精品毕业论文感应电机无速度传感器直接转矩控制系统的实验研究

目 录目录- 2 -摘要- 3 -关键词- 3 -Abstract- 3 -Keywords- 5 -第1章 绪论- 5 -1.1选题目的及意义：- 5 -1.2课题发展现状和前景展望- 5 -1.3 研究内容- 6 -第2章 感应电机无速度转矩矢量控制原理- 7 -2.1 异步电机的数学模型与坐标变换- 7 -2.1.1异步电机的基本方程式- 7 -2.1.2 异步电动机的几种等效电路- 10 -2.1.3坐标变换- 13 -2.2 矢量控制变频调速系统的原理- 17 -2.2.1 矢量控制基本方程式- 17 -2.2.2 转差型矢量控制- 19 -2.3 无速度传感器矢量控制系统的结构和速度观测原理- 19 -2.3.1 无速度传感器矢量控制系统的原理- 19 -2.3.2 感应电机矢量控制系统的基本思路- 20 -2.3.3转子磁链定向的矢量控制系统- 20 -2.4 无速度传感器矢量控制技术- 21 -第3章 仿真设计- 23 -3.1 仿真平台- 23 -3.2 仿真准备- 24 -3.3 仿真电路- 25 -第4章 仿真结果- 25 -4.1 仿真结果波形- 25 -4.2 结果分析- 26 -4.3结论- 27 -第5章 总结- 27 -参考文献- 27 -致谢- 29 - 摘要直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后交流传动领域中一种新兴的控制技术,它省去了复杂的矢量变换,具有动态响应快、结构简单、易于实现等优点。无速度传感器技术是当前交流传动领域中的研究热点,由于速度传感器的安装不仅增加了系统的成本,而且存在安装不便、维修困难等缺点,因而用软件代替速度传感器来辨识转速,即无速度传感器技术,具有非常好的应用前景。 本论文从异步电机的数学模型出发,介绍了直接转矩控制的基本原理,详细的分析了直接转矩控制的六边形及圆形磁链轨迹的控制方案,对圆形磁链轨迹的转矩调节器进行改进,减小了转矩脉动,并提出一种新型的十八边形磁链轨迹控制方案,改善了电流波形,针对不同的应用场合及不同的转速范围可以应用不同的控制方案。本文对无速度传感器技术进行了深入的研究,着重分析了基于模型参考自适应的速度辨识算法,建立了三种速度辨识方案的数学模型,并将它们应用到直接转矩控制系统中进行仿真比较,发现基于全阶磁链观测器的速度自适应辨识在全速度范围都有着理想的辨识效果,且由磁链观测器得到的定子磁链可以直接应用于直接转矩控制系统。 本论文用Matlab/Simulink软件对直接转矩控制不同磁链轨迹的控制方案进行了详尽的仿真研究,构建了三种速度辨识方案的仿真模型,对无速度传感器的异步电机直接转矩控制系统进行了仿真研究。仿真结果与理论分析是一致的。关键词直接转矩控制；无速度传感器；感应电机；矢量控制；模型参考自适应 Abstract The direct torque control theory is a kind of new control theory followed the vector control theory in the field of alternating current drive. The method has the performance of quick reaction, simple structure, and easy design because it hasnt complicated vector transform. The speed sensorless method has been a focus in the field of alternating current drive since it came into being. Using speed sensor not only increases the cost, but also has the disadvan-tage of inconvenient fixing and maintenance. So using software instead of speed sensor, the speed sensorless method, has good application prospect.This paper makes a study of asynchronous motor