交流电机矢量控制系统仿真设计
矢量控制系统仿真课程设计
矢量控制系统的 优点：高精度、 快速响应、宽调 速范围等。
矢量控制系统的 应用领域：电机 驱动、伺服系统、 数控机床等。
磁场定向控制：通过控制电机 的磁场方向，实现转矩和速度 的控制
矢量变换：将三相交流电转换 为直流电，实现电机转矩和速 度的控制
矢量变换控制器：根据电机转 速和电流反馈，计算出电机的
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矢量控制系统的 定义：通过控制 电机定子电流的 幅值和相位，实 现对电机转矩和 转速的精确控制 的一种控制系统。
矢量控制系统的基 本原理：基于磁场 定向控制，通过坐 标变换将三相电流 转换为两相电流， 实现对电机转矩和 转速的解耦控制。
控制量
逆变器：将直流电转换为三 相交流电，驱动电机运行
矢量控制系统的定义和作用 矢量控制系统的基本组成和工作原理 矢量控制系统的特点和应用领域 矢量控制系统的发展趋势和未来展望
提高系统性能和稳定性 降低研发成本和缩短开发周期 优化系统参数和提高控制精度 预测和解决潜在问题
矢量控制系统仿真的概念和原理介 绍
实验结果：通过仿真实验，验证了无刷直流电机矢量控制系统的可行性和有效性，为实际应用提供了理论依据和实践经验。
实践案例介绍：异步 电机矢量控制系统仿 真的原理、实现方法 和应用场景
案例实践过程：详细介 绍异步电机矢量控制系 统仿真的实验步骤、操 作流程和注意事项
案例实践结果：展示异 步电机矢量控制系统仿 真的实验结果，包括性 能指标、控制效果和优 化方案等
确定仿真目标：明确仿真目的 和期望结果
分析需求：对控制系统进行详 细分析，确定所需数据和参数
基于交流电动机的动态模型的间接矢量控制仿真与设计
电力拖动自动控制系统课程设计学院：信息与电气工程学院班级：电气三班学号:姓名：基于交流电动机的动态模型的间接矢量控制仿真与设计一设计目的：应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础二设计参数：额定输出功率17KW；定子绕组额定线电压380V；定子绕组额定相电流25A;定子绕组每相电阻0.1欧姆；定子绕组接线形式Y；转子额定转速1430rpm;转子形式:鼠笼式；转子每相折算电阻:1欧姆；转子折算后额定电流50A；额定功率因数：0.75；电机机电时间常数1S;电枢允许过载系数1.5；环境条件:电网额定电压:380/220V; 电网电压波动10%;环境温度:-40~+40摄氏度; 环境相对湿度:10~90%.控制系统性能指标:转差率：3%；调速范围：D＝20；电流超调量小于等于5%;空载起动到额定转速时的转速超调量小于等于30%;稳速精度：0.03.三动态模型：（1） 电压方程：ϕP Ri u += （2） 磁链方程：Li =ϕ，i d dLd d L Ri u tiωθ++= （3） 运动方程：tp Ld d n J ω+T=T（4） 转矩方程：i L i n T p θ∂∂=T 21四坐标变换为简化和求解三相异步电机的数学方程，须按图1对电机坐标系的基本方程进行坐标变换，实现电机模型的解耦。
1坐标变换模块图：2W1生成模块：3PI模块变换：4Um,UM 生成模块：图1 永磁容错电机常用坐标系根据坐标变换理论，可得三相静止到两相静止坐标系变换矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=2323021211322/3ss C （3-1） 两相静止到两相旋转坐标系变换矩阵：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=θθθθcos sin sin cos C 2/s 2r （3-2） 转子初始磁链在各坐标系分量为：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡023f q d ψψψ （3-3） 可得电机在两相旋转坐标系下的电压方程、磁链方程、转矩方程如下：⎪⎩⎪⎨⎧++=-+=d s q q q qs d d d p Ri U p Ri U ψωψψωψ （3-4） ⎪⎩⎪⎨⎧=+=q q qfd d d iL i L ψψψ23 （3-5） )(d q q d p e i i n T ψψ-= （3-6）五按转子磁链定向实现异步电机矢量控制按转子磁链定向的坐标系称为MT 坐标系，M 轴与转子磁链方向一致。
