毕业论文-电动汽车异步电机控制系统设计与仿真分析

诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名：年月日

毕业设计任务书设计题目：电动汽车异步电机控制系统设计与仿真分析系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：学生：指导教师（含职称）：1．课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，在深入了解电动汽车电机控制系统工作原理的基础上，建立系统的数学模型，并利用Matlab中的Simulink工具，对系统进行动态仿真，给出仿真实验结果。为学生在毕业后从事机电控制系统设计工作打好基础。2．主要任务（1）分析电动汽车异步电机的原理及控制，理解控制系统的构成及工作原理；（2）建立启动制动仿真模型并进行分析；（3）建立异步电动机调速控制的简单的仿真模型；（4）利用Matlab/simulink对调速系统进行模拟仿真；（5）调试、分析仿真结果。3．主要参考资料[1]孙仁云,付百学.汽车电器与电子技术[M].机械工业出版社.2006.[2]陈桂明,张明照等编著.应用MATLAB建模与仿真[M].科学出版社.2001.[3]钟麟,王峰编著.MATLAB仿真技术与应用教程[M].国防工业出版社.[4]李永东．交流电机数字控制系统[M]，北京：机械工业出版社，2002.4．进度安排设计各阶段名称起止日期1分析电动汽车电机控制系统的工作原理2015-03-02～2015-03-252建立系统的数学模型2015-03-26～2015-04-153构建matlab/simulink仿真框图2015-04-16～2015-05-154调试、分析仿真结果2015-05-16～2015-05-315整理毕业论文，准备答辩2015-06-01～2015-06-05审核人：年月日V，结果符合本论文的理论分析，表明本文创建的SVPWM模块和它的控制系统是正确的。4.3矢量控制系统的建立将图4.2至4.9按照图4.1的异步电机矢量控制结构图拼装起来，就能够得到如下图所示的完整的异步电机矢量控制图4.12。在图4.12中异步电机矢量控制模型中，能够看出将额定转速，磁通量和三相电流作为了整个控制系统的输入，三相交流电首先需要经过Clarke变换和Park变换，得出的两相电流穿过磁链观测模型后需要经过PI调节器来进行校正，经过了负反馈的调节后到达Clarke逆变换模型，经过Clarke逆变后就到了最后的逆变器模块中，整个控制系统最后的出一个控制信号。图4.12异步电机矢量控制模型

5系统的仿真与分析将矢量控制模块安装到电机上，加上电压输入，就能够组成一个完整的三相异步电机矢量控制模型。如图5.1所示。在图5.1中，可以看出三相异步电机矢量控制系统是由三大部分组成的：电源，电机和矢量控制系统。电源，提供三相交流电，通过矢量控制信号的调节对电动机进行调节和控制，而电机的输出也将会参与到矢量控制调节中，通过输入电机额定转速和磁通量，自感系数，互感系数，电机的各项参数后，就能够开始进行仿真分析。图5.1三相异步电机矢量控制系统5.1电机的各项参数三相异步电机矢量控制系统已经建立，现在需要做的就是在系统中加入电机的各项仿真参数进行模拟。电机参数如表5.1所示。表5.1电机参数参数额定功率线电压频率定子电阻定子漏感互感数值1000w380v50Hz2.94Ω0.02H34.7mH参数转子电阻转子漏感转动惯量摩擦系数极对数数值2.39Ω0.02H1.5kg·m20.1N·m·s25.2系统的仿真分析将电机的参数如表5.1所示输入系统后，就可以开始对系统进行仿真。仿真结果如图5.2到图5.6。图5.2定子磁链图5.3转矩仿真曲线图5.4三相定子电流仿真波形图图5.5三相电流仿真波形图图5.6转速仿真曲线根据图5.2到图5.6可以看出电机启动平稳，再加上负载后，定子电流与转子电流都相应呈比例增大。调速过程短，相应速度快的特点还是能够很明显的体现出来。电机启动后，大约在0.01秒的时候达到了稳定状态；在0.2秒的时候主动为电机加上了一个10N·m的外力，发现电机电流速度发生变化，约在0.005秒的时间内调整完毕，定子和转子电流发生一定变化，但保证电流的正弦性能保持得很好。以上分析证明该系统的反应迅速，调节性能突出，稳定性能也比较好，充分证明了三相异步电机矢量控制系统的合理性和有效性。对于电动汽车而言，在正常的行驶过程中，需要进行频繁的启动，加速，制动等过程，因此它的控制系统必须能够满足反应迅速，调节快速，稳定性好的要求，而矢量控制系统很好满足了它的要求，因此可以应用在电动汽车的控制中。5.3本章小结本章的主要工作内容就是建立异步电机矢量控制系统的模型和它的仿真分析。利用第二章的理论基础，配合着学习的Matlab/Simulink软件的知识，就坐标变换模块、PI调节模块、转子磁链观测模块、SVPWM模块作了介绍并搭建了相对应的数学模型，在模型中介绍了他们相对应的输入、输出、拼接位置和在整个控制系统中的作用。得出了一系列波形图，将波形图进行了较为简单的分析，得出了整个系统符合矢量控制系统的控制特点，满足理论控制要求，达到了该论文设计的目的。