model and the basic principle of direct torque control. The DTC system that has six-corner and the circle stator flux curve is analyzed in details. The torque ripple is weakened since the torque regulator of the control scheme which has circle stator flux curve. A new control scheme is proposed, which has eighteen-corner stator flux curve and better current curve. These control schemes are applied in different situation and speed range. This paper also makes a profound study of speed sensorless technique and analyzes emphatically the method of speed estimate based on model reference adaptive system. Three schemes of speed estimate are proposed. After applied in the direct torque control system, it seems that the scheme of speed estimate based on full-order flux observer is perfect. And the stator flux observed by the full-order flux observer can be directly applied in the direct torque control system.In this paper the DTC systems that have different stator flux curves are simulated detailedly by Matlab/Simulink. The simulation models of three speed estimate schemes are constituted and the speed sensorless direct torque control system of asynchronous motor is simulated. The simulation result accords with the analysis of theory.Keywords Direct Torque Control；Speed Sensor；Induction motor；Vector Control；Model reference adaptive 第1章 绪论1.1选题目的及意义：通过本课题的训练，培养学生在电气工程及其自动化专业方向分析问题、解决问题的能力。初步掌握感应电机无速度传感器直接转矩控制系统设计方法。1.2课题发展现状和前景展望 矢量控制在大众容量交流传动中初次实际应用开始于1979年，用于驱动造纸机。1980年矢量控制在轧钢机主传动上用于异步电机和同步电动机传动，但只在系统的一部分用微机控制。产品化过程中最大的难题就是控制电路的研究。矢量控制包括坐标变换和矢量运算以及含非线性的复杂运算。对交流瞬时值进行控制的必要条件是高速运算。起运算处理的规模要比直流调速大若干倍。若用模拟电路来实现，不用说价格就连确保性能和可靠性也做不到。这就是70年代中期为什么不能实用化的原因之一。70年代是微处理器,LSI等微电子技术急速成长的时代。虽说如此，直到70年代末才把微处理器用于交流调速的控制，在处理能力上还没有充足的把握。若能用微机和数字电路相结合来解决四则运算和非线性运算，则模拟电路的缺陷便可弥补。矢量控制装置的实用性，可靠性便可达到满意水平。另一个课题就是研究快速的电力半导体变流装置。但是虽说PWM逆变器的出现，但是GTR与GTO尚在开发之初。SCR逆变器又不能适应急剧的加减速和负荷冲击。