运动控制系统对异步电动机进行矢量控制的仿真研究

本科生课程论文课程名称运动控制系统学院机电工程与自动化专业电气工程及其自动化学号13123133学生姓名徐彧飞指导教师赵剑飞分数2题目：课外项目学习（6学时）：对异步电动机进行矢量控制的仿真研究。电机参数如下：1.115sR，1.083rR，0.005974slLH，0.005974lrLH，0.2037mLH，20.02Kg.mJ，2pn，380NUV，50NfHz，额定频率50Hz，额定转速1460转/分，逆变器采用SVPWM控制，开关频率为5KHz。仿真条件如下：转速给定信号为阶跃给定，0.1s时转速给定为120rad/s，0.7s时转速降为80rad/s；电机空载起动，0.3s加载5N.m，0.5s减载为2N.m。仿真时间为1s，仿真步长0.02ms，（1）利用电机、SVPWM、ASR、转子磁链计算等基本模块搭建异步电动机矢量控制的仿真平台。（2）给出定子三相电流、转子三相电流、转速、电磁转矩仿真波形。（3）给出定子AB线间电压波形和经过低通滤波后的电压波形，并进行对比分析。，低通滤波器的截止频率1KHz。（4）给出电机负载，转速，定子q轴电流给定，定子q轴电流、电磁转矩仿真波形，仿照直流电动机的启动过程分析异步电动机起动、加载过程中q轴电流、电磁转矩、转速的变化规律。说明q轴电流对电磁转矩的控制规律。说明起动过程中电机是否会过流，修改哪个量可以改变电机最大起动转矩。（5）给出电机转子磁链，转子磁链幅值和角度及定子电流d轴分量仿真波形，说明矢量控制中转子磁链与d轴电流的关系，说明转子磁链的控制规律。（6）给出加载后电机转矩、转速q轴电流、d轴电流波形，分析变化规律。（1）利用电机、SVPWM、ASR、转子磁链计算等基本模块搭建异步电动机矢量控制的仿真平台。（2）给出定子三相电流、转子三相电流、转速、电磁转矩仿真波形。图2-1定子三相电流仿真波形图2-2转子三相电流仿真波形图2-3转速仿真波形00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-20-15-10-505101520转子三相电流00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-20-15-10-505101520定子三相电流00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-100102030405060708090转速图2-4电磁转矩仿真波形（3）给出定子AB线间电压波形和经过低通滤波后的电压波形，并进行对比分析。，低通滤波器的截止频率1KHz。图3-1低通滤波前的AB线间电压波形图3-2经过低通滤波后的AB线间电压波形未滤波之前AB间的不同频率的波太多,经过滤波之后,保留了频率在1kHz以下的波形。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-50-40-30-20-1001020304050电磁转矩00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-800-600-400-2000200400600800未加入低通滤波之前AB间电压波形00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-0.03-0.02-0.0100.010.020.03经过低通滤波之后AB间电压波形（4）给出电机负载，转速，定子q轴电流给定，定子q轴电流、电磁转矩仿真波形，仿照直流电动机的启动过程分析异步电动机起动、加载过程中q轴电流、电磁转矩、转速的变化规律。说明q轴电流对电磁转矩的控制规律。说明起动过程中电机是否会过流，修改哪个量可以改变电机最大起动转矩。图4-1电机负载仿真波形图4-2转速仿真波形图4-3定子q轴电流给定仿真波形00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-10123456电机负载00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-100102030405060708090转速00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-25-20-15-10-505101520定子q轴电流给定图4-4定子q轴电流仿真波形图4-5电磁转矩仿真波形（5）给出电机转子磁链，转子磁链幅值和角度及定子电流d轴分量仿真波形，说明矢量控制中转子磁链与d轴电流的关系，说明转子磁链的控制规律。图5-1转子磁链幅值00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-20-15-10-5051015定子q轴电流00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-50-40-30-20-1001020304050电磁转矩00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.7转子磁链图5-2转子磁链角度图5-3定子电流d轴分量仿真波形矢量控制中，通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，转子磁链仅有定子电流励磁分量产生，电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积。00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-10010203040506070转子磁链角度00.10.20.30.40.50.60.70.80.91-20-15-10-5051015定子电流d轴分量（6）给出加载后电机转矩、转速q轴电流、d轴电流波形，分析变化规律。图6-1电机转矩图6-2转速q轴电流图6-3d轴电流波形0.1s加载后电机转矩先增大，然后减小，并逐渐恢复平稳，但最终值比未加载前稍大；转速q轴电流、d轴电流波形变化规律相似，先是在加载时逐渐增大，然后在不断震荡中幅值减小。00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-50-40-30-20-1001020304050电机转矩00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-50-40-30-20-1001020304050转速q轴电流00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-20-15-10-5051015转速d轴电流