matlab控制系統(tǒng)仿真—異步電機(jī)調(diào)速畢業(yè)論文

1、<p>　　分類號(hào) TP36 單位代碼 10642 </p><p>　　密 級(jí) 公 開 學(xué) 號(hào) 200408033002 </p><p><b>　　重慶文理學(xué)院</b></p><p><b>　　學(xué)

2、士學(xué)位論文</b></p><p>　　論文題目：MATLAB控制系統(tǒng)仿真 ——異步電機(jī)調(diào)速</p><p>　　論 文 作 者： 劉任桃</p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： 陳曉紅 助教</p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p>　　提交論文日期： 2008年5月

3、18日</p><p>　　論文答辯日期： 2008年6月2日</p><p>　　學(xué)位授予單位： 重慶文理學(xué)院</p><p><b>　　中 國(guó) 重 慶</b></p><p><b>　　2008年05月</b></p><p>　　Graduation Thesis

4、 of Chongqing University of Arts and sciences</p><p>　　MATLAB Control System Simulation - asynchronous motor speed</p><p>　　Candidate: Liu Ren-tao</p><p>　　Supervisor: Chen Xiao-hon

5、g</p><p>　　Major: Electronic Information Science and Technology </p><p>　　Department of Physics & Information Engineering</p><p>　　Chongqing University of Arts and Sciences<

6、/p><p><b>　　May, 2008</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 引言1</b

7、></p><p>　　1.1 問題的提出及研究意義1</p><p>　　1.1.1 問題的提出1</p><p>　　1.1.2 研究的意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2.1 Simulink的功能研究現(xiàn)狀1</p><p>　　

8、1.2.2 異步電機(jī)研究現(xiàn)狀2</p><p><b>　　2 基本原理2</b></p><p>　　2．1 Simulink子系統(tǒng)封裝2</p><p>　　2．2 S函數(shù)的建立2</p><p>　　3三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型4</p><p>　　4兩相靜止相坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型5&l

9、t;/p><p>　　4.1坐標(biāo)變換和變換陣：5</p><p>　　4.2異步電機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型6</p><p><b>　　5 仿真結(jié)果6</b></p><p>　　5.1 異步電機(jī)仿真模型6</p><p>　　5.2 矢量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果10</p>

10、<p><b>　　6 結(jié)語11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　致 謝13</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　MATLAB是目前應(yīng)用最廣泛的一

11、種數(shù)學(xué)仿真軟件, 控制系統(tǒng)仿真的重點(diǎn)是建立模型，Simulink建摸與一般程序建模相比更為直觀，操作也更為簡(jiǎn)單，不必記憶各種參數(shù)，用鼠標(biāo)就能夠完成非常復(fù)雜的工作。由于異步電機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)仿真的辦法構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)的分析，是一種很好的研究和運(yùn)用MATLAB/Simulink的手段。異步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最典型的一種控制系統(tǒng)，通過使用MATLAB軟件對(duì)異步電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真對(duì)提高控

12、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力是非常有用的。本文在理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用Matlab/Simulink構(gòu)建異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的的仿真模型。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Matlab/Simulink；控制系統(tǒng)仿真；異步電機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　MATLAB is the most extensive

13、application of a mathematical simulation software, and modeling is the focus of the control system simulation. Simulink modeling is a more intuitive and with more simple operation way compared to the general procedure mo

14、deling, which not need to memory various parameters and just to use the mouse to complete the very complex task. Because the asynchronous machine is a complex multivariable, close coupling nonlinear system, which carries

15、 on the asynchronous motor usin</p><p>　　Keywords: Matlab/Simulink; Control system simulation; Asynchronous machine</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 問題的提出及研究意義</p>

16、;<p>　　1.1.1 問題的提出</p><p>　　計(jì)算機(jī)仿真目前已經(jīng)成為解決工程實(shí)際問題的重要手段，MATLAB/Simulink軟件已經(jīng)成為其中功能最強(qiáng)大的仿真軟件之一，MATLAB(矩陣實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)稱)是MathWorks公司推出的一種使用簡(jiǎn)便的工程計(jì)算語言，它以矩陣計(jì)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)交互的工作環(huán)境中。在MATLAB中可實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算、算法研究、建模和仿真、科學(xué)

