这些信息的获取,可由在S函数中设置flag=0获取1另外,任何一种方式创建的S函数文件,在经过通用S函数模块(S2 functi on)处理后,将转变为用户自创建的Si m u link 模块,利用这种新模块仿真不会降低效率12 M A TLAB仿真指令的操作方式任何在Si m u link视窗中建立的方框图模型都可能在M A TLAB指令窗中被调用、仿真1在M A TLAB内部函数中有6种数值积分算法:lin2 si m,rk23,rk45,adam s,gear,eu ler等1这6种指令调用格式相同,下面以lin si m为例加以说明,其调用格式为:lin si m(‘m odel’,t f,x i,op ti on s,u t,p1,…,p10),这里需要说明的是:(1)除第一、第二输入参数外,其余输入参数均可省略;(2)输入参数m odel是模型的M文件名,在调用格式中必不可少;(3)输入参数t f 为仿真时区;(4)第三个输入参数x i是系统的初始状态;(5)第四个输入参数op ti on s是仿真算法参数设置向量;(6)输入参数u t是仿真系统的外部输入变量;(7)从第六个输入参数起的各参数是传递模型参数用的1用M A TLAB指令操作方式进行仿真,可以重新设置模块的初始值,指定比较复杂的外部输入函数u t,并可以动态地改变模块参数,这为系统仿真带来了极大的灵活性13 自控式同步电动机变频调速系统的仿真〔2,3〕以M A TLAB为工具,研究自控式同步电动机变频调速系统,其原理图如图1所示1图1 自控式同步电动机调速系统原理图F ig.1 Pr i nc iple chart of self-con trolledsynchronous m otor adjust able speed syste m 假设顺时针方向为正方向,则d,q轴和Α,Β轴之间的坐标变换关系如图2所示1图2 旋转变换矢量图F ig.2 Vector chart of rolli ng co mm ut ation 为了在转子转动的同时,改变同步电动机定子三相电流的频率,使得定子磁动势跟随转子同步旋转,进而保证电磁转矩恒定1因此,起动过程中定子电流随转子转动应变为i A=I m co s(Ξt+<)i B=I m co s(Ξt+<+2Π 3)i C=I m co s(Ξt+<-2Π 3),(1)式中,<为定子相电流初相角;Ξ为转子的转速(频率);空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到Α,Β坐标系的变换矩阵为T1;矢量从Α,Β坐标系变换到d, q轴坐标系的变换矩阵为T21 T1=231 -12 -120 32 -32, T2=co sΗ -sinΗsinΗ co sΗ,由此可知,空间矢量由三相定子坐标系A,B,C到d,q轴坐标系的变换矩阵为T=T2 T1,即182华风雷等:基于M A TLAB(Si m ulink)语言的交流调速系统仿真T =T 2 T 1=23co s Η co s (Η+2Π 3) co s (Η-2Π 3)sin Η sin (Η+2Π 3) sin (Η-2Π 3),(2)式中,Η=Ξt 1按转子磁链定向控制的凸极同步电动机数学模型为:U sd U s q U e00=r 2+pLd-ΞL dpL m d pL m d-ΞL m qΞL dr s +pLqΞL m dΞL m dpL m qpL m d 0r e +pL epL m d 0pL m dpL m dr D +pL D d0pL m q00r D +pL D q i sd i sqi e i D d i Dq1 根据电机学原理,直轴定子磁链为7s d =L d i s d +L m d (i e +i Dd ),式中,L d 为定子绕组d 轴等效电感;L m d 为定转子绕组之间在d 轴的互感1交轴定子磁链为7s q =L q i s q +L m q i Dq ,式中,L q 为定子绕组q 轴等效电感;L m q 为定转子绕组之间在q 轴的互感1在两绕组模型中,转子坐标系的定子电压矢量的两个分量为U sd =r s i sd -Ξ7s q U sq =r s i sq +Ξ7s d,由U s d ,U s q 经矢量变换T-1后,即可求得定子三相电压U A ,U B ,U C 1由电机学原理,转子磁链7e 为7e =L m d i s d +L e i e +L m d i Dd ,因阻尼电流i D d 不可测,故为了简化控制系统,可把定子电流矢量始终控制在T 轴(q 轴)上,即定子电流无M 轴(d 轴)励磁分量,那么上式转子励磁7e 可简化为7e =L e i e -L 2m d sr D +LD d s1转矩T d 为T d =p