交流电机无速度传感器控制研究

本科毕业设计（论文）交流电机无速度传感器控制研究梁*燕 山 大 学里仁学院2016 年 6 月 本科毕业设计（论文）交流电机无速度传感器控制研究学 院： 里仁学院 专 业： 自动化 学生 姓名： 梁* 学 号： * 指导 教师： * 答辩 日期： 2016/6/20 燕山大学里仁学院毕业设计(论文) 任务书学院：电气工程学院 专业(方向) ：自动化 学号 *学生姓名 梁*专 业班 级 12 级过程控制 1 班题目名称题目性质1.理工类：工程设计 （ ） ；工程技术实验研究型（ ） ；理论研究型（ ） ；计算机软件型（ ） ；综合型（ ） 。2.文管类（ ） ；3.外语类（ ） ；4.艺术类（ ） 。题目类型 1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目题目来源 科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容1 学习和掌握用 MATLAB 辅助设计交流电机无速度传感器控制。2 得到仿真结果。3 分析系统的各项性能指标。4 给出全部设计参数和图纸。基本要求1. 按电气工程学院本科生学位论文撰写规范的要求完成设计说明书一份（不少于 2.4万字） ，A0 图纸。2. 说明书及插图一律打印，要求条理清晰、文笔流畅、图形及文字符号符合国家现行标准。3. 按学院指定的地点进行设计，严格按照进度计划完成毕业设计任务。参考资料相关科技文献周 次 1 4 周 5 8 周 9 12 周 13 16 周 17 18 周应完成的内容查阅并消化理解资料，找出主要问题了解工作原理，相关参数计算方案设计 仿真验证 撰写论文准备答辩指导教师：*职称： 2015 年 12 月 30 日摘要I摘要随着电力电子技术的进步，计算机技术的飞跃发展，以此为基础的交流电机调速技术也取得了长足的进步，交流电机的无速度传感器矢量控制技术作为现代交流传动控制的一个重要研究方向，逐渐成为研究的热点。本文就异步电动机无速度传感器矢量控制这一热点技术展开研究。论文首先对近年来交流电机控制技术的发展进行了综述，归纳并比较了各种控制策略的优缺点。然后介绍了不同坐标系下异步电动机的数学模型，主要包括三相系下异步电动机的数学模型和两相系下异步电动机的数学模型，阐述了矢量控制基本原理、坐标变换，基于转子磁链定向进行了电流环，转速环和磁链环的工程设计，利用异步电动机的数学模型，通过电压、电流和磁链方程推导出转速估计的表达式，对估算转速和转差进行估算，实现了异步电动机的无速度传感器矢量控制。最后，建立了基于 Matlab 软件中 Simulink 模块的仿真平台，对所设计的 PI 控制环进行了验证，确定了控制环的参数。关键词: 无速度传感器; 异步电动机; 矢量控制基本原理; 转子磁链定向; PI 控制环IIAbstractWith the dramatic development of electronic technology and computer science, the speed regulation technology of alternating current machine based on them has made considerable progress. The speed- sensorless vector control of induction motor has become a focus gradually as an important approach direction in modern alternating, current machine control.Speed-sensorless vector control strategies of induction motor are studied in this thesis. Firstly, research for control strategies of alternating, current induction motor in recent years was introduced, and the advantages and disadvantages of different strategies were compared. Based on the theory of electromagnetism field, the mathematical model building of alternating, current induction motor is educed in different coordinates, including the model in 3-phase coordinate and the model in 2-phase coordinates. And the principle of vector control and coordinate conversion is also presented; based on rotor flux orientation for the current loop, speed loop and magnetic link of engineering design, the use of the mathematical model of asynchronous motor, through the voltage, current and flux linkage equations of speed estimation is deduced expressions, to estimate the estimation speed and slip, realize the asynchronous motor speed sensorless vector control.Finally, the simulation platform in module Simulink of Matlab software platform is set up to confirm the validity of the designed PI control loop parameters.Keywords: Speed-sensorless; Induction motor; Theoretical foundation of vector control; Rotor filed oriented; PI control loopIII目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 研究课题的和意义背景 .11.2 无速度传感器国内外研究现状 .21.2.1 异步电动机的控制方法 .21.3 本文的主要研究内容 .4第 2 章 异步电机矢量控制理论与控制环参数设计 .52.1 矢量控制的基本思路 .52.2 异步电机在不同坐标系下的数学模型 .62.2.1 异步电动机在 A-B-C 三相静止坐标系上的数学模型 .72.2.2 异步电动机在 静止坐标系上的数学模型 .9、2.2.3 异步电动机在 D-Q 同步旋转坐标系上的数学模型 .102.2.4 异步电动机在 M-T 同步旋转坐标系下的数学模型 .132.3 控制环的参数设计 .152.3.1 双闭环调速系统动态框图 .152.3.2 电流环的设计 .162.3.3 转速环的设计 .172.3.4 磁链环的设计 .192.4 本章小结 .20第 3 章 异步电机转速估计和转子磁链模型 .213.1 转速估计的方法 .213.2 异步电机按转子磁链定向的转速估计 .233.3 本章小结 .24第 4 章 无速度传感器矢量控制系统仿真 .2541 MATLABS IMULINK 仿真平台 .254.2 无速度传感器矢量控制仿