基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计
运动控制课程设计班级：电气三班学号：姓名：基于交流电动机动态模型的直接转矩控制系统的仿真与设计设计目的应用所学的交、直流调速系统的基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行运动控制系统的初步设计。
应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立运动控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。
在原理设计与仿真研究的基础上，应用PROTEL进行控制系统的印制板的设计，为毕业设计的综合运用奠定坚实的基础。
1直接转矩控制的基本原理及规律直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。
在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。
1.1直接转矩控制系统原理与特点如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号*T，T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得在*转速和磁链系统实现解耦。
因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。
图1-1直接转矩控制系统图的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链s保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。
在直接转矩控制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。
从以上介绍我们可以了解到DTC系统在具体控制方法上的一些特点：⑴转矩和磁链的控制采用双位式控制器，并在PWM的逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，从而避开了将定子电流分解成转矩和磁链分量，省去了旋转变换和电流控制，简化了控制器的姐结构。
基于交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的仿真与设计
基于交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的仿真与设计姓名：班级：电气三班学号：专业：电气工程及其自动化1.引言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，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。
需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。
经过人们的多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是矢量控制系统。
直接矢量控制就是一种优越的交流电机控制方式，它模拟直流电机的控制方式使得交流电机也能取得与直流电机相媲美的控制效果。
本文研究了交流电动机动态模型的直接矢量控制系统的设计方法。
并用MATLAB 最终得到出仿真结果。
2. 矢量控制系统结构异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。
由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(VectorControlSystem)，简称VC 系统。
VC 系统的原理结构如图1所示。
图中的给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号*m i 和电枢电流的给定信号*t i ，经过反旋转变换1-VR 一得到*αi 和*βi ，再经过2／3变换得到*A i 、*B i 和*C i 。
把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号1ω加到电流控制的变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。