mL m dL e7e i s q 1同步电动机与外部机械负载的关系用机械方程表达如下T d -T L =Jd Ξd tΞ=d Ηd t ,式中,T L 为机械负载转矩;J 为折合到电机轴上的转动惯量1根据上述理论关系式即可容易地写出相应的S 函数,然后在Si m u link 下进行仿真1图3给出了在Si m u link 下的控制系统仿真框图1图3 自控式同步电动机仿真结构框图F ig .3 Si m ulation con struction of sel -con trolled synchronous m otor 图3中各模块含义说明如下:inp u t ——角速度Ξ给定值;slider ——滑块式比例放大器,可动态改变输入转速的大小;P I ——比例积分环节(K p +K is );——逆变器模块;282包头钢铁学院学报1998年12月 第17卷第4期V d 1,V d 2——矢量回转器;c m o to r ——同步电动机模块;1,2,3,…,9——分别为转矩、转速、电流、电压、磁链输出模块1其各变量波形如图4所示1图4 各变量仿真波形图F ig .4 O sc illogram of every var i able si m ulation (a )转矩波形;(b )转速波形;(c )q 轴定子电流波形;(d )转子磁链波形;(e )A 相电压波形;(f )定子三相电压波形4 结论在Si m u link 中应用S 函数进行电力拖动控制系统的仿真,可充分发挥M A TLAB 编程效率高、可靠性好、实时性强等优点1仿真结果表明:(1)在凸极自控式同步电动机转子磁链定向控制中,由于d 轴定子电流分量为零,d 轴阻尼绕组与励磁绕组是一对简单耦合的线圈,与定子电流无相互作用,实现了定子绕组与d 轴的完全解耦1(2)转矩方程中磁链7e 与电流i s q 解耦,7e 只由i e 产生1在电机运行的整个过程中,保证励磁电流i e =常数,那么电磁转矩将只与定子电流的幅值i sq成正比1(3)M A TLAB (Si m u link )可成功地应用于电力拖动控制系统,从而为电气传动系统提供了一种简便、直观、有效的仿真研究方法1参考文献1 魏克新1M A TLAB 语言与自动控制系统1北京:机械工业出版社,199712 李志民,张遇杰1同步电动机调速系统1北京:机械工业出版社,199613 曹立宇,李发海1自控式同步电动机的数学模型及稳态运行的分析1电工技术学报,1991,(8):1～5382华风雷等:基于M A TLAB (Si m ulink )语言的交流调速系统仿真。
基于MATLAB_Simulink的变频调速系统建模与仿真1
第 5 卷第 4 期
部绍明, 等: 基于 M A T L A B/ Simulink 的变频调速系统建模与仿真
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子 Rr = 0. 816 , 转子侧电感 L lr = 0. 002 m H , 互 感 L m= 0. 069 m H ; 转动惯量 J = 0. 19 kg m; 逆
变器直流电源为 510 V . 定子绕组自感 L s = Lm + Lls = 0. 069+ 0. 002 = 0. 071 mH ; 转子 绕组自感 Lr = L m+ L lr = 0. 069+ 0. 002= 0. 071 mH ; 漏磁
图 4 滞环脉冲发生 器结构 Fig. 4 T he st ructur e of the hysteresis pulse generato r
转子磁链电流模型使用在两相同步旋转坐标 系上按转子磁链定向的磁链模型, 模型结构如图 5 所示.
图 5 转子磁链电流模型结构 Fig. 5 T he st ructur e of the cur rent model of f lux r oto r
1 调速系统的工作原理
参考相关文献资料[ 7~ 9] , 本变频调速系统( 带 转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制型) 采用如图 1 所示的电气原理图.
式中: i st 为定子转矩分量; r 为转子全磁链; L m 为 互感; np 为电机的极对数; L r 为转子绕组自感.
电路中的磁链调节器 ApsiR 用于对电动机定 子磁链的控制, 并设置了电流变换 和磁链观测环 节. AT R 和 ApsiR 的输出分别是定子电流的转矩 分量 i*st 和励磁分量 i*sm. i*st 和 i*sm经过 2r/ 3s 变换后得 到三相定子电流的给定值 i*sA , i*sB , i*sC , 并通过电流滞 环控制 PWM 逆变器控制电动机定子的三相电流.