17、和工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)等功能。由于MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能、易學(xué)易用和可擴(kuò)展的特點(diǎn)，已使之明顯優(yōu)于其他工程計(jì)算語言，而成為當(dāng)今應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科研究和解決工程計(jì)算問題的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。Simulink是MATLAB語言中的一個(gè)重要組成部分，具有相對(duì)獨(dú)立的功能和使用方法，它支持線性、非線性、連續(xù)、離散或混合系統(tǒng)，同時(shí)Simulink提供了友好的圖形用戶界面、豐富的功能模塊，并可結(jié)合MATLAB程序于仿真中，其強(qiáng)大的功能、簡(jiǎn)便的操作使

18、之非常適用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、仿真和分析。有關(guān)MATLAB的使用可參考文獻(xiàn)[1]。本設(shè)計(jì)就是使用MATLAB/SIMULINK工具箱進(jìn)行異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的搭建以及矢量控制系統(tǒng)的初步建立。</p><p>　　1.1.2 研究的意義 </p><p>　　仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對(duì)真實(shí)過程的認(rèn)識(shí)，它所遵循的基本思想是相似性原理。計(jì)算機(jī)仿真是基于所建立的系

19、統(tǒng)仿真模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的技術(shù)與方法[1]。</p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真是系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要分支，它是一門涉及自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)辨識(shí)、控制工程以及系統(tǒng)科學(xué)的綜合性新型科學(xué)。它為控制系統(tǒng)的分析、計(jì)算、研究、綜合設(shè)計(jì)以及自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等提供了快速、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)及有效的手段。自動(dòng)控制仿真就是以自動(dòng)控制系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際控制系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為

20、工具，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析、評(píng)估、及預(yù)測(cè)研究的一種技術(shù)和方法。</p><p>　　工業(yè)系統(tǒng)中被控對(duì)象是多種多樣的，如溫度、壓力、液位、轉(zhuǎn)速等，其中的轉(zhuǎn)速（即電機(jī)）是拖動(dòng)系統(tǒng)中必不可少的，且其數(shù)學(xué)模型非常具有典型性，所以本論文探討如何對(duì)電機(jī)進(jìn)行建模仿真。</p><p>　　本人在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合MATLAB/Simulink軟件對(duì)異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 采用模塊

21、的搭建和S函數(shù)的建立來對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行形象直觀的仿真，使大家更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的原理和實(shí)現(xiàn)結(jié)果，促進(jìn)電機(jī)理論的進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　1.2.1 Simulink的功能研究現(xiàn)狀</p><p>　　MATLAB\ SIMULIN K 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的可視化軟件包,用戶利用該

22、軟件包可以迅速建立起各種連續(xù)、離散或者混合的多變量系統(tǒng)。Simulink建摸與一般程序建摸相比更為直觀，操作也更為簡(jiǎn)單，不必記憶各種參數(shù)——命令的用法，只要用鼠標(biāo)就能夠完成非常復(fù)雜的工作。Simulink具有非常高的開放性，提倡將模型通過框圖形式表示出來，或者將已有的模型添加組合在一起，或者將自己創(chuàng)建的模塊添加到模塊當(dāng)中。Simulink具有較高的交互性，允許隨意修改模塊參數(shù)，并且可以直接無縫地使用MATLAB的所有分析工具。對(duì)最后得到

23、的結(jié)果可以進(jìn)行分析，并能將結(jié)果可視化顯示。Simulink提供了大量的模塊，方便用戶快速地建立動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)模型，只需用鼠標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的拖放和模塊間的連接，就能夠建立非常復(fù)雜的仿真模型，對(duì)模型中的連接數(shù)量和規(guī)模沒有限制[3]。</p><p>　　1.2.2 異步電機(jī)研究現(xiàn)狀</p><p>　　世界上有60％左右的發(fā)電量是通過電動(dòng)機(jī)消耗的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)各類電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量已超過4億kW，其中異

24、步電動(dòng)機(jī)約占90％，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵及壓縮機(jī)類機(jī)械的電動(dòng)機(jī)約1.3億kW。在目前4億kW的電動(dòng)機(jī)負(fù)載中，約有50％的負(fù)載是變動(dòng)的，其中的30％可以使用電動(dòng)機(jī)調(diào)速。因此，就目前的市場(chǎng)容量考慮，約有6000萬kW的調(diào)速電機(jī)市場(chǎng)。</p><p>　　電機(jī)分為直流和交流兩大類，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展,直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)已逐步顯露出來。由于換向器的存在,使直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)工作量加大,單機(jī)容量、最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制

