基于Matlab_Simulink的异步电机矢量控制系统仿真

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基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真

基于Matlab/Simulink 的异步电机矢量控制系统仿真摘要在异步电机的数学模型分析中以及矢量控制系统的基础之上，利用Matlab/Simulink运用建立模块的思想分别组建了坐标变换模块、PI调节模块、转子磁链个观测模块、SVPWM等模块，然后将这些模块有机的结合，最后构成了异步电动机矢量控制的仿真模块，并且进行了仿真验证。

仿真结果分别显示了电机空载与负载情况下转矩、转速的动态变化曲线，验证了该方法的有效性、实用性，为电机在实际使用中打下了坚实的基础。

本文主要研究异步电机在矢量控制下的仿真。

使用Matlab/Simulink中的电气系统模块(PowerSystem Blocksets)将其重组得到新的模型并对其仿真，最后分析仿真结果得出结论。

关键词: 异步电机矢量控制 MATLAB/SIMULINK 变频调速目录摘要 (I)Abstract......................................................................................... 错误!未定义书签。

1 绪论 (1)1.1 电机及电力拖动技术的发展概况 (1)1.2 异步电动机的控制技术现状................................................. 错误!未定义书签。

1.3 仿真软件的简介及其选择..................................................... 错误!未定义书签。

1.4 论文的主要内容及结构安排................................................. 错误!未定义书签。

2 异步电动机的数学模型 (4)2.1 异步电动机的稳态数学模型 (4)2.2 异步电动机的动态数学模型 (5)2.3 本章小结 (7)3 矢量控制系统基本思路 (8)3.1 矢量控制的基本原理 (8)3.2 坐标变换 (9)3.3SVPWM调制 (21)3.3本章小结 (11)4 异步电机矢量控制系统仿真 (14)4.1矢量控制系统模型 (14)4.2仿真结果与分析 (15)4.5本章小结 (17)5结论与展望 (18)5.1结论 (18)5.2后续研究工作的展望 (19)参考文献 ....................................................................................... 错误!未定义书签。

基于Matlab异步电动机矢量控制系统的仿真

基于Matlab转差频率控制的矢量控制系统的仿真概述：常用的电机变频调速控制方法有电压频率协调控制(即v／F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制等。

其中，矢量控制是目前交流电动机较先进的一种控制方式。

它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。

其中基于转差频率控制的矢量控制方式是在进行U ／f恒定控制的基础上，通过检测异步电动机的实际速度n，并得到对应的控制频率f，然后根据希望得到的转矩，分别控制定子电流矢量及两个分量间的相位，对输出频率f进行控制的。

采用这种控制方法可以使调速系统消除动态过程中转矩电流的波动，从而在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又具有比其它矢量控制方法简便、结构简单、控制精度高等特点。

Simulink仿真系统是Matlab最重要的组件之一，系统提供了标准的模型库，能够帮助用户在此基础上创建新的模型库，描述、模拟、评价和细化系统，从而达到系统分析的目的。

在此利用Matlab／Simulink软件构建了转差频率矢量控制的异步电机调速系统仿真模型，并对此仿真模型进行了实验分析。

矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，一般将含有矢量交换的交流电动机控制都称为矢量控制，实际上只有建立在等效直流电动机模型上，并按转子磁场准确定向地控制，电动机才能获得最优的动态性能。

转差频率矢量控制系统结构简单且易于实现，控制精度高，具有良好的控制性能、因此，早起的矢量控制通用变频器上采用基于转差频率控制的矢量控制方式。

基于此，本文在Mtalab/Simulink环境下对转差频率矢量控制系统进行了仿真研究。

1转差频率矢量控制系统由于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。

转差频率矢量控制是按转子磁链定向的间接矢量控制系统，不需要进行复杂的磁通检测和繁琐的坐标变换，只要在保证转子磁链大小不变的前提下，通过检测定子电流和旋转磁场角速度，通过两相同步旋转坐标系(M-T坐标系)上的数学模型运算就可以实现间接的磁场定向控制。