第7章基于MATLAB的交流电机仿真全篇
7.1电力系统模块集
Simulink中可以使用电力系统仿真模块集 （SimPowerSystems）。其功能非常强大，可 以用于电路、电力电子系统、电机系统、电力 传输等过程的仿真，它提供了一种类似电路建 模的方式进行模型绘制，在仿真前将自动将其 变化成状态方程描述的系统形式，然后才能在 Simulink下进行仿真分析。 该模块集下有许多子模块集，双击每一个图标 都将打开下一级子模块集。
选择该菜单项后将得到下图所示的对话框，可以从中 填写相应的数据，控制仿真过程。
1、仿真区间设置。仿真起始、终了时间设置。 2、类型设置。步长选择：定步长、变步长。 3、仿真算法选择。
定步长算法
变步长算法
1、ode45
它是一种一步算法，对大多数仿真模型来说， 首先使用ode45来解算模型是最佳的选择，所 以在SIMULINK的算法选择中将ode45设为默认 的算法。
例1考虑如图所示的感应电机的等效电路，输入的交流 电L1=压L源2=为1.922260mVH，，50RH2=z1，.5其51它Ω，参R数3=值1为.80R31Ω=0，.4L238=Ω31，.2mH。
步骤：
1、将所需的各电路元件复制到模型编辑窗口中。（对 各元件点击左键并按住拖入即可，对重复的元件可在 编辑窗口中按右键拖动）。
>> [a,b,c,d]=power2sys('ch7ex1')%获得系统的状态方程 a= -128.8763 -844.6462 -121.3833 -896.7868 b= 267.3783 251.8325 c= 0 1.8030 d= 0
Magnitude (dB)
>> G=ss(a,b,c,d);bode(G)%绘制系统的Bode图
用MATLAB_SIMULINK进行交流调速系统的仿真_
第13卷第3期湖 北 工 学 院 学 报1998年9月Vo l.13No.3 Journal of H ube i Polytechn ic U n i versity Sep.1998用MATLAB/SI MUL I NK进行交流调速系统的仿真*周荣政(华中理工大学汉口分校)摘 要 给出了在M A T LA B语言的动动态仿真集成环境S I M U L I N K下进行交流调速系统仿真的方法,并以SPW M变频调速为例,介绍了S I M U L I N K仿真结构图和电机的S函数仿真模型,给出了仿真结果.关键词 M A T LA B/S I M U L I N K,交流电机,调速,仿真中图法分类号 T M921.2 T P391.9M AT LA B是一种科学计算软件,主要适用于矩阵运算及控制和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷、运算效率高,尤其M A T LA B的开放性,是最重要、最受人们欢迎的.除内部函数外,所有M A T LA B主包文件和各工具包文件都可读可改,用户可通过对源文件的修改或加入自己的程序文件去构成新的工具包.近年来M A T LAB已成为欧美高等院校、科研机构教学与科研必备的基本工具.M AT LA B有许多工具箱(T oo l b ox),这些工具箱大致可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱.前者主要用来扩充M A T LAB的符号计算功能、图视建模功能和文字处理功能以及与硬件实时交互功能;后者是专业性较强的,如控制工具箱(Co ntro l T oo lbox)、神经网络工具箱(N eu ra lN etw o rk T oo l b o x)、信号处理工具箱(S igna l P ro cessing T o o lbox)等.在M AT-LA B中,S I M U L I N K是一个比较特别的工具箱,它是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它进一步扩展了M A T LA B的功能,并可实现多工作环境间文件互用和数据交换,如与C、FO RT RAN等[1].S I M U L I NK运作的核心是S函数,当建立一个S I M U L I NK模型后,在M AT LA B中也同时建立了一个函数,这个函数定义了系统的动力学特征,格式如下SYS=M odel(t,x,u,flag)其中M ode l是模型名称,而flag用来控制函数返回的变量SYS的信息.例如flag=1,将返回系统在t时刻及给定的x,u下全部状态变量的导数.S函数可以是M A T LA B语言编写成的M文件,也可以是用C或FO RT RAN子程序经编译形成的M EX文件.1 异步电动机的数学模型异步电动机在d-q坐标系下的电压、磁链方程为:收稿日期 1998-05-22周荣政 男 1965年生 硕士 武汉 华中理工大学汉口分校自动控制工程系 430012 *晨光计划资助课题(9501048-10)u d s=P J d s-k1J qs+r s i ds,(1)u qs=k1J d s+P J qs+r s i q s,(2)u d r=P J d r-k s J qr+r r i d r,(3)u qr=k s J dr+P J qr+r r i qr,(4)J d s=L s i d s+L m i d r,(5)J qs=L s i qs+L m i qr,(6)J d r=L m i d s+L r i d r,(7)J qr=L m i qs+L r i qr,(8)其中:u d s、u qs、u d r、u qr分别为定子d-q电压和转子d-q电压;J d s、J qs、J dr、J qr分别为定子d-q磁链和转子d-q磁链;i ds、i qs、i dr、i qr分别为定子d-q电流和转子d-q电流;k1、k s分别为同步角速度和转差角速度;L s,L r,L m分别为定子、转子的自感和它们之间的互感.