因此，最早实用化的还只是用相位控制的SCR交交变频器。其性能可与直流调速媲美。日本在大容量矢量控制装置制作实绩方面比德国稍逊一筹。开始只是在数控机床主轴的驱动上采用AC无刷同步电动机利用矢量控制做成高速传动系统。犹豫该机床的伺服传动早已实现AC化，再加上主轴传动的AC化，数控机床的AC化就完成了。德国在70年代前期虽有矢量控制产品推出，但是市场销售方面也和日本一样，用户对新技术应用不太感兴趣。制造厂宁可为高利润而继续生产直流传动装置。在当时的条件下，能把异步电动机控制的和直流机一样的四象限运行确实不易。后来该成果以论文形式在1974年川安电机上发表，1977年-1984年接受了AC伺服系统中矢量控制的应用项目而获得成功。由于控制理论的发展及DSP的应用，经20年的努力，最初设想的不用速度传感器“只用电动机三根线控制”及无速度传感器矢量控制也就实现了。随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的飞速发展,各类电机控制技术不断得到发展。其中直接转矩控制技术(DTC)作为继矢量变换控制之后又一项新型的现代交流调速控制技术,其思路是把交流电机与逆变器看作一个整体对待,采用空间电压矢量分析方法进行计算,免去了矢量变换的复杂计算。控制系统具有结构简单,鲁棒性强、静动态性能好、便于实现全数字化等到优点,所以得到了越来越广泛的重视。1.3 研究内容感应电机直接转矩控制（DTC）是一种高性能交流调速技术，它摒弃可矢量控制中解耦的思想，通过检测到的定子电压，电流，用空间矢量的分析方法直接在定子坐标系下计算并控制交流电动机的磁链和转矩。在这种高性能的调速系统中，引入速度闭环必不可少。速度检测装置多采用测速发电机或光电编码器，这些速度传感器的安装不仅增加了控制系统的成本，影响了检测精度和控制性能，降低了可靠性，而且速度传感器不适合于潮湿和电磁噪音声干扰大等影响信号传输的恶劣环境，从而限制了其应用范围。 为了实现对感应电动机的高性能控制，针对传统的速度辨识器存在的不足，提出了一种无速度传感器直接转矩控制系统。在该系统中，根据感应电机的数学模型，经过一定的变换，利用电动机易于检测到的定子电压和电流，以及基于MATLAB设计了一种速度辨识器，从而实现了无速度传感器的闭环控制。对所设计系统进行了仿真，结果表明该调速系统具有良好的稳态性能和动态性能，该设计是合理、有效的。 在感应电机矢量控制系统中，转速的闭环控制环节是必不可少的，然而，速度传感器的成本，安装维护以及现场环境恶劣等问题，严重限制了其应用范围，本文对无速度传感器技术进行研究，提出了一种改进型参考自适应（MRAS）的无速度传感器矢量控制方案，并基于MATLAB软件搭建感应电机无速度传感器转子磁链定向矢量控制系统，仿真结果验证了该系统的可行性与实用性。 交流调速是一门综合性的技术，涉及自动控制，电力电子技术，计算机，电机等方面的知识。而高性能的交流调速系统，不论是采用矢量控制还是直接控制，都需要知道转子的速度和位置。在传统的感应电机控制中，一般是在转子同轴上安装机械式传感器的引入增加了系统的成本，降低了系统的可靠性，而且受安装条件，使用环境等因素的影响，系统的应用范围受到限制。因此，无速度传感器技术成为感应电机控制研究的热点。第2章 感应电机无速度转矩矢量控制原理2.1 异步电机的数学模型与坐标变换2.1.1异步电机的基本方程式 异步电动机是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统。在研究异步电动机数学模型时常作如下假设：（1） 设三相绕组对称，空间互差120电角度，所产生的磁动势沿气隙圆周正弦分布；（2） 忽略磁路饱和，绕组的自感互感都是线性的；（3） 忽略铁耗的影响。 这样，实际电动机被等效为图2-1所示的三相异步电动机物理模型。图中，定子三相绕组轴线A,B,C在空间是固定的，故图2-1 三相异步电动机的物理模型定义为三相静止坐标系。设：A轴为参考坐标轴，转子以速度旋转，转子绕组轴线为a,b,c随转子旋转。A轴和定子A轴间的电角度差为，称为空间角位移。 图2-1中的符号：，定子和转子相电压的瞬时值。， , ，定子和转子相电流的瞬时值。 , 定子和转子电阻。 ，由漏磁通产生的定子和转子漏感。 定子和转子互感。互感的情况较为复杂，定子和转子的六个绕组之间的互感可以考虑有两类：一类是A,B,C相绕组及a,b,c相绕组之间因位置固定，故互感为常数，另一类是定子任一相之间的位置是变化的，互感是角位移的函数。