基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真

基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的不断发展，异步电机矢量控制系统已成为现代电机控制领域的重要分支。

该系统通过精确控制异步电机的磁通和转矩，实现了对电机的高效、稳定和动态性能的优化。

Matlab/Simulink作为一种强大的仿真工具，为异步电机矢量控制系统的研究和设计提供了便捷的平台。

本文旨在探讨基于Matlab/Simulink的异步电机矢量控制系统仿真方法。

文章将简要介绍异步电机矢量控制的基本原理和关键技术，包括空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术、转子磁链观测技术以及矢量控制策略等。

详细阐述如何利用Matlab/Simulink搭建异步电机矢量控制系统的仿真模型，包括电机模型、控制器模型以及系统仿真模型的构建过程。

文章还将探讨仿真模型的参数设置、仿真过程以及仿真结果的分析方法。

通过本文的研究，读者可以深入了解异步电机矢量控制系统的基本原理和仿真方法，掌握基于Matlab/Simulink的仿真技术，为异步电机矢量控制系统的实际设计和应用提供有益的参考和借鉴。

本文的研究也有助于推动异步电机矢量控制技术的发展和应用领域的拓展。

二、异步电机基本原理异步电机，又称感应电机，是一种广泛应用于工业领域的电动机。

其基本原理基于电磁感应和电磁力作用。

异步电机主要包括定子（静止部分）和转子（旋转部分）。

定子通常由铁芯和三相绕组构成，而转子则可能由实心铁芯、鼠笼型或绕线型结构组成。

当异步电机通电时，定子绕组中的三相电流会产生旋转磁场。

这个旋转磁场与转子中的导体相互作用，根据法拉第电磁感应定律，会在转子导体中产生感应电动势和感应电流。

这些感应电流在旋转磁场的作用下，受到电磁力的作用，从而使转子产生旋转力矩，驱动转子旋转。

异步电机的旋转速度与定子旋转磁场的旋转速度并不完全同步，这也是其被称为“异步”电机的原因。

异步电机的旋转速度通常略低于旋转磁场的同步速度，这是由于转子导体的电感和电阻导致的电磁延迟效应。

基于MATLABSimulink的异步电机仿真

Therefore, simulation tools must be developed for induction motor experiments to serve as useful preparatory exercises before students come to the laboratory. The objective of thispaper is to present simulation models of these induction motor experiments in an effort to design a computational laboratory.The dc, no-load, and blocked-rotor simulation models are developed as stand-alone applications using MATLAB/Simulink and Power System Blockset (PSB) . For the load experiment, students are required to write a computer program usingMATLAB’s M-flle programming for the per-phase equivalent circuit of the induction motor to compute operating quantities.Such an assignment improves students’ programming skillsthat would be helpful in other classes as well.
For personal use only in study and research; not for commercial use

基于Simulink的异步电机矢量控制调速建模与仿真

交流调速的重要方向之一建立异步电机矢量控制系统一。
的仿真模型，能有效地节省控制系统的设计时间，时验及
证施加于系统的控制算法，时呵以利用计算机仿真的优同
越性，入扰动和参数变化，便观察系统在不同工况下加以的动静态特性。
ｃｎｒ１ｏｔｏ．Ｋｅｒｓａｙｃｒｎｕａｈｎ；ｅｔｒｃｎｒｌｓｍｕａｉｎｙｗｏｄ：ｓｎｈｏｏｓｍｃｉｅｖｃｏｏｔｏ；ｉｌｔｏ
矢量控制是在电机统一理论、电能量转换和坐标变机
换理论的基础上发展起来的一种先进的控制策略，现代是
根据矢量控制的基本概念，用ＭａｌｂＳｍｕｉｋ软利ｔ／ｉｌａｎ件中的电气系统模块ＳｍＰｗｅＳｓｅｉｏｒｙｔｍｓ对该系统进行ｒ建模和仿真研究。构建的异步电机矢量控制调速系统的仿真模型如图２所示。
图２系统总体模型结构图
２２主要子模块的构造与功能．
２２１逆变器模块．．逆变器模块由ＳｍＰｗｅＳｓｅ中的ＰｗｅＥｅｔｎｃｉｏｒｙｔｍｏｒｌｃｒｉｏ
库中的ＵｎｖｒａＢｉｇｉｅｓｌｒｄｅ模块构成，变器的输入ｐｌｅ逆ｕｓ端