电动机的电磁转矩T e=(3/4)P L'm(i qs i d r-i qr i d s),(9)式中P为电动机极数.电机转矩平衡方程式为d k r d t =(T e-D k r-T L)J,(10)其中:k r为转子角速度;J为电机的转动惯量;D为与转速成正比的摩擦及风阻阻力矩系数;T L 为负载阻力矩.对于笼型交流异步电动机u d r=0,u qr=0.选取定子d-q电流、转子d-q电流和转子角速度为状态变量x=[i d s i qs i d r i qr k r]T,以电机d-q电压作输入,u=[u ds u q s]T,由方程(1)～(10)可以列出电机的状态方程d xd t=f(x)+g(x)u.(11)其中:f(x)=-L r r sK Li d s+(k1L r L s-k s L2m)i qs+L m r rK Li dr+k r L r L mK Li q r-(k1L r L s-k s L2m)i ds-L r r sK Li qs-k r L r LmK Li d r+L m r rK Li q rL m r sK Li d s-k r L s L mK Li qs-L s r rK Li d r-(k1L2m-k s L s L r)i q rk r L s L mK Li d s+L m r sK Li qs+(k1L2m-k s L s L r)i dr-L s r rK Li q r1J(34P L m(i qs i d r-i qr i d s)-D k r-T L);(12)g(x)=L r/K L0-L m/K L000L r/K L0-L m/K L0T.(13)三相A、B、C到二相d-q坐标系的变换为C3/2=23co sθcos(θ-120°)co s(θ+120°)-si nθ-sin(θ-120°)-sin(θ+120°);(14)二相d-q坐标系到三相A、B、C的变换为74湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 C 2/3=23co s θco s(θ-120°)co s(θ+120°)-sin θ-si n (θ-120°)-sin(θ+120°)T.(15)2 交流电机的S I M U L I N K 仿真结构图和S 函数以SPWM 变频调速为例[2],用S I M U L I NK 进行仿真时,其结构图如图1所示.图中电机模型是根据式(12)～(15)用M A T LA B 编写的S 函数.电机的动态电流i a s 、i b s 、i cs 的转速W r 、转矩T e 可由示波器窗口动态观察,也可存储在工作区内,仿真完毕在M A T LAB 命令窗用绘图命令得到更满意的图形;W AV ES 模块产生的频率可调的三相正弦波(基波)和三角波(载波);P W M 模块模拟逆变器将正弦波与三角波比较产生SPWM 信号驱动大功率开关器件,从而得到电机三个相电压,其结构图如图2所示,V bus 是逆变器直流回路的BU S 电压.值得一提的是S I M V L I NK 仿真结构图(图1)中任一点信号都能接上动态示波器进行观察.tr i -e 电机换型eeW W bs bscscsi i i i i asasi e T e T T -L8eW2pi e f 50eW re mf (u )f 50000GN D P WM w av es m ag1t200busV C l ock图1SPWM 变频调速S I M UL I NK 仿真结构图异步电机的S 函数模型(M 文件)为:function [sy s ,x 0]=i m -sfun(t ,x ,u ,flag )%感应电机模型(S 函数)%输入——电压V a ,V b,V c %输出——电流、速度、转矩%状态——dq 电流、速度%模型输入定义:%u (1)=V a ,u (2)=V b,u(3)=V c ,u (4)=the ta1%u (5)=W 1,u (6)=T -L i m -da t1;if flag ==0sy s =[505600];%连续状态数5,离散状态数0,输出数5%输入数6x 0=[2.0712 7.1935 -2.0835 -1.1962 300]';%初始状态e lseif flag ==1W e =u (5);W r =x (5);the ta =u (4);i m -m a t 1;T e =0.75*po le *Lm*(x (2)*x (3)-x (1)*x (4));sy s (5)=(T e -u (6)-x (5)*d f )/J ;U dq =C 3-2*u(1:3);sy s (1:4)=A *x (1:4)+B *U dq ;e lse if flag==3W e =u(5);W r=x (5);theta =u (4);i m -m a t1;sy s (1:3)=C 2-3*x (1:2);sy s(4)=x (5);sy s(5)=0.75*po le *Lm*(x (2)*75 第13卷第3期 周荣政等 用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真x (3)-x (1)*x (4));e lsesy s =[];end16图2PWM 模型S I M U LINK 仿真结构图123out-3out-2funout-1fun1fun2M axM axs w itchs w itch1s w itch2i n-5i n-4i n-3i n-2in-1i n-6Re l ay2Re l ay1s umRe l ays u m 1s u m 2-++--+5432f (u )f (u )f (u )3 电机参数和变换矩阵3.1 参数M 文件(i m -da t 1.m )%异步电机参数d f =0.001;%阻尼因子J=0.089;%转动惯量(K g .m ^2)po le =4;%定子极数N 1=1800;%速度(rpm )f1=N 