毕业设计 - 外文翻译-异步电动机矢量控制调速系统设计

合肥学院机械工程系毕业设计（论文）文件 合 肥 学 院 机 械 工 程 系 毕业设计 (论文 ) 外 文 翻 译 文献 题目： of 专业 ： 机械设计制造及其自动化 年级 ： 09 级 姓名 ： 张支亮 学号 ： 0906013014 指导教师 ： 夏小虎 职称 ： 副教授 2013 年 4 月 20 日 1 of 66033, of of of of 9as of in is of 89. C is a of of to of C C is to C C C C of 2. of C i , S in be C in of of to a of C at AC C Of C r , it of C to C 2 to eq to to to AC C As a C C As a of of on of C to r as . In a to C * *S/2S by by to by 3. of 0as of of of of of of of , 6 0as of On 80, of to a to of , of 3 to of on is by of 1,to of 4. he of CR of he in as , be as 1) of of of in of in of be to to a of in to to 2) a is so it of ) is by C C by a in s is of 4) a of is in on so it a CR 4 CR as . is 1 01 WM in CM to to of 1.6 as 1.5 to CR so is by of CR as WM 1 is is in a of of of WM 1 is is in a of of to a on of so of C to CR , by to of 1 to of of be as of as in . he of a N of is 0 of as of at is in of to so is in of it of of a of I of As of is as in . be by so 5 a is of in of of of is as I )()()1()( （ 1） a to )1()(2 2） In )1()( n （ 3） )()( 2*2 n （ 4） it is in of f5 1r be V E V 1V no 101112 /)( to of to a is I /*2in to or it in 5% 15% 5. of 0a It a of a of of 6 (1) of of 0, D/A. (2) is it is (3) to to of is . . 7 . . CR . 8 . (1994). ,2007). SP 0995(2007). of 0768(2006). on 40 (5) :329 异步电动机矢量控制调速系统设计 张民，丁兴平，郭振 中国， 青岛，青岛科技大学自动化学院， 266033， 要 :异步电动机的各种调速方式中，矢量控制的调速方式响应快、稳定性好、传动性能高、调速范围宽。针对异步电动机的调速需要，设计以 80控制器的矢量控制调速系统，并详细介绍了系统的硬件设计和软件设计。该系统有效地完成了异步电动机矢量控制调速系统设计，调速性能好、结构简单，具有很好的发展前景。 关键词： 异步电动机， 89量控制 交流异 步电动机是一个高阶、多变量、非线性、强藕合的被控对象，采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解藕，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程，使交流调速系统的动态性能得到显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速成为可能。目前对调速特性要求较高的生产工艺已较多地采用矢量控制型变频调速装置。 以产生完全一致的旋转磁动势为准则，在三相坐标系下的定子交流电流 S 2S 变换，可以等效成两相静止坐标系下的交流电流 通过按转子磁场定向的矢量旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系下的直流电流 观察者站在铁心上与坐标系一起旋转时，交流机就变成了直流机。其中，交流异步电动机的转子总磁通 r ，就变成了等效的直流电动机的磁通， 组相当于直流电机的励磁绕组， 组相当于伪静止绕组， 步电动机经过如上的变换后就等效成了直流电动机。因而，可以模仿直流电机的控制方法，求得直流电机的控制量，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叫作矢量控制系统，简称 统。按照这种设想，可以构成直接控制 r 和 图 1 所示。图中给定和反馈信号经过类似于直流凋速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号 *过反旋转变换 到 *再经过 2S 3S 变换得到 * * *把这三个电流控制信号和由控制器得到的频率信号 1 加到电流控制的变频器上，即可输出异步电动机调速所需的三相变频电流。 10 本系统以单片机 8控制器，由定子三相电流检测单元、键盘输入单元、 示单元、模拟转速给定单元、定子三相电压检测单元、转速反馈单元、控制信号输出单元等部分组成。