25、,而交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、便于維修,但其調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求。</p><p>　　自20世紀(jì)80年代以來交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展很快，同時(shí)隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,交流電機(jī)變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機(jī)調(diào)速,并經(jīng)歷了采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制(即V/F比為常數(shù))、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程。其中，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)

26、和動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)它又比矢量控制方法簡(jiǎn)便，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制精度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于異步電機(jī)的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中。對(duì)于異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的研究,傳統(tǒng)的解析方法是無能為力的。構(gòu)造真實(shí)的物理系統(tǒng),由實(shí)驗(yàn)來分析研究不但周期長(zhǎng)、投資大,而且不宜分析系統(tǒng)的各種性能。因此采用數(shù)字仿真的方法是必要的。錯(cuò)誤!未找到引用源。</p><p><b>　　2 基本原理 </b></p>

27、<p>　　MATLAB/Simulink工具箱功能非常強(qiáng)大，本論文只涉及控制系統(tǒng)工具箱部分。Simulink控制工具箱部分的模塊包括信號(hào)源模塊組、信號(hào)接受模塊組、邏輯運(yùn)算模塊組等，通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，本人已經(jīng)掌握使用控制系統(tǒng)工具箱模塊搭建模型的基本方法。</p><p>　　2．1 Simulink子系統(tǒng)封裝 </p><p>　　對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)來說,可以直接建立系統(tǒng)的模型,并

28、分析模塊之間的相互關(guān)系以及模塊的輸入輸出關(guān)系。但是對(duì)一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，或者一個(gè)大系統(tǒng)中存在多個(gè)相互關(guān)系的子系統(tǒng)時(shí)，Simulink中將會(huì)包含非常多的模塊，使得各個(gè)模塊之間的相互關(guān)系顯得非常復(fù)雜，不利于分析。而子系統(tǒng)則正是針對(duì)以上原因而設(shè)計(jì)的，可以將聯(lián)系比較緊密的模塊、或者歸屬于一個(gè)子系統(tǒng)的模塊進(jìn)行封裝，這樣就能夠?qū)Υ笙到y(tǒng)模型一目了然。</p><p>　　Simulink提供的子系統(tǒng)功能可以大大地增強(qiáng)Simulink

29、系統(tǒng)模型框圖的可讀性，可以不必了解系統(tǒng)中每個(gè)模塊的功能就能夠了解整個(gè)系統(tǒng)的框架。子系統(tǒng)可以理解為一種“容器”，我們可以將每一組相關(guān)的模塊封裝到這個(gè)子系統(tǒng)模塊當(dāng)中，并且等效與原系統(tǒng)模塊的功能，而對(duì)其中的模塊我們可以暫時(shí)不去了解。組合后的子系統(tǒng)可以進(jìn)行類似模塊的設(shè)置，在模型仿真過程中可以作為一個(gè)模塊進(jìn)行仿真[2]錯(cuò)誤!未找到引用源。[6]。</p><p>　　2．2 S函數(shù)的建立</p><p&

30、gt;　　在實(shí)際建摸過程中，常常會(huì)遇到非常復(fù)雜的模型，這些模型直接用 Simulink 創(chuàng)建顯得非常復(fù)雜或者是不可能的，S函數(shù)卻可以很容易地解決這個(gè)問題。用MATLAB語言，C語言，C++語言，F(xiàn)ortran語言或者Ada語言來描述具體的過程，構(gòu)成S函數(shù)模塊，然后在Simulink模型中通過S函數(shù)模塊直接調(diào)用[3][7][9]。</p><p>　　S函數(shù)就是S-Functions，是system-Functio

31、ns的縮寫。當(dāng)MATLAB所提供的模型不能完全滿足</p><p>　　用戶要求時(shí)，就可以通過S函數(shù)提供給用戶自己編寫程序來滿足自己要求模型的接口，即可以將現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型（公式）轉(zhuǎn)換成模塊化圖形進(jìn)行仿真。S函數(shù)使用的是一種比較特殊的調(diào)用格式，可以和Simulink求解器進(jìn)行交互式操作，這種交互式就與Simulink求解器和內(nèi)置固有模塊交互式操作相同。S函數(shù)允許用戶向模型中添加自己編寫的模塊，只要按照一些簡(jiǎn)單的規(guī)制