1/60*po le /2;%频率W 1=2*pi *f 1;%角速度Rs =0.435;%定子电阻R r =0.816;%转子电阻X ls =0.754;%定子漏抗X lr=0.754;%转子漏抗Xm=26.13;%励磁电抗L ls =X ls /W 1;%定子漏感L lr =X lr /W 1;%转子漏感Lm=Xm /W 1;%励磁电感L s =L ls +Lm;%定子电感L r =L lr +Lm;%转子电感X s =L s *W 1;%定子电抗X r =L r *W 1;%转子电抗X lsr =W 1*(L ls +L lr);%Lm m=Lm*Lm;%K l =(Ls *L r -Lm m );%%end 3.2 矩阵M 文件(i m -m at1.m )%电机状态方程A,B ,C ,D 矩阵%A 矩阵A (1,1)=-L r *R s /K l ;A (1,2)=W e +W r *Lmm /K l;A (1,3)=Lm *R r /K l ;A (1,4)=W r *L r *Lm /K l ;A (2,1)=-(W e +W r *Lmm /K l);A (2,2)=-L r *R s /K l ;A (2,3)=-W r *L r *Lm /K l ;A (2,4)=Lm*R r /K l ;A (3,1)=Lm*R s /K l;A (3,2)=-W r *Ls *Lm /K l ;A (3,3)=-L s *R r /K l ;A (3,4)=W e-W r *L s *L r /K l ;76湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 A (4,1)=W r *L s *Lm /K l ;A (4,2)=Lm *R s /K l ;A (4,3)=-(W e-W r *L s *L r /K l);A (4,4)=-L s *R r /K l ;%B 矩阵B (1,1)=L r /K l ;B(1,2)=0;B(2,1)=0;B (2,2)=L r /K l ;B(3,1)=-Lm /K l ;B(3,2)=0;B (4,1)=0;B (4,2)=-Lm /K l ;%C 矩阵C=eye(4);%D 矩阵D=ze ro s(4,2);%3/2变换阵C 3-2(1,1)=co s (the ta );C 3-2(1,2)=co s(the ta-2*pi/3);C 3-2(1,3)=co s(the ta +2*pi/3);C 3-2(2,1)=-sin(theta);C 3-2(2,2)=-sin (theta -2*p i /3);C 3-2(2,3)=-sin (theta +2*p i /3);C 3-2=0.81649658092773*C 3-2;%2/3变换阵C 2-3=C 3-2';%end4 电流和转矩波形电机的电流、转矩、转速以及SPWM 逆变器的开关信号等波形都可通过动态示波器进行连续观察,图3为动态示波器显示的电流、转矩进入稳态时的波形.图3 动态示波器观察的电机电流、转矩波形5 结束语用S I M U L I N K 进行交流调速系统的仿真关键是建立电机模型,由于电机的状态方程含有非线性,不能套用S I M U L I N K 的线性状态方程模型,故用S 函数来构造成为必然.实验证明,用S I M U L I N K 进行交流调速系统的动态仿真,具有方便、直观、灵活、精确的优点,是比较理想的仿真方法.77 第13卷第3期 周荣政等 用M A T LA B /S I M U L INK 进行交流调速系统的仿真78湖 北 工 学 院 学 报1998年第3期 参 考 文 献1 张志涌,刘瑞,杨祖樱.掌握和精通M A T LA B.北京:北京航空航天大学出版社,19972 冯垛生,曾岳南.无速度传感器矢量控制原理与实践.北京:机械工业出版社,1997ACM otor Speed Variab le Con trol Syste mSi m ulation U singM ATLAB/SI MUL I NKZhou Rong zhe ngAbstract A si m u lation m e tho d u sing M A TLA B/S I M U L I N K is pro v ided to dea l w ith A C m o to r speed va riab le con tro l sy ste m.A n ex a m p le o f sinuso idal PWM inver ter is p resented to describe m ode ling and si m u la tion fo r A C m o to r as w e ll as S I M U L I NK si m u lation d ia-g ra m s.T he re su lts show s tha tA C m o to r sy ste m si m u lation using S I M U L I N K is si m p le,d i-rect and conv en ien t.K eywor ds M A T LA B/S I M U L I NK,A C m o to r,speed va riab le,si m u lation(责任编辑 张培练) (上接第67页)U s i ng Cen tre of Speed to Get the Angle Acce lerationof S m ooth PoleYang Wend iAbstract A ne w w ay to ge t the ang le acce le ra tion o f the s m oo th po le is p resented.T h is ne w w ay is m o re d irect,si m p ler,m o re co ven ient,qu icker and w ith h i g her deg ree o f prec ision co m pa red w ith the conv en tiona lw ay s.K eywor ds M ec h an ism o f s m oo th po le,the cen tre o f speed,ang le acce lera tion(责任编辑 张岩芳) 。