如图 2 所示，系统是以16 位单片机 80控制核心，由一些硬件模拟电路组成异步电动机的矢量控制变频凋速系统。一方面，通过 8 D 模块获得转速给定及测速反馈的速度信号，经过速度调节器获得饱和限幅的转矩给定，从而获得给定的转矩电流；利用函数发生器获得给定转子磁通，经磁通观测获得实际转子磁通，再经磁通调节获得定子电流给定励磁分量电流，然后经过 K P 变换将给定的励磁电流和转矩电流合成，得到定子电流的幅值和相位 ，定子电流的幅值与电流互感器的检测电流相比较后通过电流调节器去控制定子电流的大小；另一方面，定子电流的频率是把计算得到的同步速度转换为控制逆变器的时间常数，用定时器定时，通过单片机上的 ，送出触发字来完成逆变器的触发。 本系统硬件电路主要由交一直一交电流型变频器电路、逆变晶闸管触发电路、整流晶闸管触发电路、速度给定与测速反馈电路、电流环调节电路、保护电路等典型电路组成；软件设计主要包括：速度调节器控制和磁通检测与调节两部分。 4 1 交一直一交电流型变频器电路 系统的主回路采用图 3 所示的交一直一交变频器，由图可知它具有以下主要特点： 1)主回路结构简单，使用的元器件少。便于四象限运行，当再生发电制动时，主回路电流方向不变，只改变电压极性，整流器工作于逆变状态，逆变器工作于整流状态。可方便的进入逆变，进行再生制动，动态响应快。而电压型变频器必须另接一组逆变器才能进行再生制动，把电能回馈给电网。 2)由于中间采用的是电抗器，故具有限流作用，是恒流源。再加上本系统设有电流环调节、限流，所以可耐受负载瞬时短路，自动进行保护，从而提高了过流保护和运行可靠性。 3)此电流型逆变器带强迫换流，电流 型逆变器所控制的是输出电流瞬时值，符合交流电动机矢量控制的要求。换流电容器的充放电电流由直流回路的滤波电抗器所抑制，不像电压型逆变器中有较大的浪涌电流，故换流电容器的利用率较高。 4)电流型逆变器与负载电动机形成一个整体，电动机绕组的储能也参与换流，故其换流能力依赖于负载电流，而较少依赖于逆变器电压，因此有一定的负载能力。 变晶闸管触发驱动电路 逆变晶闸管触发驱动电路如图 4 所示。逆变触发信号由单片机 8 控制，转差信号在单片机内经 节后由 ： I 输出，经光电隔离器隔离放大，去 控制逆变晶闸管的触发端。本系统用 6 作为控制端，用 5 作为另一端分别控制 6 个逆变晶闸管，故逆变晶闸管触发电路由 6 个如图 4 所示的电路组成。逆变晶闸管触发驱动电路原理如下： 由 输出的 与门后是高电平信号时，光电 11 隔离管不导通，复合管处于饱和导通状态，变压器左边形成回路，并且此信号经复合管功率放大 (电流放大 )；当从 输出的 与门后为低电平时，光电隔离管导通，复合管基极电流几乎为零，复合管处于截止状态，变压器左边就不会形成回路；这样，复合管就相当于一个电子开关，这个开关的通断频 率由频率决定，从而使变压器左边形成交流信号，经变压器降压、半波整流、滤波后去触发逆变晶闸管。 4 3 电流环调节电路 由 8过矢量计算，再由它的 D A 模块输出电流给定，由电流检测电路检测到反馈电流，同时把他们送人到模拟器件的 节器中进行调节，以消除静差并能提高调节速度。模拟器件的输出作为整流触发的移相控制信号。电流环调节电路如 5 图所示。 4 4 速度调节器控制 速度调节器采用双模控制。设定一个速度误差值 系统大于此偏差状态下 (大于 1O 的额定频率 )，作为开始段粗定位，采用开关 式的砰一砰控制，这时，转速调节器处于限幅状态，相当于转速环开环，使电流环处于最大恒值电流调节。因而，能够充分发挥电机的过载能力，使系统调节过程尽可能最快。当系统偏差已经进入很小的范围时，使系统由开关式的砰一砰控制，转换成 性控制。这样，集中了非线性和线性控制的优点，使系统即满足稳定性又满足精确性。速度调节器功能流程图如图 6 所示。 4 5 磁通调节 采用转差型的矢量控制系统易受电机参数变化的影响，使实际磁通与给定磁通发生偏差。故本系统中对磁通幅值进行了观测和反馈，对转子的磁通进行调节，使实际磁通跟随给定磁 通变化。磁通调节器也象速度调节器一样，使用 节器。它的离散化公式为： )()()1()( (1) 外加一个外催器进行预报校正： )1()(2 (2) 式中为 )1()( n (3) )()( 2*2 n (4) 当在低频时 (f5由于11V 和 1E 相位相差增大，原近似地认为 1V 1V 不再成立。 由近似的转子磁通观测器，由式子1101112 /)( 来观测磁通幅值，只能对磁通开环控制，即由给定磁通来计算，即I /*2。另外，为了使电机不至于失凋或过分弱磁及强磁， 12 在软件编制中，对之在额定值 75 115内。 本文研究了异步电动机的 矢量 榨制变频调速系统的设计，采用了单片机 80外围 硬件电路有效地完成了异步电 动机矢量控制调速系统设汁，达到了适时地控制要求。从对异步电动机 矢量控制凋速系统的分析和设计来看，矢量控制系统设汁思路清晰、调速性能好、结构简单，具有很广的用途和很好的 发展前景。 本文作者的 的创新点： 1) 利 用 80片机本 身的 A D、 D A 分别完 成转 速和电压数据采集及对控制信号的输出，有效地节省了元器件的使用。 2) 电流型逆变器采用强迫换流，最高工作频率不受电网工频限制， 调速范围宽。 3) 系统的控制思想是采用恒磁通控制。以保持磁通的恒定，设计中采用定子物理量电压幅值来近似的观测磁通幅值，以克服参数变化对磁通的影响 。此方法实施简便有效。 图 1 矢量控制系统原理结构图 13 图 2 系统框图 图 3