图1 矢量控制系统原理结构图在设计VC 系统时，如果忽略变频器可能产生的滞后，并认为在控制器后面的反旋转变换器1-VR 与电机内部的旋转变换环节VR 相抵消，2／3变换器与电机内部的3／2变换环节相抵消，则图1中虚线框内的部分可以删去，剩下的就是直流调速系统了。
可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。
基于Matlab交流异步电机矢量控制系统的仿真建模_纪志成
Hysteresis current controller
Invertor
id iq Sum1 Reference speed 1/2 Sum 1/P Speed Motor model Load Torque alfa_beta2abc Position Torque To Workspace AC asynchronism motor
1 in_1
in_1
Usd
isd wr Frq Frd
out_1 in_2
isd
1 out_1
isd Frd 2 out_2 3 out_3 4 out_4
Frd 2 in_2 wr Frq 3 in_3
Usq
isd 和 isq 、转子绕组磁链 Ø
rd
和Ø
rd
，模块结构框图如图 、Ø rq 。 rq
收稿日期 ：２００３－０７－２９ 修回日期： ２００３－１２－１５ 基金项目： 教育部重点科技项目（０３０８５） 作 者 简 介 ： 纪 志 成 （１９５９－）， 男， 浙江杭州人， 教授， 博士， 研究方向 为电力电子与电气传动； 薛 花 （１９７９－）， 女， 江苏无锡人， 硕士生， 研究方向为电力电子与智能控制； 沈 艳 霞 （１９７３－）， 女， 山东淄博人， 讲师， 博士生， 研究方向为电力电子与电气传动。
2 所示，图 2 中的 Frd 、Frq 分别指代 Ø
图 2 中，isd 子模块和 isq 子模块负责求取 dq 两相相电 流 isd 、 isq ，计算方程：对交流异步电机数学模型的电压 方程式（1）（2）进行 abc/dq 变换，可得两相电机的电压 方程式（6）：
Usq
Frd wr isq Frq Frq
U A = r1i A + pØ A U B = r1iB + pØ B U = r i + pØ C C 1C
三相交流异步电机矢量控制系统仿真建模
三相交流异步电机矢量控制系统仿真建模谢雅;黄中华;左金玉【摘要】分析了三相交流异步电机的数学模型,介绍了三相交流异步电机的矢量控制原理.采用模块式设计方法和结构化设计方法,开发了基于MATILAB/SIMULINKV参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型.该模型的输入参数为电机转子目标转速和转子实时转速,输出参数为电机输出转矩.基于建立的仿真模型开展了电机空载变速过程和恒速加载过程仿真.仿真结果表明,所设计的仿真模型能够实现电机运动过程中转速和转矩的准确计算；所设计的参数化仿真模型可用于三相交流异步电机矢量控制系统仿真研究.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(023)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】三相交流异步电机;矢量控制;仿真模型【作者】谢雅;黄中华;左金玉【作者单位】中南大学机电工程学院,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TM3430 引言三相交流异步电机具有结构简单、制造方便、可靠性高和价格便宜等特点，在工业生产和日常生活领域中得到了广泛应用.随着三相交流异步电机应用领域的不断拓宽，对三相交流异步电机控制系统的设计要求也越来越高，需要协调考虑控制系统的控制性能、成本和开发周期.矢量控制是当前三相交流异步电机广泛使用的一种控制方法［1－4］.在进行电机矢量控制系统设计时通常需要对控制系统的设计参数进行反复调整.建立参数化的三相交流异步电机控制系统仿真模型可以有效缩短控制系统的设计周期，提高控制系统的开发效率［5］.论文分析了三相交流异步电机的数学模型，基于Matlab／Simulink软件，采用结构化和模块化的方法，构建了参数化三相交流异步电机控制系统仿真模型［6－8］.