基于MATLAB_SIMULINK交流电机调速系统的建模与仿真
第21卷 第3期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2002年 6月 Vol.21, No.3 Journal of Liaoning Technical University (Natural Science) Jun., 2002收稿日期：2001-06-03 作者简介：张庆新(1970-)，男，河北省保定人，讲师，博士生。
本文编辑：杨瑞华文章编号：1008-0562(2002)03-0323-03基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ交流电机调速系统的建模与仿真 张庆新１ ， 刘光德２ ， 王 颖１ （1 沈阳航空工业学院, 辽宁 沈阳 110034; 2 沈阳工业大学, 辽宁 沈阳 110023）摘 要：利用MATLAB/SIMULINK 构造交流电机调速系统仿真模型，仿真系统采用易扩展的模块化设计，并增设观察器、观察参数变化对系统的影响，该方法模型简单，可在线改变所有参数，并能方便地验证各种调速方案，据此选出高效的高速设计方案。
关键词：交流电机；调速系统；仿真 中图号：TM 32 文献标识码：A０ 引 言 计算机仿真技术是现代科学研究和产品设计的新手段，特别是在采用电力半导体器件对电机进行分析研究中，计算机仿真技术显示出它的巨大优越性，MATLAB/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和CAD的效率和可靠性，本文利用MATLAB/SIMULINK 构造了一个交流电机调速系统，并给出了仿真结果。
１ 交流调速系统仿真模型 对如图1所示的交流调速系统，由于有大电容滤波，整流侧一般认为输出理想的直流电压，即在建立数学模型时，可以将图1所示的结构图等效为图2所示的结构形式，如果再对大功率开关器件(如IGBT)进行抽象，把上下两个桥臂的开关器件等效为如图3所示的电路图，即当 G ≤０时Ｃ＝Ｅ２； 当Ｇ＞０时Ｃ＝Ｅ１。
这样，对整个系统进行数学建模时只需考虑异步电机模型及ＰＷＭ控制技术在MATLAB/SIMULINK 中的实现即可。
基于MATLABSIMULINK交流变频调速系统的仿真研究
在本研究中，我们提出了一种基于MATLAB SIMULINK平台的交流电机调速系统 建模与仿真方法。该方法主要基于矢量控制原理，通过控制电机的定子电流和 转子磁场夹角来实现电机的速度控制和转矩控制。具体来说，我们首先根据交 流电机的物理模型，建立其数学模型。然后，使用MATLAB SIMULINK软件进行 仿真实验，并通过对仿真结果的分析和优化，最终实现了一个高性能的交流电 机调速系统。
总之，基于MATLABSimulink的变频调速系统建模与仿真是一种非常有效的研 究方法，对于深入理解变频调速技术、优化系统设计和提升系统性能具有重要 意义。随着科学技术的发展，相信未来变频调速技术将在更多领域得到应用和 发展。
随着电力电子技术和控制理论的不断发展，交流调速系统已经成为工业领域中 非常重要的组成部分。其中，双闭环SPWM变频调速系统因其具有优良的调速性 能和节能效果而得到了广泛的应用。本次演示旨在通过MATLABSimulink软件 对双闭环SPWM变频调速系统进行仿真研究，以期为相关领域的研究和应用提供 有益的参考。
总之，通过对变频调速系统的建模与仿真，我们可以更加深入地理解其工作原 理和性能表现。利用MATLABSimulink强大的仿真功能，我们可以方便地研究 各部分模型对系统性能的影响，并优化整体系统设计。这种方法为变频调速系 统的研究、设计和应用提供了有力的支持，有助于推动电力电子技术的发展和 工业控制领域的进步。
在仿真过程中，我们可以通过调整给定信号、系统参数和负载等条件，对双闭 环SPWM变频调速系统的稳态性能和动态性能进行全面的分析。其中，稳态性能 主要包括调速范围、静差率、调节精度等指标，而动态性能则包括响应时间、 超调量、振荡次数等指标。通过仿真结果，我们可以清楚地了解系统的性能表 现，并为实际应用提供有力的依据。
交流调速系统仿真报告模板
交流调速系统仿真报告模板背景交流调速系统是一种广泛应用于工业生产中的电动机控制系统。
它通过利用交流电源的变频器来控制电机的转速，从而满足生产中对转速精度和稳定性的要求。
在实际生产中，为了调整系统的参数，需要通过仿真软件对交流调速系统进行模拟，以便得到系统的实际参数，指导生产。
系统结构交流调速系统主要由源电机、变频器、控制器、负载等几部分组成。
其中，源电机和负载是系统的输入和输出，变频器作为中介，传递控制器产生的控制信号，实现对电机的调速控制。
仿真环境本次仿真调试工作基于MATLAB软件和Simulink仿真工具实现。
具体仿真流程如下：1.仿真仿真系统图2.设定仿真参数，包括系统输入信号、控制器参数等3.进行仿真计算，得出各个部分的输出数据4.对仿真结果进行分析和评估，得出系统的性能指标仿真系统图本次仿真调试的交流调速系统由源电机、变频器、控制器和负载四个部分组成。
其中，源电机作为输入信号源，变频器实现对电机转速的调整，控制器根据控制策略生成控制信号，最终控制负载的输出。
参数调试控制器参数设定在完成仿真系统模型搭建后，需要针对控制器的参数进行设定。
在本次仿真中，控制器参数主要包括比例系数、积分时间和微分时间等几项指标。