互感的变参数是造成系统非线性的根源。异步电动机的数学模型可由以下四组微分方程来描述：a.电压方程式 三相定子绕组电压方程式为 (2.1) (2.2) (2.3)三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程式为 (2.4) (2.5) (2.6)b. 磁链方程式 每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和，可表达为 = (2.7)式中 自感： 互感： c.转矩方程式 (2.8) d.运动方程式 (2.9) 式中 负载转矩； 机组的转动惯量； 电动机极对数。 由上方程式可知，异步电动机的强耦合性主要体现在磁链和转矩方程式中，既有三相绕组之间的耦合，又有定，转子绕组之间的耦合，还存在转矩方程式中磁场与定，转子电流之间的相互影响。气根源在于它有一个很复杂的电感矩阵。通常需要用坐标变换的方法加以改造，最后得出与三相异步电动机等效的直流电动机模型。2.1.2 异步电动机的几种等效电路 （1） T型等效图2-2为通常见到的异步电机一相等效电路图。其特点：一是忽略铁耗；二是着眼于对气隙磁通进行公式推导。图2-2 异步电动机T型等效电路图2-2中符号： 定子相电压； ，定子和转子感应电动机； 定子电流；转子电流；励磁电流；，定子和转子电阻；，与定子，转子自感对应的电抗和励磁电抗； 由等效电路可写出表征气特性的主要关系式如下： (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) 根据这些关系式即可绘出大家熟知的一气隙磁通相量为中心的相量图，如图2-3所示。图2-3 异步电动机T型等效电路的相量图由式（2.13）可知，为气隙基波合成磁通，为转子电流产生的转子漏磁通，故与同相位，转子磁通由气隙磁通与漏磁通合成。由于电动机转矩是由转子磁通产生，故以后将着重讨论为中心的等效电路。（2） 异步电动机等效电路的通用形式 图2-3的T型等效电路可变换为以电动机电感，表示的通用形式，如图2-4所示 图2-4 异步电动机通用型等效电路图2-4中：，定，转子每相绕组的等效电感；互感； 电源频率。 由图2-4可列出顶，转子回路的电压方程式（2.14）（2.15）。注意，图2-4和图2-2是完全等效的，只是参数表现形式不同而已。 (2.14) (2.15) 将上两式改写为如下形式： (2.16) (2.17) 式中 常数，可选定为任意值。 例如，当为匝数比时，即可画出如图2-5的T型等效电路 图2-5 时的T型等效电路将T型等效电路转换的目的是为了设定不同的值，以达到控制方便的需要。如进行突出定子磁链（设）的直接转矩控制，和突出转子磁链（设）的矢量控制等。2.1.3坐标变换 （1）概念由三相异步电动机的数学模型可知，研究其特性并控制时，若用两相就比三相简单；如果能用直流控制就比交流控制更方便。为了对三相系统进行简化，就必须对电动机的参考坐标系进行变换，这就叫坐标变换。在研究矢量控制时定义有三种发坐标系统，及三相静止坐标系（3s）两相静止坐标系（2s）和两相旋转坐标系（2r）。设任意电动机的电压方程式可表示为 (2.18)式中 电压矩阵； 电流矩阵； 阻抗矩阵； 电动势矩阵，即。 从坐标变换到另一坐标，需要变换矩阵运算，并遵循如下变换规则。a. 逆变换规则 设为变换矩阵，为逆变换矩阵，两者存在如下关系： (2.19) 式中 单位矩阵。则式（2.18）的电压方程可写成 (2.20) 令，则式（2.20）可变换为 (2.21)b. 正交变换规则 为保持变换前后功率不变，可采用正交变换矩阵,且定义 (2.22) 由于前以定义 ,故 (2.23)（2） 从三相到两相的静止坐标变换（3s/2s变换） 图2-6中，A,B,C三相对称静止绕组，通以三相平衡的正弦电流，产生合成磁动势F，以同步转速旋转，A,B,C轴称为三相静止坐标系。，为两相静止绕组，它们在空间互差90，且通入时间上互差90的两相交流，也产生于上相同的磁动势F，轴称为两相静止坐标系。由于它们的磁动势和转速都相同，故可认为这两种坐标系等效。可以由简单的三角函数关系推导出由静止A,B,C系到，系的变换矩阵(推导从略)。图2-6 3s/2s坐标变换 (2.24)若为三相平衡系统，则式（2.24）矩阵的第三行系数为零，于是可写为： (2.25)即逆变换得： (2.26)即 （3） 从两相静止到两相旋转的坐标变换（2s/2r变换）图2-7表示两种坐标系，为两相静止坐标系（2s），M-T为两相旋转坐标系（2r）。