32、，就可以在S-Functions添加設(shè)計(jì)方法。在編寫好S-Functions之后就可以在S-Functions模塊中添加相應(yīng)的函數(shù)名，也可以通過封裝技術(shù)來定制自己的交互界面。</p><p><b>　　例子：</b></p><p>　?。╝） Simulink模塊仿真圖 (b) S——function仿真圖</p>&

33、lt;p><b>　　圖1</b></p><p>　?。╝）輸入信號(hào) (b) 輸出信號(hào) （c）輸出信號(hào)</p><p><b>　　圖2仿真結(jié)果</b></p><p>　　圖1（a）中Saturation模塊為限幅模塊，其功能是將輸出值限定在一定的范

34、圍之內(nèi)，是使用SIMULINK控制系統(tǒng)模塊所搭建，所限幅值可通過修改參數(shù)進(jìn)行改變；圖1（b）為使用S函數(shù)實(shí)現(xiàn)相同的限幅功能，其限幅幅值也可通過修改而改變。以下為S函數(shù)所包含的程序，圖3為兩種方法的仿真結(jié)果，圖2（a）輸入正弦信號(hào)，圖2（b）為圖1（a）的輸出波形，圖2（c）為圖1（b）的輸出波形，其限幅值為0.5。從輸出波形上可看出兩種方法功能是一致的。</p><p>　　function [sys,x0]=A

35、(t,x,u,flag,A)</p><p>　　if flag==3</p><p>　　if abs(u)<=A</p><p><b>　　sys=u;</b></p><p>　　elseif u>A</p><p><b>　　sys=A;</b><

36、;/p><p><b>　　else u<-A</b></p><p><b>　　sys=-A;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　elseif flag==0</p><p>　　sys=[0;0;1;1;1;

37、1];</p><p><b>　　x0=[ ];</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　sys=[ ];</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　3三相

38、異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　異步電機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型由電壓模型、磁鏈模型、轉(zhuǎn)矩模型和運(yùn)動(dòng)方程組成。</p><p><b>　?。ㄒ唬╇妷悍匠?</b></p><p>　　將電壓方程寫成矩陣形式，并以微分算子代替微分符號(hào)可得：</p><p>　　式中，，，，，-----定子和轉(zhuǎn)子相電壓的瞬間值；</p

39、><p>　　，，，，，-----定子和轉(zhuǎn)子相電流的瞬間值；</p><p>　　，，，，，-----各相繞組的全磁鏈； </p><p>　　，------定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻。</p><p><b>　　或?qū)懗桑?</b></p><p>　?。ǘ┐沛湻匠蘙6]</p><

40、;p>　　每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對(duì)它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可表達(dá)為：</p><p><b>　　或?qū)懗桑?lt;/b></p><p>　　式中是6*6電感矩陣，其中對(duì)角線元素，，，，， 是各有關(guān)繞組的自感其余各項(xiàng)則是繞組間的互感。</p><p><b>　　（三）運(yùn)動(dòng)方程：</b>&

41、lt;/p><p>　　對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，，，（為與轉(zhuǎn)速成正比的阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)，為扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)）則： </p><p>　　式中 -----負(fù)載組轉(zhuǎn)矩； -----對(duì)極數(shù)；</p><p>　　-----機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。</p><p><b>　?。ㄋ模┬D(zhuǎn)方程：</b></p><p>

42、<b>　　[1] </b></p><p>　　上述公式是在磁鏈為線性、磁場(chǎng)在空間按正弦分布的假定條件下得出的，但對(duì)定、轉(zhuǎn)子電流的波形沒有作任何假定，它們可以是任意的。因此，上述電磁轉(zhuǎn)矩公式對(duì)研究由變頻器供電的三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)很有實(shí)用意義。</p><p>　?。ㄎ澹┤喈惒诫妱?dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型：</p><p>　　4兩相靜止相坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)

43、模型</p><p>　　4.1坐標(biāo)變換和變換陣：</p><p>　　上面雖已推導(dǎo)出異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，但是，要分析和求解這組非線性方程顯然是十分困難的，即使要畫出很清晰的結(jié)構(gòu)圖也并非易事。通常須采用坐標(biāo)變換的方法加以改造，使變換后的數(shù)學(xué)模型容易處理一些。</p><p>　?。ㄒ唬┳鴺?biāo)變換的原則和基本思路：</p><p>　　從上面的分