通过调整控制器参数，可以实现对系统转速精度和稳定性的调节，从而得到满足实际生产需求的具有鲁棒性的系统控制器。
仿真结果分析仿真结果分析主要分为两个方面，第一个方面是控制器参数的评估，第二个方面是整个系统的仿真效果评估。
在评估控制器的参数时，需要针对不同的控制器参数组合进行仿真计算，得到不同参数组合下的系统响应曲线和性能参数。
在评估整个系统的效果时，需要综合考虑系统在不同环节的输出情况，并对系统性能指标进行综合评估。
总结交流调速系统仿真是一项非常重要的工作，只有通过完善的仿真工作，才能得到满足实际生产需求的控制系统。
本文基于MATLAB和Simulink等仿真工具，对交流调速系统的设计和参数调试进行了详细的介绍和总结，旨在为读者提供参考，指导实际生产。
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摘要 (I)ABSTRACT (II)绪论 (1)1交流调速技术发展概况 (2)1.1电力电子器件 (2)1.2变流技术 (3)1.3变频调速的控制方式 (3)1.4MATLAB/Simulink仿真介绍 (4)2逆变电路的建模与仿真 (5)2.1绝缘栅双极型晶体管 (5)2.2逆变电路的设计 ........................................................... 错误！未定义书签。
2.2.1三相桥式逆变电路的基本原理 (6)2.2.2正弦脉冲宽度调制（SPWM）基本原理 (6)2.2.3三相SPWM逆变器的建模与仿真 (7)3变频器的设计仿真 (10)3.1变频器的基本概念 (10)3.2交-直-交变频电路的建模与仿真 (11)4矢量控制调速系统建模与仿真 (14)4.1 建立异步电机模型 (14)4.1.1 坐标变换 (14)4.1.2 建立dq坐标系下电机模型 (15)4.2 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制 (17)4.2.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程 (17)4.2.2 异步电动机模型仿真验证 (19)4.2.3 按转子磁链定向矢量控制的基本思想和特点 (20)4.3 按转子磁链定向矢量控制的方式 (22)4.3.1 电路闭环控制方式 (22)4.3.2 转矩控制方式 (22)4.4 矢量控制调速系统仿真 (23)4.4.1 仿真调试与参数设定 (24)4.4.2 仿真结果与分析 (25)致谢 (28)参考文献.................................................................................... 错误！未定义书签。
异步电动机采用变频调速技术，具有调速范围广，调速时因转差功率不变而无附加能量损失的优点，因此，变频调速是一种性能优良的高效调速方式。
本文以MATLAB为仿真工具，介绍了Simulink中的仿真模块，研究了交流电机变频调速系统，分析了变频器的构成和工作原理，并据此对逆变电路进行了仿真设计。
首先对调速系统仿真所需要的各种电力系统模块做了简要的介绍，说明了逆变器的工作原理，在此基础上用MATLAB/Simulink软件分别对各种电路模块进行了仿真设计，进而设计出了实际中广泛应用的交-直-交变频器的仿真模型，实现了对交流电机变频调速系统的仿真研究，在此基础上建立电机模型，进行矢量控制设计，以带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制的方法对异步电动机变频调速系统进行建模和仿真，并对仿真结果进行了分析,由仿真结果可以看出系统转速的动态响应快，稳态跟踪精度高，表明此建模方法是可行和有效的。
关键词：MATLAB/Simulink变频调速逆变器仿真ABSTRACTWith the application of frequency and speed conversion technology to synchronous motor, its speed can be wide-ranged adjusted. When it comes to adjusting speed, because of slip power unchanged, there is no additional energy lost. Thus it makes this technology a high-equality and efficient way to exchange the speed.This thesis, aiming at MATLAB as simulation tool, introduces Simulink simulation module and the AC motor speed control system as the subject of the research and analyzes the structure of the inverter and how it works. On this basis,a variety of inverter circuit simulation designs are conducted. First of all, this thesis makes a brief introduction about power system module power which needs power electronic simulation, the working principle of the inverter included. Based on the theory above, then MATLAB / Simulink software are used in the simulation designs