计算机课程设计三相交流感应电机速度控制系统的设计与仿真

1、二一六二一七学年第 二 学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称： 计算机控制与接口技术课程设计班 级： 材料香涛1401班 学 号： 201402127103 姓 名： 王玉卓 指导教师： 卢少武 目录1、 设计题目2、 设计要求3、 设计任务分析4、 详细设计5、 课程设计总结 1、 设计题目三相交流感应电机速度控制系统的设计与仿真2、 设计任务在MATLAB/Simulink中设计一个感应电机速度控制系统，速度设定值：1003000r/min,可以任意调节。要求：（1）搭建系统模块，速度分为100r/min，1000r/min，3000r/min，分段进行控制；低速(100r/min

2、和1000r/min)采用恒转矩控制，高速(3000r/min)采用恒功率控制；（2）阐述矢量控制的工作原理；（3）测试速度环闭环带宽(输入信号为正弦波，频率增加，幅值为30r/min)（4）测试速度环带载能力(带2倍负载，1000r/min)3、 设计任务分析采用基于转子磁场定向矢量控制系统来实现感应电机调速。系统采用双闭环结构：转速环采用PI调节器，电流环采用电流滞环调节。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模块，其中主要包括：三相感应电动机本体模块、速度调节模块、3/2变换模块、2/3变换模块、电流滞环调节模块、函数计算模块、逆变器模块和电机参数测量等。4、 详细设计1

3、. 矢量控制原理异步电机转子磁场定向控制的基本原理是将 d-q 坐标系放在同步旋转磁场中，将静止坐标系中的交流量转化为旋转坐标系中的直流量，并取d 轴与转子磁场方向一致；此时转子磁通 0 轴分量为零，则 显然，对电机转子磁通和转矩的控制，可以转化为对转子磁场定向坐标系下定子电流 、 的控制。控制过程中，检测电机的三相定子电流，通过坐标变换得到转矩分量和磁通分量；利用两个调节器分别对两个电流分量进行调节，从而实现对电机磁场和转矩的控制。2. 坐标变换及模型以产生同样的旋转磁动势为原则以及根据坐标变换前后的功率不变原则可以将交流异步电动机的三相绕组等效成直流电动机的两相绕组。根据坐标变换原则，异步

4、电机定子电流、和静止坐标系下两相垂直的交流电流、产生相同的旋转磁场。故上述三相电流和两相电流之间存在着唯一对应的函数关系，再通过按转子磁场定向的的旋转变换，便得到同步旋转坐标系下的直流电流、。2r/3s变换：首先将直流、变为交流电流、，再变换成三相电流、根据方程设计模块3s/2r变换：根据方程设计3s/2r变换模块3. 转速调节（ASR）模块它是由放大器和积分器组成的带限幅的转速调节器 ASR 。根据实际速度，经过转速调节器得到转矩的给定值。4. 电流滞环调节（ACR）模块 电流滞环调节模块的作用是实现滞环电流调节。当实际电流低于参考电流且偏差大于滞环比较器环宽时，对应相正向导通，负相关断；当

5、实际电流超过参考电流且偏差大于滞环比较器环宽时，对应相正向关断，负相导通。5. 函数计算模块根据上述公式，可得、和计算模块 6. 获取模块采用电流-转速模型，通过化简可得以下公式：7. 控制系统仿真模型将上面的各个组成部分组合起来就构成整个电动机基于磁场定向矢量控制系统的仿真模型，具体模型如下：三相感应电动机的参数如下：功率，线电压，定子相绕组电阻，转子相绕组电阻，定子绕组自感，转子绕组自感，定、转子之间的互感，转动惯量，极对数。转子磁链给定为，ASR参数、，ACR滞环宽度10。8. 速度仿真将分别设置为100r/min、1000r/min和3000r/min，单击运行按钮用示波器观察转速。1

6、00r/min和1000r/min测试时间为1s，3000r/min为10s。给定100r/min仿真图像给定1000r/min仿真图像给定3000r/min仿真图像9. 测试速度环闭环带宽频率为10hz时输入与输出关系图如下，明显得出输出能较完美地跟随给定输入，所以需要加大频率。（黑色为输入给定，红色为输出）频率为50hz时输入与输出关系图如下，明显得出输出不能跟随给定输入，所以需要减小频率。（黑色为输入给定，红色为输出）频率为40hz输入与输出关系图如下，输出为输入的0.707左右，即21左右所以闭环带宽为40hz。（黑色为输入给定，红色为输出）10. 测试速度环带载能力感应电机运行在10

7、00r/min，在0.4s时，给150负载，可以发现速度立刻下降，后经过闭环调节速度稳定在890r/min。5、 课程设计总结这次课程设计历时一个半星期，通过这段时间的学习，我学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上没有学到过的内容。首先，我明白了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才是真正的知识。例如刚开始我想直接2r-3s，却上网找不到任何一步就位的公式。最终采用先2r-2s变换成两相交流量再2s-3s变换成三相交流量。通过这个模型的设计，我明白了坐标变换的原理，从而进行3s-2r变换是，自己总结出公式，直接一步到位。其次，这次课设加深了我对矢量控制的理解。经过坐标变换、磁场定向，对电机转子磁通和转矩的控制，可以转化为对直流电流 、 的控制，使感应电机可以等效成直流电机，大大简便了对感应电机控制。最后，我对matlab的基本操作得到了训练。建立仿真的过程中遇到了很多问题，例如machine measurement demux模块能将电动机输出m转换得到仿真需要的参数,但是第一次使用时仿真不能正常运行，进过查看help才明白该模块要选择电机类型才能正常运行。类似的状况还有很多，没安装powergui