M,T绕组在空间垂直放置，且分别加上直流电压，产生磁动势F相对绕组是静止的。如果让M,T坐标以同步角速度旋转，则产生的磁动势与坐标等效。M,T和，轴的夹角（亦即M轴和A轴夹角）是一个变量，随负载，转速而变，不同的时候有不同的值。 图2-7 2r/2s坐标变换 其变换矩阵为 (2.27)逆变换矩阵为 (2.28)则 (2.29)2.2 矢量控制变频调速系统的原理2.2.1 矢量控制基本方程式异步电动机在M-T旋转坐标系上按转子磁场定向的转矩产生模型，如图2-8所示 图2-8 异步电动机在M-T坐标系上转矩产生模型 (2.30) (2.31) (2.32)由于 故 则可写成 (2.33)再由式（3-1）矩阵的第四行可得： (2.34)所以 (2.35) 式（2.35）反映了转差频率与定子电流转矩分量之间的关系，成为转差型矢量控制的基础方程式。前已推导出和的关系式，现继续推导和 的关系已保持转矩的直接控制。 所以： (2.36) 下面将进一步推导励磁电流和间的传递函数，以了解转矩控制的动态特性。 因此： (3.37)整理得： (2.38) 或 (2.39)式中 转子励磁时间常数，。 由式（3.39）可知，与之间的传递函数是一阶惯性，这和直接电动机励磁特性是相似的。其涵义是：当励磁分量突变时，的变化要受到励磁惯性的阻挠，这和直流电机励磁绕组惯性的作用是一致的。当达到稳定时，因而，所以 (2.40)2.2.2 转差型矢量控制 为了彻底弄懂矢量控制原理，我们先以一个最简单的模拟控制系统进行说明。因为一开始就全部用微机控制进行软件设计，运算操作，就不可能弄清各种量的关系，如，的变化，以及电动机参数变化对特性的影响。其次，为了突出矢量控制的运算部分，本书在讲解系统结构原理时，对主回路，PWM发生电路，驱动电路，保护电路等均不做说明。例如，PWM发生仅用三角波发生器和输出正弦信号相交来表示等。2.3 无速度传感器矢量控制系统的结构和速度观测原理2.3.1 无速度传感器矢量控制系统的原理矢量控制是一种高性能异步电动机控制方式，它基于电动机的动态数学模型，将异步电动机构造上不能分离的转矩电流和励磁电流分离成相位差90的转矩电流和励磁电流分别进行控制，从而获得与直流电动机相媲美的控制性能。 上面叙述 转差型矢量控制系统。由于转子角速度可以通过PG直接检测，故的角速度可容易地从下式求出。 (2.41)无PG的矢量控制系统的虽然不能直接检测，单若找到转子磁链角速度，则可反过来求出。为了区别起见，称它为速度观测值，并用符号表示，即 (2.42) 这就是速度观测原理。上式中的是在已知电动机参数情况下算出。速度观测的关键是找到磁通角，即找到磁通基准M轴，通过电流控制使和的实际值与指令值相一致。本小节主要解决与的观测，这是无PG的矢量控制的核心。 无PG的矢量控制系统有各式各样的磁通，速度观测方法，。这里介绍的观测方法是日本多家变频器厂已在产品上采用的比较成熟的方案。无PG的矢量控制系统的方式有如下的特点：a. 只检测电流和电压（电动机端）b. 核心是设计一个转子磁通观测器推算出和。c. 转子角速度观测值由PI运算后求得。d. 转子磁通角速度由和运算求出。2.3.2 感应电机矢量控制系统的基本思路 以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流 、 、通过 Park变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 和 ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 和 。通过控制，可使交流电动机的转子总磁通 就是等效直流电动机的励磁磁通，则M 绕组相当于直流电动机的励磁绕组， 相当于励磁电流，T绕组相当于伪静止的电枢绕组， 相当于与转矩成正比的电枢电流。2.3.3转子磁链定向的矢量控制系统 在动态模型分析中，进行两相同步旋转坐标变换时，如果取 d 轴沿转子磁链矢量 的方向，称作 M 轴，再逆时针转 90就是 q 轴，又称 T轴。这样的两相同步旋转坐标系即按转子磁链定向(Field Orientation)的旋转坐标系。