about different kinds of circuit modules. Moreover the designs of the simulation model of widely-used cross - DC - AC inverter are conducted to achieve the goal of the simulation study of AC motor speed control system, carries the modelling and the simulation on asynchronous motor adjusting-speed system based on vector control with torque inner rim and flux linkage of closed loop，gives out the simulation and makes analyse to it．The simulation result of the model shows the speed of dynamic response and the accuracy of steady-state tracking，also confirmes that the modelling is feasible and effective．Key words：MATLAB/Simulink Frequency Control Inverter Simulation绪论随着社会的发展，能源需求快速增长，如何有效地节能也成为了一个亟待解决的问题。
变频调速技术除了可以改善生产工艺等优越性外，其最大的特点就是节能。
近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，各种大功率半导体器件的相继出现，促使交流调速技术飞跃进步，变频调速已成为发展趋势。
早期的交流电动机调速方法，如采用绕线式异步电动机转子串电阻调速、笼型异步电动机变极调速，在定子绕组串电抗器调速等都存在效率低，不经济等缺点。
交流变频调速的优越性早在上世纪20年代就已被人们认识，但受到元器件的限制，当时只能用闸流管构成逆变器，由于技资大，效率低，体积大而未能推广。
20世纪50年代中期，晶闸管的研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。
由于晶闸管具有体积小、重量轻、响应快、管压低等一系列优点，交流电动机调速技术有了飞跃发展，出现了交流异步电动机调压调速、串级调速等系统。
20世纪70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好，在过去的几十年里变频调速技术发展非常快，从主回路拓扑结构、功率开关器件及驱动到数字信号处理器、控制策略均获得长足的进步；控制对象从异步电机到无刷直流、正弦同步电机、磁阻同步电机到伺服同步电机，变频调速技术的控制性能不断提升，在工业自动化领域起着越来越重要的作用，已渗透到国民经济的各个角落。
能源的有效利用关系到国家经济的可持续性发展，具有非常重要的战略意义。
中国经济目前处在高速增长的阶段，对能源的需求量非常大;但另一方面，能源利用率很低。
根据有关调查研究，我国2003年的电能消耗中，60~70%为动力电；而在总容量高达5.8亿kw的电动机总容量中，却只有不到2000万kw的电动机是采用变频调速控制的。
国家目前大力提倡推广变频调速技术，改造现有落后设备，提高生产、加工过程的效率，降低能源消耗；在过去的几年内中国变频器的市场保持着12％~15％的增长率，这个速度已经远远超过了近几年的gdp增长水平，而且至少在未来的5年内保持着10％以上的增长率。
通过对生产实践中大量使用说明变频调速具备高效节能及多方面优势。
变频调速技术已经成为电力电子发展的一个方向]1[。
目前变频调速技术巳成为现代电力传动技术的一个主要发展方向。
其卓越的凋速性能、显著的节电效果、改善现有设备的运行情况、提高系统的安全可靠性和设备利用率、延长设备使用寿命等优点随着应用领域的不断扩大而得到充分的体现,通过对变频技术与各类软硬件特别是与PLC、组态以及控制方法结合产身的效果研究及应用，变频技术必将会随着其他软硬件和控制技术的发展带来更功能和更加广阔前景。
1交流调速技术发展概况电气传动可分为调速和不调速两大类。
按照电动机的类型不同，电气传动又分为直流和交流传动两大类。
直流电气传动和交流电气传动在19世纪就已诞生，但当时的电气传动系统是不调速系统。
由于直流电动机具有良好的起、制动性能，适宜在大范围内平滑调速，所以它在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用，但与此同时，由于直流电机换向困难，还会产生火花，寿命短，要经常维护，价格昂贵等缺点，结构简单、维护方便、运行可靠、价格便宜的交流电机获得人们的青睐，并对交流电机的调速技术进行了深入的研究，随着电力电子技术和控制技术的迅猛发展，高性能交流调速技术发展很快，交流调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势。
目前，交流拖动控制系统的应用领域主要有以下三个方面：第一个是一般性能调速和节能调速，改恒速为调速，节省能量，效果可观：第二个是高性能的交流调速系统和伺服系统，矢量控制技术和直接转矩控制等方法，使交流电机实现了与直流电机相仿的高动态性能：第三个是特大容量、极高转速的交流调速，突破了直流电机由于换相能力限制带来的技术瓶颈。
]2[1.1电力电子器件现代交流调速技术的发展是和电力电子技术的发展分不开的，以电力为对象的电子技术称为电力电子技术。
它是一门利用电力电子器件对电能进行转换、传输的学科，是现代电子学的一个重要分支。
电力电子电路由电力电子器件、变流电路和控制电路组成，其中电力电子器件是基础。