基于论文设计的仿真模型，可以高效开展电机控制性能仿真研究.1 三相交流异步电机数学模型三相交流异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为便于研究，作如下合理假设：（1）三相绕组对称，忽略空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分布.（2）忽略磁饱和，各绕组的自感和互感都是线性的.（3）忽略铁损，不计涡流和磁滞损耗.（4）不考虑频率和温度变化对绕组的影响.三相交流异步电机在d－q坐标系下的数学模型可用如下方程式描述.电压方程：磁链方程：电磁转矩方程：运动方程：式（1）～（4）中，Ls、Lr、Lm 为dq 坐标系中定子和转子自感及互感；usd、usq、urq、isd、isq、ird、irq、ψsd、ψsq、ψrd、ψrq分别为dq轴定子和转子的电压、电流和磁通；ω1为dq坐标系中相对于定子的角速度，ωs为dq坐标系相对于转子的角速度；ω＝ω1－ωs为电机转子的角速度；np为极对数；J为转动惯量；TL为负载转矩；p＝d／dt为微分算子.2 矢量控制原理矢量控制是通过测量和控制异步电机定子电流矢量，根据空间矢量坐标变换及磁场定向原理，将异步电机模型转换成类似于直流电机的模型，分别对异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电机转速和转矩的目的.在转子磁场定向旋转坐标系（dq系）中，d轴和q轴是相互垂直的且以一定的角速度ω1旋转，此时若以旋转磁场轴d作为特定的同步旋转坐标轴，按照转子的全磁链矢量ψr来定向，也就是旋转磁场，由于d轴取向于全磁链矢量ψr轴，q轴垂直于d轴，从而使ψr在q轴上的分量为0，即定子电流is在d轴上的分量isd是纯励磁电流分量，在q轴上的分量isq是纯转矩电流分量.以定子电流分量isd和isq、转子磁链ψr，转子转速ωs为状态变量，定子电压矢量的d分量和q分量usd和usq为控制量的电压状态方程：电机的输出转矩方程：展开式（6）可得：式（8）～（9）中，Tr＝Lr／Rr 为转子电路的时间常数，为角速度转差.式（8）表明，转子磁链ψr唯一由定子电流矢量的励磁电流分量isd控制，而与定子电流的转矩电流分量isq无关.式（9）表明，当ψr恒定时，无论是稳态还是动态过程，转差角速度ωs都与异步电机的转矩电流分量isq成正比.从式（7）可以看出，在按转子磁链定向的矢量控制系统中，Te同时受到ψr和isq的影响，磁链和转速两个子系统相互耦合.电流i和磁链ψ的变化会影响转速的变化.为了减少磁链变化对转速的影响，在转速环内增加了转矩控制内环.三相交流异步电机矢量控制系统框图如图1所示.图1 异步电机矢量控制系统框图Clarke变换是两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换，α－β静止坐标系到d－q旋转坐标系变换的公式如下：Clarke逆变换是两相旋转坐标系到两相静止坐标系的转换，d－q旋转坐标系到α－β静止坐标系变换的公式如下：式（10）～（11）中，φ为两相旋转坐标相对于转子的角位移.三相异步电机矢量控制中需要电机的实时输出转矩Te、转子角位移φ、转子磁链ψr、转子转速ω，但是输出转矩Te、转子角位移φ、转子磁链ψr无法进行实际测量或者测量难度系数大.为获得Te，ψ，φ的实时值，根据解耦后的电机模型，建立三个变量值的观测器.观测方程如下：观测器的输入量为电机可实时测算的物理量ids、isq.3 动态性能仿真与分析采用模块化设计方法，在 Matlab／Simulink中建立了如图2所示的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型，该仿真模型采用双闭环结构，外环为速度控制，内环为转矩控制，模型的输入参数为电机转子目标转速w＊和转子实时转速w，输出参数为电机输出转矩T.图2 电机矢量控制系统仿真模型图2所示的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型主要由电机模块、矢量控制模块、帕克变换模块、坐标变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块、转矩计算模块和电压逆变模块组成.限于论文篇幅，只给出电机模块和速度控制模块. 电机模块如图3所示，采用 MATLAB／SIMULINK内置的电机模块，输入参数为三相电压和负载转矩，输出电机转矩、转速和电流.