基于MATLAB的异步电机矢量控制调速系统仿真

宁波大学答题纸（20 13 —20 14 学年第 1 学期）课号： 101G08EA1 课程名称：MATLAB 应用技术改卷教师：朱莹学号： 116040069 姓名：覃坤勇得分：基于MATLAB/SIMULINK 的异步电机矢量控制调速系统仿真1基本要求在分析异步电机的动态数学模型及矢量控制原理的基础上，利用Matlab/Simulink ，采用模块化的思想分别建立了电流控制型变频器模块、异步电机矢量变换模型、电流滞环PWM 控制模块、以及电流控制观察、速度调节等模块，再进行功能模块的有机整合，构成了交流异步电机矢量控制系统，并进行了仿真试验。

2 理论基础感应电机的数学模型是一高阶、非线性、强耦合的多变量系统，为便于研究，通常通过坐标变换使之简化。

根据交流电机理论，在忽略空间谐波、磁饱和、铁损以及频率和温度变化对绕组的影响的情况下，经过坐标变换，三相交流感应电动机在d-q 坐标系下的数学模型可用如下方程描述：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++--+=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡2211221111111100000t m t m r s m s r m m m S Sm m SS t m i i i i R L L p L R p L p L L p L R L L p L L p L R u u ωωωωωω （1）式中，S L ，r L 分别为定子和转子的自感；1R ，2R 分别为定子和转子的电阻； m L 为定转子间的互感。

异步电机矢量控制中,被控的是定子电流因此,需要推导出定子电流分量和其他物理量的关系。

磁链方程如下：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡221122110000000q d q d r mr m m S m Sq d q d i i i i L L L L L L L L ψψψψ （2）2211ψm m L p T i +=（3）式中，2T 为转子励磁时间常数，即 22R L T r=。

基于Matlab_Simulink的异步电机直接转矩控制系统仿真_何萍

, 2# ! . ) ! # !’ 2 , ’ . ) # ! . " & , )’$ 2 # ! ! . "
［］
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" $ " 2 $ , ’$ ! " ! 式中，- 5 （。 .／ ’ ’ 6’$） * ) 磁链方程为
电气应用 ! " " #年第! $卷第%期
基于 8 5 ’ # 5 6／ . / 0 $ # / 1 2的异步电机直接转矩控制系统仿真
$* ’ 2 ’$ 2# * ! / * ! ! # ! ! # $* 2 ’ 2 ’$ * * * " " $ $* ’$ 2 ’ 2 * ! ) ) !
" $ "2 $* " 转矩方程为
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2
$ " $ ’ * ) ) " （） 7
（ ! 0( $ " * * * * !） 4 $* " ) $* " 运动方程为
, 引言
直接转矩控制变频调速技术，是% "世纪2 "年代由德国鲁尔大学的 3 4 4 , 1 6 7 8 - 教授和日本学者 5 9 / / : / ; : (提出的。它用空间矢量分析方法，在二相静止坐标系下计算、控制异步电动机的磁链和转矩，采用两点式调节产生 < =. 信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。直接转矩控制技术自诞生起就以其新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " ! " ! 直接转矩控制系统仿真模型直接转矩控制系统的仿真模型如图!所示，磁链模型（）的实现如图 & 所示，先将测得的三 " # $ % 相定子电压和定子电流经过三相／二相变换，然后用积分模块建立起磁链模型。转矩模型（） ’ ( ) $ + * 的实现比较简单，在此省略。