6全文总结本论文就、的主要内容是围绕着电动汽车异步电机控制系统做出的一个简单的分析，充分利用Matlab软件的资源，完成异步电机控制系统的仿真模型并对其做了简单的分析。现在将所做的研究结果总结如下：（1）在查阅相关文件的基础上，认真理解了异步电机的工作原理，了解交流调速系统的控制特点及其特性，对其发展过程做了较为系统的叙述。（2）对Matlab软件的Simulink模块进行较为全方面的学习，理解Simulink在控制系统仿真方向的作用，理解各个小模块的含义和其能够取代的数学代号，能够将一般的数学模型转换成Simulink文件并加以仿真。（3）对异步电机的矢量控制系统原理进行分析加以理解，结合异步电机的物理模型在Matlab/Simulink软件中搭建出数学模型，并且充分利用Matlab资源库，对数学模型进行参数化设置[15]。（4）剖开矢量控制系统的组成，就坐标转换、转子磁链观测和SVPWM模块做了认真的分析，详细阐述了矢量变换过程中电动机在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型，理解坐标变换、转子磁链观测和SVPWM模块在整个矢量控制系统中的作用和意义。（5）给出了异步电机矢量控制系统的算法，对仿真系统做了仿真及简单地分析，证明了矢量控制系统的稳定快速可靠的性能。（6）由于本人的水平有限，模型制作不够精细，仿真分析也不够详细，没有将其与同等控制系统进行对比分析，且电机的模拟运行也没有加入实际各种因素，只在理想条件下进行仿真与分析。（7）在以后的生活学习与工作中如果有机会将会对系统进行进一步的研究，细化各个模块组成，调整参数设置，使系统能够更加快速高效的运转。如果有可能结合单片机和微控制技术对其进行实际的应用开发，为节能高效的电动汽车发展贡献出自己的一份力。

参考文献[1]钱明华.矢量控制技术.电气牵引[J].2006，(1)：6-9.[2]李秀芬,雷跃峰.电动汽车关键技术发展综述[J].新能源汽车,上海汽车,2006,1:8-10.[3王书贤,邓楚南.电动汽车用电机技术研究[J].微电机,2006,39(8):83-85.[4]王永飞.多闭环直流拖动电控系统[J].价值工程，2011,30（3）.[5]孙雅秋,孙爱军,宋赛中.IGBT在工业传动系统中的应用.硅谷.2010，(13)：168-169.[6]杨爱军.交流异步电动机的矢量控制[J].舰船电子对抗，2004,27(3).[7]陈光晗，王步来.中型高压异步电动机的结构改进设计[J].中小型电机,1999.26(6).[8]张俊青.三相异步电动机的模糊PID控制研究[J].科技咨询，2009（16）.[9]陈伯时.异步电动机的动态数学模型和坐标变换[J].电力电子.2007，5(5)：59-66.[10]王成元，周美文，郭庆鼎.矢量控制交流伺服驱动电动机[M].北京：机械工业出版社，1995.[11]李华德,杨立永.交流电动机矢量控制变压变频调速系统[J].变频器世界.2007，(3)[12]杨贵杰，孙力.空间矢量脉宽调制方法研究[N].中国电机工程学报，2001(5)：79-83.[13]周卫平，吴正国，唐劲松，刘大明.SVPWM的等效算法及SVPWM与SPWM的本质联系[J].中国电机工程学报.2006(2)：133-137.[14]阎治安，唐明，易萍虎.电机控制中电压空间矢量脉宽调制算法的探究[J].西安交通大学学报.2006(12)：1374-1377.[15]马洁,李明,韩晓东.异步电机矢量控制系统调速性能的研究.工矿自动化.2007，(2)：13-16.[16]LIYu-ling，LOUZhen-li，ZHANGZhong-chao.Novelcontrolschemefor3-phasePWMcurrent-sourceconvertersunderunbalancedsourcevoltageconditions.JournalofZhejiangUniversity-ScienceA，2006，7(2)：263-268..[17]ICompaye.ApplicationReport.ACinductionmotorcontrolusingconstantv/hzprincipleandspacevectorPWMtechniquewithTMS320C240[R].No.SPRA284A.1998.[18]WadeS,DunnigenMW,WilliamsBW.ModelingandSimulationofInductionMachineVectorControlwithRotorResistanceIdentification．IEEETransactionsonPowerElectronics,1997,12(3):495-506．

致谢大学四年的时间一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我写完这篇毕业设计的时候，有种如释重负的感觉，感慨良多。

首先诚挚的感谢我的论文导师李雅青老师，本设计的完成是在李老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师都不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的资料搜集到最后的修改的整个过程中，花