当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，有： ， (2.43) (2.44) (2.45) (2.46)式(4)表明，转子磁链 仅由定子电流励磁分量 产生，与转矩分量 无关，从这个意义上看，定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的。 要实现按转子磁链定向的矢量控制系统，关键是要获得转子磁链信号，以供磁链反馈以及 PARK变化的需要。根据所用的测量变量的不同，转子磁链模型可分为电流模型和电压模型两种，如图 2-9 和图2-10所示。 图2-9 转子磁链电流模型 图2-10 转子磁链电压模型2.4 无速度传感器矢量控制技术自上世纪 70 年代提出无速度传感器交流调速系统以来，国内外学者在速度辨识和估算方面做了大量的工作，提出了许多种方法，有直接计算法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法、滑膜变结构法、转子齿谐波法、模糊控制、人工神经网络和遗传算法等。本文采用模型参考自适应法对感应电机转子速度进行辨识。 模型参考自适应法(MRAS)辨识速度的主要思想是，对同一控制对象，将不含未知参数的数学模型作为参考模型，而将含有待估算参数的数学模型作为可调节模型，两个模型应该具有相同物理意义的输出量。 利用两个模型的输出量的误差构成适当的自适应律来实时调节可调模型的参数,以达到控制对象的输出来跟踪参考模型的目的。 目前较为传统的 MRAS 速度辨识方法可以分为转子磁通估计法、反电势估计法和无功功率法。本文所建立的 MRAS 采用转子磁通估计法，将不含有电机转速的电压模型(如图 2-9 所示)作为参考模型，将含有电机转速的电流模型(如图 2-10 所示)作为可调模型，两个模型具有相同物理意义的输出量转子磁链， 利用输出量的误差构成合适的自适应率以调节可调模型参数，来达到控制对象的输出跟踪参考模型的目的，其框图如图 2-11 所示。 图2-11 转速自适应辨识系统框图传统的自适应机构一般是参数固定的 PI 调节器，本文采用的是变参数的 PI调节器。因为 MRAS 速度辨识模型在低速时，速度估计误差较大，此时、应取较大值，加快收敛速度，以减小偏差和收敛时间；转速升高时，速度误差较小，此时 ， 应取较小值，以便消除静差，减小超调量和稳定时间。 、 参数随估计速度做如式(2.47)、式(2.48)变化。为防止两个参数在同一时间变化会对系统产生较大的冲击，这里取，。 (2.47) (2.48)感应电机无速度传感器的矢量控制技术是在常规有速度传感器的矢量控制基础上发展起来的，也是沿用磁场定向控制技术，只是电机转速的获取途径、方法不同。基于 MRAS的无速度传感器矢量控制系统只需要在有速度传感器矢量控制系统中加入 MRAS 速度观测器，取消原来的速度传感器，系统框图如图 2-12所示。图2-12 基于MRAS的无速度传感器矢量控制系统原理框图第3章 仿真设计3.1 仿真平台MATLAB 提供了许多电机的仿真模块，可实现电气流的仿真。而目前对于新型电机的仿真建模多基于信号流， 本文根据 MATLAB软件的特点,在分析交流异步电动机数学模型的基础上，提出异步电动机的仿真建模的新方法。该模型使用 SIMULINK 基本模块和电力系统模块库中的线性变压器和受控电流源等模块搭建， 可作为电力系统模块库中的元件直接调用，仿真结果证明了模型的准确性和有效性。该方法可用于新型电机的仿真建模。 随着电力电子技术的不断进步和交流电机调速理论的深入发展， 交流调速系统逐渐取代直流调速系统， 在电气传动领域占据主导地位。 异步电动机是交流调速系统的主要驱动部件。在设计交流调速系统时，采用实验来分析研究周期长、投资大，不宜分析系统的各种性能，因此需要采用数字仿真。异步电动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，如何建立一个准确有效的仿真模型是研究其动静态特性及其控制的关键技术。 SIMULINK 仿真平台以 MATLAB 强大的计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算，并可在仿真运行过程中动态修改参数和观察结果；系统仿真模块中的电力系统模型库 (Power System Block)是专用于 RLC 电路、电力电子电路和电力系统仿真用的模型库。在 MATLAB/SIMULINK 建模当中，应注意电力系统模型库模块的使用与常规SIMULINK 模块的使用不同。