基于MatlabSimulink的异步电机矢量控制系统仿真

仿真结果分别显示了电机空载与负载情况下转矩、转速的动态变化曲线，验证了该方法的有效性、实用性，为电机在实际使用中打下了坚实的基础。

本文主要研究异步电机在矢量控制下的仿真。

使用Matlab/Simulink中的电气系统模块(PowerSystem Blocksets)将其重组得到新的模型并对其仿真，最后分析仿真结果得出结论。

1 绪论 (1)1.1 电机及电力拖动技术的发展概况 (1)1.2 异步电动机的控制技术现状................................................. 错误!未定义书签。

1.3 仿真软件的简介及其选择..................................................... 错误!未定义书签。

1.4 论文的主要内容及结构安排................................................. 错误!未定义书签。

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L ss Ls = － Ms － Ms L rr Lr = － Mr － Mr
－ Ms L ss － Ms － Mr L rr － Mr
－ Ms － Ms L ss － Mr － Mr L rr
R1 和 R2 分别为定、转子每相绕组的电阻。磁链方程：用 ψ s 和 ψ r 分别表示定子磁链和转子磁链的 i s 和 i r 分别表示定子电流和转子电流的列矩阵，列矩阵，则磁链方程可写为：
* 电流的给定信号 ism 和电枢电流的给定信号 * ist * ， i* i* 经过 Park 变换得到 i A 、与交流异步 B 、 C ， * *
{
U B = r2 i B + p ψ B
（ 1）
式中
iB 、 i C 通过电流滞环调节电机的反馈电流信号 i A 、 uB ， uC ，器后得到了交流异步电机的输入电压 u A ，监测三相异步电动机的转速，即可输出交流异步电机调速所需的三项变频电流。根据模块化建模的思想，将控制系统分割为各个功能独立的子其中主要包括：交流异步电机本体模块、矢模块，量控制模块、帕克变换模块、电流滞环控制模块、速度控制模块。通过这些功能模块的有机整合，
Simulation of Asynchronous Motor Vector Control System based on Matlab / Simulink
Jia Rui， Kang Jinping
（ North China Electric Power University， Beijing 102206 ， China） Abstract： In this paper， the mathematical model of the asynchronous motor was analyzed based on ABC coordinate system． A common and simple dynamic simulation model of asynchronous motor was given using Matlab / Simulink， and the model was applied to asynchronous motor vector control system． Based upon rotor flux orientation， the simulation model of the asynchronous motor vector control system was constructed． When using this model ， one only needed to transfer it to the workspace and input proper motor parameters， it is demonstrated that the model has quick rewith flexible， convenient ， intuitive and a series of advantages． Through the simulation of the asynchronous mosponse， tor vector control system， it is verified that this model was correct and effective． Key words： ABC coordinate system； asynchronous motor； vector control ； Matlab ； simulation
No． 9
2011
华北电力技术
NORTH CHINA ELECTRIC POWER