图3 电机仿真模型速度控制和转矩控制均采用PI控制，速度控制模块如图4所示，输入为参考转速ω＊和实际转速ω，输出为参考电磁转矩Te＊，K.Ts为PI控制器中的积分参数，Saturation为饱和限幅模块.图4 速度控制仿真模型对建立的参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型开展了仿真研究.仿真时异步电机的相关参数为：额定功率PN＝37kW，额定电压为380V，频率为50Hz，定子相绕组电阻Rs＝0.08233Ω，转子相绕组电阻Rr＝0.0503Ω，定子绕组自感Ls ＝27.834mH，转子绕组自感Lr＝27.834mH，转子之间的互感Lm＝27.11mH，极对数np＝2，额定转速为n＝1430r／min，转动惯量J＝0.37kg·m2.由以上参数可得电机的同步转速为nN＝60f／np＝1500r／min，转子的额定角速度为ωN ＝2πn／60＝149.75rad／s，额定转矩TN＝PN／ωN＝247N·m.对三相交流异步电机的空载变速过程和恒速加载过程进行了仿真.（1）电机空载变速过程仿真.仿真条件如下：电机空载启动，目标转速ω＝80rad ／s，1s后，电机目标转速跳变为120rad／s.图5为电机启动过程中的转速变化曲线和电磁转矩变化曲线.从图中可以看出，电机启动过程中，电机的输出转矩存在一定的波动，电机转速呈恒加速状态，当电机转速达到目标转速后，转速没有超调和波动，电机的输出转矩迅速衰减至0.1s后，电机的电磁转矩急剧上升，电机重新开始加速.当电机转速达到目标转速后，转速没有超调和波动，电机的输出转矩迅速衰减至0.图5 电机空载变速过程转速及转矩曲线（2）恒速加载过程仿真.仿真条件如下：电机空载启动，目标转速ω＝120rad／s，0.5s后给电机施加负载转矩130N·m，1s后电机的负载转矩变为200N·m，1.5s后电机的负载转矩变为70N·m.图6是电机恒速加载过程的转速和转矩变化曲线，从图中可以看出，当电机的负载转矩变化时，电机的转速波动很小，电机的输出转矩响应快，精度高.图6 电机恒速加载过程转速及转矩曲线仿真结果表明，本文建立的仿真模型可以用于三相交流异步电机矢量控制系统设计仿真研究.4 结论采用模块化设计方法，设计了参数化三相交流异步电机矢量控制仿真模型，仿真结果表明，所设计的仿真模型可用于三相交流异步电机矢量控制系统设计仿真研究. 参考文献【相关文献】［1］顾敏明，潘海鹏.高精度矢量控制在乙酸乙酯生产中的应用［J］.化工学报，2010，61（8）：2078－2083.［2］秦孝峰.地铁车辆异步牵引电机矢量控制系统研究［J］.机车电传动，2011（6）：54－57. ［3］ Cristian Lascu，Ion Boldea，Frede Blaabjerg.Direct Torque Control of Senseless Induction Motor Drives：a Sliding－mode Approach ［J］.IEEE Trans.Industry Application，2004，40（2）：582－590.［4］ Young Ahn Kwon，Sung Hwan Kim.A New Scheme for Speed－sensorless Control of Induction Motor［J］.IEEE Trans.Industrial Electronics，2004，51（3）：545－550. ［5］杨金波，杨贵杰，李铁才.双三相永磁同步电机的建模与矢量控制［J］.电机与控制学报，2010，14（6）：1－7.［6］纪志成，薛花，沈艳霞.基于Matlab交流异步电机矢量控制系统的仿真建模［J］.系统仿真学报，2004，16（3）：384－388.［7］魏伟.基于SIMULINK异步电机矢量控制仿真实验研究［J］.实验技术与管理，2009，26（1）：71－73，77.［8］路秀芬.基于MATLAB的异步电动机问接矢量控制系统的建模与仿真［J］.山西煤炭管理干部学院学报，2011，24（3）：90－91，94.。
基于Simulink的交流电机矢量控制调速系统的仿真
Ｏ Ｏ 广 ＋ Ｌ， ｐ 一 ｌ Ｌ Ｐ 一 １ Ｌ
只要根据被控 系统 的性 能要求合 理确定 ’和 ｉ’， 就
Ｉ Ｉ
ｋ
１
∞ Ｌ ，
＋Ｌ １ ， ｐ Ｌ Ｌｐ ｍ ０ Ｒ＋， Ｌ ０ ｐ
０ Ｌ Ｒ