电力系统模型库的模块须连接在电气主回路中使用，因此每个模块都有输入端和输出端， 在回路中流动的是电流,本文中定义为电气流； 常规 SIMULINK模块组成的是信号流程，输入输出模块的信号没有特定的物理含义，其含义要视仿真模型的对象而定，定义为信号流。由电力系统模型库模块组成的电路系统和 SIMULINK 模型库中的控制单元连接、 组合， 即可以研究在电力系统不同工况和状态下的系统的稳态和动态响应，为系统设计提供依据。 近年来，很多文献应用 Matlab/SIMULINK 对异步电动机进行建模仿真采用 S 函数对异步电动机进行建模，在仿真过程中不易观察系统任一点的波形。利用常规 SIMULINK 模块搭建异步电动机的仿真模型，完全由信号流构成，没有考虑电机电流对外部电路的影响，而且不能与电力电子器件、交流电源直接相连。 本文提出一种结合 SIMULINK 基本模块和电力系统模型库中的线性变压器和受控电流源等模块对异步电动机建模仿真的新方法， 所构建的模型可作为电力系统模型库中的一个元件，与电力电子器件、交流电源相连，方便对电力拖动系统进行仿真。对仿真模型进行空载起动及突加负载实验验证了该模型的准确性和有效性。该方法可应用于新型电机的建模仿真。3.2 仿真准备 针对上述的无速度传感器矢量控制系统模型进行仿真实验， 仿真以一台三相交流异步电动机为对象，其仿真参数如表 1 所示。 表1 仿真模型中电机参数 参数 额定功率 极对数 定子电阻 转子电阻 数值 30KW 2 0.087 0.228 参数 定子电感 转子电感 互感 额定转速 数值 35.5mH 35.5mH 34.7mH 1430rpm3.3 仿真电路基于 MATLAB 软件， 搭建基于 MRAS的异步电动机无速度传感器转子磁连定向矢量控制系统模型，如图 3-1 所示。 3-1 基于 MRAS的异步电动机无速度传感器矢量控制系统模型第4章 仿真结果4.1 仿真结果波形为了对比分析无速度传感器异步电机矢量控制系统速度估算的效果， 这里给出了含有速度传感器的矢量控制系统和无速度传感器矢量控制系统的仿真结果，如图 4-1,4-2，4-3,4-4 所示。仿真是在*=150rad/s，空载起动、t=1.8s突加负载情况下进行的，左边的波形是有速度的，右边的是无速度矢量控制得到的波形。 图4-1转子磁链幅值波形 图4-2 定子三相电流波形 图4-3 转矩波形 图4-4 转速波形4.2 结果分析由图 (4-1)可以看出，转子磁链能很快跟踪给定值 0.96Wb，并保持恒定，只在突加额定负载时有很小的波动。 由图 (4-2)的定子电流波形可知， 三相定子相电流波形为三相正弦波形，电流波动和畸变很小。图 (4-3)中，启动转矩能迅速达到最大值，转矩脉动较小，动态响应迅速。由图 (4-4)容易看出电机的实际转速对给定转速的跟踪性能良好，超调较小，突加负载对转速的影响不大，能很快跟踪到给定转速。其中，图 (4-4)右边的波形中实际速度与辨识速度波形基本吻合，只是在低速时转速估计误差相对较大。仿真结果验证了该矢量控制系统模型的正确性和可行性。4.3结论本文简单介绍了感应电机矢量控制原理，并对无速度传感器技术进行了研究，提出了一种改进型模型参考自适应（MRAS）的无速度传感器矢量控制方案。基于 MATLAB 软件搭建异步电机有速度传感器矢量控制系统和异步电机无速度传感器矢量控制系统模型， 仿真结果验证了该系统的可行性与实用性。第5章 总结异步电机无速度传感器矢量控制系统中的速度辨识方法是目前研究的热点， 其中MRAS由于其原理简单、实用性较强等优点，在交流调速系统中得到了广泛应用。本文采用改进的电压型转子磁链估算模型，避免了由纯积分环节造成的积分漂移等问题，采用可变 PI 型自适应律，结构简单且具有较好的辨识效果。最后给出了转子磁场定向的无速度传感器矢量控制系统的实现，仿真结果表明该系统具有良好的动静态性能，且具有一定的抗干扰能力。 参考文献1 李永东，李明才.感应电机高性能无速度传感器控制系统回顾、现状与展望.电气传动，2004(1)：4-10 2 杨耕，陈伯时.交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述.电气传动，2001，3(3):3-8 3 Pavel Brandstetter, Martin Kuchar, David Vinklarek. 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