計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)三相交流感應(yīng)電機(jī)速度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、二一六二一七學(xué)年第 二 學(xué)期信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課程名稱： 計(jì)算機(jī)控制與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)班 級(jí)： 材料香濤1401班 學(xué) 號(hào)： 201402127103 姓 名： 王玉卓 指導(dǎo)教師： 盧少武 目錄1、 設(shè)計(jì)題目2、 設(shè)計(jì)要求3、 設(shè)計(jì)任務(wù)分析4、 詳細(xì)設(shè)計(jì)5、 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 1、 設(shè)計(jì)題目三相交流感應(yīng)電機(jī)速度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真2、 設(shè)計(jì)任務(wù)在MATLAB/Simulink中設(shè)計(jì)一個(gè)感應(yīng)電機(jī)速度控制系統(tǒng)，速度設(shè)定值：1003000r/min,可以任意調(diào)節(jié)。要求：（1）搭建系統(tǒng)模塊，速度分為100r/min，1000r/min，3000r/min，分段進(jìn)行控制；低速(100r/min

2、和1000r/min)采用恒轉(zhuǎn)矩控制，高速(3000r/min)采用恒功率控制；（2）闡述矢量控制的工作原理；（3）測(cè)試速度環(huán)閉環(huán)帶寬(輸入信號(hào)為正弦波，頻率增加，幅值為30r/min)（4）測(cè)試速度環(huán)帶載能力(帶2倍負(fù)載，1000r/min)3、 設(shè)計(jì)任務(wù)分析采用基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)調(diào)速。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，電流環(huán)采用電流滯環(huán)調(diào)節(jié)。根據(jù)模塊化建模的思想，將控制系統(tǒng)分割為各個(gè)功能獨(dú)立的子模塊，其中主要包括：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)本體模塊、速度調(diào)節(jié)模塊、3/2變換模塊、2/3變換模塊、電流滯環(huán)調(diào)節(jié)模塊、函數(shù)計(jì)算模塊、逆變器模塊和電機(jī)參數(shù)測(cè)量等。4、 詳細(xì)設(shè)計(jì)1

3、. 矢量控制原理異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的基本原理是將 d-q 坐標(biāo)系放在同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，將靜止坐標(biāo)系中的交流量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量，并取d 軸與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向一致；此時(shí)轉(zhuǎn)子磁通 0 軸分量為零，則 顯然，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)矩的控制，可以轉(zhuǎn)化為對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)系下定子電流 、 的控制。控制過程中，檢測(cè)電機(jī)的三相定子電流，通過坐標(biāo)變換得到轉(zhuǎn)矩分量和磁通分量；利用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的控制。2. 坐標(biāo)變換及模型以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為原則以及根據(jù)坐標(biāo)變換前后的功率不變?cè)瓌t可以將交流異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組等效成直流電動(dòng)機(jī)的兩相繞組。根據(jù)坐標(biāo)變換原則，異步

4、電機(jī)定子電流、和靜止坐標(biāo)系下兩相垂直的交流電流、產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。故上述三相電流和兩相電流之間存在著唯一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，再通過按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的的旋轉(zhuǎn)變換，便得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流、。2r/3s變換：首先將直流、變?yōu)榻涣麟娏?、，再變換成三相電流、根據(jù)方程設(shè)計(jì)模塊3s/2r變換：根據(jù)方程設(shè)計(jì)3s/2r變換模塊3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)（ASR）模塊它是由放大器和積分器組成的帶限幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 。根據(jù)實(shí)際速度，經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)矩的給定值。4. 電流滯環(huán)調(diào)節(jié)（ACR）模塊 電流滯環(huán)調(diào)節(jié)模塊的作用是實(shí)現(xiàn)滯環(huán)電流調(diào)節(jié)。當(dāng)實(shí)際電流低于參考電流且偏差大于滯環(huán)比較器環(huán)寬時(shí)，對(duì)應(yīng)相正向?qū)?，?fù)相關(guān)斷；當(dāng)

5、實(shí)際電流超過參考電流且偏差大于滯環(huán)比較器環(huán)寬時(shí)，對(duì)應(yīng)相正向關(guān)斷，負(fù)相導(dǎo)通。5. 函數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)上述公式，可得、和計(jì)算模塊 6. 獲取模塊采用電流-轉(zhuǎn)速模型，通過化簡(jiǎn)可得以下公式：7. 控制系統(tǒng)仿真模型將上面的各個(gè)組成部分組合起來就構(gòu)成整個(gè)電動(dòng)機(jī)基于磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，具體模型如下：三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如下：功率，線電壓，定子相繞組電阻，轉(zhuǎn)子相繞組電阻，定子繞組自感，轉(zhuǎn)子繞組自感，定、轉(zhuǎn)子之間的互感，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，極對(duì)數(shù)。轉(zhuǎn)子磁鏈給定為，ASR參數(shù)、，ACR滯環(huán)寬度10。8. 速度仿真將分別設(shè)置為100r/min、1000r/min和3000r/min，單擊運(yùn)行按鈕用示波器觀察轉(zhuǎn)速。1

6、00r/min和1000r/min測(cè)試時(shí)間為1s，3000r/min為10s。給定100r/min仿真圖像給定1000r/min仿真圖像給定3000r/min仿真圖像9. 測(cè)試速度環(huán)閉環(huán)帶寬頻率為10hz時(shí)輸入與輸出關(guān)系圖如下，明顯得出輸出能較完美地跟隨給定輸入，所以需要加大頻率。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）頻率為50hz時(shí)輸入與輸出關(guān)系圖如下，明顯得出輸出不能跟隨給定輸入，所以需要減小頻率。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）頻率為40hz輸入與輸出關(guān)系圖如下，輸出為輸入的0.707左右，即21左右所以閉環(huán)帶寬為40hz。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）10. 測(cè)試速度環(huán)帶載能力感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行在10

7、00r/min，在0.4s時(shí)，給150負(fù)載，可以發(fā)現(xiàn)速度立刻下降，后經(jīng)過閉環(huán)調(diào)節(jié)速度穩(wěn)定在890r/min。5、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)半星期，通過這段時(shí)間的學(xué)習(xí)，我學(xué)到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上沒有學(xué)到過的內(nèi)容。首先，我明白了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，才是真正的知識(shí)。例如剛開始我想直接2r-3s，卻上網(wǎng)找不到任何一步就位的公式。最終采用先2r-2s變換成兩相交流量再2s-3s變換成三相交流量。通過這個(gè)模型的設(shè)計(jì)，我明白了坐標(biāo)變換的原理，從而進(jìn)行3s-2r變換是，自己總結(jié)出公式，直接一步到位。其次，這次課設(shè)加深了我對(duì)矢量控制的理解。經(jīng)過坐標(biāo)變換、磁場(chǎng)定向，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)矩的控制，可以轉(zhuǎn)化為對(duì)直流電流 、 的控制，使感應(yīng)電機(jī)可以等效成直流電機(jī)，大大簡(jiǎn)便了對(duì)感應(yīng)電機(jī)控制。最后，我對(duì)matlab的基本操作得到了訓(xùn)練。建立仿真的過程中遇到了很多問題，例如machine measurement demux模塊能將電動(dòng)機(jī)輸出m轉(zhuǎn)換得到仿真需要的參數(shù),但是第一次使用時(shí)仿真不能正常運(yùn)行，進(jìn)過查看help才明白該模塊要選擇電機(jī)類型才能正常運(yùn)行。類似的狀況還有很多，沒安裝powergui