能实现转矩 的瞬时控制和转 速的高精度跟踪 。 图１ 是磁链 开环的转差 型矢量控制变频调速 系统结 构图 。转速参考值 与光 电编码器实 测 的转 速之差输 入到转速控制器 ， 得到转矩指令值 ’， 子电流 的励磁 定 分量 ｉ 由 ｉ ’计算模块给出 ， 转矩 分量 ｉ‘由转矩指 令值 和磁链估算值 Ｉ 计算 出 ， Ｉ Ｊ
运方 ＝ 警＋ 动程 — 丢 ，
（ ４ ）
＝
ｌｄ ｉ
ｍ
＝
肘 一 坐标 系中电机数学模型 由如下方程组成 ：
电压 方 程
由 （ ） 和 （ ） 可 以看 出 ， 子 磁 链 只 由定 子 电 流 ５式 ７式 转 励磁分量 ｉ 决定 ， 当转 子磁链 达到稳 态并保持不 变时 ， 电磁转矩 只由定子 电流转矩分量 ｉ 决定 ， 此时磁链 与转 矩分别 由 ｉ 和 ｉ 独立控制 ， 现 了磁链 和转矩 的解耦 ， 实
珊
（） ２
Ｏ
转矩方程 ＝ｎ （ａ 一ｉ ｉ ｉｉ ｓ ｍ （） ３ 展， 尤其是 Ｄ Ｐ信号处理器和专用集成 电路 Ａ Ｉ Ｓ ＳＣ的出现 以及 现代运动控制领域 的许多控制算法 ， 如矢量控制 ， 直 接转矩控制 ， 自适应控 制 ， 速度传 感器 控制 等的应用 ， 无 式中 Ｒ ， ， Ｒ 分别为定子 、 转子 电阻 ； ｍ ，， Ｌ ， Ｌ 分别 为 使得交流调速系统的性 能越来越优 越 ， 正在逐 渐取 代传 互感 、 定子 自感 、 子 自感 ； ， 为定 子电压矢量 的 Ｍ 转 ｕ ｕ 统 的直流 电机而成 为传 动系统驱 动 电机 的主 流 ， 工业 在 ｔ Ｏ 分Ｏ Ｔ分 量 ；… ｉ 量和 ｉ 为定 子 电流 的 Ｍ、 量 ； ， 为 Ｔ分 生产和人 民生活中发挥着更加广泛而重要 的作用 。 转子 Ｍ—Ｔ轴磁链 ， 理想矢量控制下 ， 由于 Ｍ轴固定在转 Ｏ ｔ Ｏ 在进 行复杂 系统 的设 计 时， 了提 高分 析 和设 计？ 为 子磁链 矢量 上 ， 因此磁链 的 Ｍ 轴 分量 等于 转子磁 链 幅 的效率 ， 一般采用计 算机 仿真技术 进行前 期研 究。针对 Ｏ Ｏ 值 ， 分量 为零 ， Ｔ轴 既有 ： ， ＝０； 为磁极对 ｎ 采用 以℃、ｉ ａ Ｃ＋＋为代表 的高级语 言直 接编程 所带 ｖ ｕｉ ｓ 为转子机械转速 ； 为机组转动惯量 ； 和 分别 Ｊ Ｏ Ｏ数 ， 来 的开发周期长 、 编程工作量 大等特点 ， 采用 以 Ｍａ ａ ｔ ｂ／ ｌ 为 电磁转矩和负载转矩 ， Ｄ为 与转速成正 比的阻转矩 阻 Ｓｍ ｌ ｋ为代表 的通 用工 具软 件进 行仿 真 ， ｉ ｕｉ ｎ 尤其 是 利用 尼系数。 Ｓｍ Ｐ ｗ ｒ ｙｔｍ 库 ， ｉ ｏ ｅ ｓ ｓ 采用 图形化 和模块化 的方法 ， 以 Ｓ ｅ 可 以同步转速 旋转 的转 子磁 场定 向 Ｍ —Ｔ坐标 系 方便快捷地构建变频调 速系统模 型 ， 大大提 高 了系 统仿 中， 为转差 角速度 ， 由以上 方程整理得 到矢量控制基 真 的效率和可靠性。 本方程式为 ： １异步电机 矢量控制变频调速原理 ， ’ 根据矢量控制理论 ， 在分 析异 步电机数 学模 型条件 妒 丽＝ ｉ 一 ‘， （） ５ 下， 遵循在不同坐标 系下所产 生 的磁 动势完 全一致 的原 ＆ ￥ ｇ （） ６ 则， 经过三相 一两相变换和旋转变换 ， 将异 步电机定子 电 ＿ 流空间矢量进行 分解 ， 在转子 磁场定 向坐标 系（肘 一Ｔ） 中将异步 电机模型转换 为直流 电机模 型来 进行控制 。在 ＝３ Ｐ ｎ ， ／ ２ （） ７
实验五 矢量控制系统仿真
矢量控制系统仿真
按矢量控制系统结构建立仿真模型，见图1。
其中，异步电动机仿真模型见异步电动机仿真，SVPWM用惯性环节等效代替，若采用实际的SVPWM方法仿真，会产生电流脉动。
转速、转子磁链和两个电流调节器均采用带有积分和输出限幅的PI调节器，两相磁链
rα
ψ和rβ
ψ由电动机模型直接得到，通过直角坐标到极坐标变换（K/P变换）得到转子磁链的幅值和角度，
r
r
jarctg
j
r r r r
j e
β
α
ψ
ψϕ
αβ
ψψψ
=+==
ψ
图2为空载起动和t=3s突加额定负载的定子电流励磁分量
sm
i（上）和转矩分量
st
i（下）仿真结果，图3a是对应的转速ω（上）与转子磁链r
ψ（下）仿真结果，图3b为转速ω
（上）
图1 矢量控制系统仿真模型
与转子磁链r （下）局部放大图。
图2 空载起动和加载的定子电流励磁分量sm i （上）和转矩分量st i （下）仿真结果
ψ（下）仿真结果图3a 空载起动和加载过程ω（上）和r
图3b ω（上）和ψ（下）局部放大。