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就是将公共坐标系统建立在转子定向磁场上的矢量控制方法，在 M － T 坐标按转子磁场定向后，定子电流的两个分量实现了解耦，i M 唯一确定磁链 Ψ r 的值，i T 只影响转矩，与直流电动机中的励转子方程大大简化，磁电流和电枢电流相对应，实现了磁通和转矩之间的解耦。这样简化了多变量、强耦合的交流电动机调速系统的控制问使交流题。矢量控制主要的特点是动态响应快，电机的调速性能有质的提高。 1 ． 2 三相交流异步电机的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。为了便于分析，假定：（ 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。则三相定子的电压方程可表示为： U A = r1 i A + p ψ A U C = r3 i C + p ψ C UA 、 UB 、 UC — — —定子三相电压； iA 、 iB 、 iC — — —定子三相电流； — —定子三相绕组磁链； ψA 、 ψB 、 ψC — r1 — — —定子各绕组电阻； p — — —微分算子 p = d / dt。三相转子的电压方程为： U a = r2 i a + p ψ a U c = r2 i c + p ψ c Ub 、 Uc — — —转子三相电压；式中 U a 、 ia 、 ib 、 ic — — —转子三相电流； — —转子三相绕组磁链； ψa 、 ψb 、 ψc — r2— — —转子各绕组电阻。磁链方程为： ψ A L AA ψ L BA B ψ C L CA = ψ a L aA ψ L b bA ψ L cA c L AB L BB L CB L aB L bB L cB L AC L BC L CC L aC L bC L cC L Aa L Ba L Ca L aa L ba L ca L Ab L Bb L Cb L ab L bb L cb L Ac i A L Bc i B L Cc i C L ac i a L bc i b L cc i c （ 3）
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NORTH CHINA ELECTRIC POWER
No． 9
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基于 Matlab / Simulink 的异步电机矢量控制系统仿真
贾瑞，康锦萍
（华北电力大学，北京 102206 ）摘要：在 ABC 坐标系的基础上，分析了异步电机的数学模型。利用 Matlab / Simulink 给出异步电机的一个
T u c］
则三相异步电动机的电压方程用矩阵表示为：
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NORTH CHINA ELECTRIC POWER
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图1
异步电动机矢量控制变频调速系统的仿真模型
[u ] [ 0 R ][i ] [ψ ]
us
r
=
Rs
0
is
r
+p
ψs
r
（ 6）
s
R r 分别为定、式中： R s 、转子绕组的电阻矩阵，均为对角阵。 R1 Rs = 0 0 0 R1 0 0 0 ； R1 R2 Rr = 0 0 0 R2 0 0 0 R2
0
引言
本文在分析异步电动机矢量控制方法的基础上，应用 Simulink 建立了异步电动机矢量控制调速系统的仿真模型，同时对某电机进行了调速控制仿真分析。
交流异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。经典的交流电机理论和传统控制系统分析方法不能完全适应于现 20 世纪代交流调速系统。为了实现高动态性能， 70 年代，许多专家学者经过潜心研究，并在实践中不断改进，终于形成了目前所普遍应用的异步电动机矢量控制变频调速系统。按转子磁场定向的矢量控制通过一系列的坐标变换，实现了电机定子电流中励磁分量和转矩分量的解耦控制。将控制对象的感应电机当作直流电机来进行控制，实现了对电机电磁转矩的动态控制，从而优化了调速系统的性能。
M sr = M sr × cosθ cos（ θ + 120°） cos（ θ － 120°） cos （－ 120° ） cosθ cos（ θ + 120°） θ cos（ θ + 120°） cos（ θ － 120°） cosθ T Mrs = Msr L rr 分别表示定、式中： L ss 、转子每相绕组的自感； Ms 、 M r 分别表示定、转子三相绕组各相间的互感大小； M sr 为定、转子绕组间互感的幅值。当定子的零序电流等于零（如定子绕组为 Y L ss i A －联结，且无中线），即 i A + i B + i C = 0 时， M s i B － M s i C = L ss i A － M s （ i B + i C ） = L1 i A ，则定子的磁链方程可化简为： ψ s = L1 i s + M sr i r ；同理，转子的： = L i + M i 。磁链方程可化简为 ψ r 2 r rs s
{
U b = r2 i b + p ψ b
（ 2）
就可在 Matlab 中搭建出交流异步电机控制系统的仿真模型，并实现双闭环的控制算法。 2． 1 交流异步电机本体模块在整个控制系统的仿真模型中，交流异步电机本体模块是最重要的部分，反映的是交流异步电机的本质属性。交流异步电机本体模块的输 uB ， uC ，入是电流置换调节器的输出脉冲电压 u A ， iB ， i C 以及转速 n 和电磁输出是定子三项电流 i A ，转矩 T e 。电压方程：用 u s 和 u r 分别表示定子绕组和转子绕组的端电压列矩阵，即： T u A u B u C］ us = ［ ua ur = ［ ub