44、析異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的過程中可以看出，這個(gè)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€(gè)復(fù)雜的電感矩陣，也就是說，影響磁通和受磁通影響的因素太多了。因此，要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，必須從簡(jiǎn)化磁通的關(guān)系著手。</p><p>　　如果能將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，然后再模仿直流電機(jī)去進(jìn)行控制，問題就可以大大簡(jiǎn)化，坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)系下產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同。

45、然而，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、…等任意多項(xiàng)對(duì)稱繞組，通以多相平衡電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單[2][6][14]。</p><p>　?。ǘ┤?二相變換陣：</p><p>　　在三相靜止坐標(biāo)系、、和二相靜止坐標(biāo)系、之間的變換，簡(jiǎn)稱3/2變換。設(shè)磁動(dòng)勢(shì)波形是正弦分布的，當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)與二相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在、軸

46、上的投影都應(yīng)相等。</p><p>　　4.2異步電機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型[2][6]錯(cuò)誤!未找到引用源。</p><p>　?。ㄒ唬⑤S電壓方程：</p><p><b>　?。ǘ┐沛湻匠蹋?lt;/b></p><p>　?。ㄈ┯缮蟽墒娇傻米鴺?biāo)系上數(shù)學(xué)模型的電壓矩陣方程：</p><p>

47、;　　（四）坐標(biāo)系上的電磁轉(zhuǎn)矩：</p><p>　　從三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型可以看出，它是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，通過從三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換后（以所產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)相同為前提），數(shù)學(xué)模型復(fù)雜度大大的降低。</p><p><b>　　5 仿真結(jié)果</b></p><p>　　5.1 異步電機(jī)仿真模型</p>

48、<p>　　圖3 異步電機(jī)模型仿真圖</p><p>　　圖4 為圖3中 motor子系統(tǒng)內(nèi)部圖形</p><p>　　圖5 為圖4中異步電機(jī)在、坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　圖6 2/3坐標(biāo)變換</p><p>　　圖7 3/2坐標(biāo)變換</p><p>　　圖8 為電機(jī)模型參數(shù)輸入圖界

49、面</p><p>　　圖3為按照異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型所搭建的模塊；圖4為圖3中motor子系統(tǒng)內(nèi)部圖形；圖5為異步電機(jī)在、坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，是圖4的a/b子系統(tǒng)內(nèi)部；圖6和圖7分別為2/3變換和3/2變換模塊圖，正是有了這兩個(gè)模塊，異步電機(jī)在、坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型才能加上三相交流電，從而與三相異步電機(jī)等效；圖8為電機(jī)模型參數(shù)輸入圖界面。</p><p>　　對(duì)電機(jī)模型輸入不同參數(shù)，并輸入22

50、0V的三相交流和給定階躍轉(zhuǎn)距，那么仿真后輸出異步電機(jī)轉(zhuǎn)子三相電流，以及實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距。以下為電機(jī)模型仿真結(jié)果圖。</p><p>　　(a) 磁鏈軌跡 (b) 電流波形 </p><p>　　圖9 異步電機(jī)重要波形</p><p>　　圖10 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩輸出圖形</p><

51、p>　　從圖9(a)可以看出，其磁鏈圖形為一圓形；從圖9(b)可看出其輸出電流仍然是正弦波；從圖10可看出，其轉(zhuǎn)距、轉(zhuǎn)速波形符合一般異步電機(jī)的輸出圖形。從網(wǎng)上查找各種不同異步電機(jī)參數(shù)輸入該電機(jī)模型，都能得到正確波形，說明異步電機(jī)模型搭建正確。</p><p>　　5.2 矢量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　圖11 異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真圖</p><p&

52、gt;　　將已搭建好的異步電機(jī)模型加入如圖11所示的異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真圖形中。通過根據(jù)實(shí)際輸出圖形不斷的改變矢量控制系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，如PID參數(shù)等，對(duì)其轉(zhuǎn)距給定20，并執(zhí)行仿真，下圖為仿真結(jié)果圖。</p><p><b>　　圖12 磁鏈軌跡</b></p><p>　　（a）轉(zhuǎn)速輸出 (b)轉(zhuǎn)矩輸出&l

53、t;/p><p><b>　　圖13 仿真輸出</b></p><p>　　從圖12可看出，其磁鏈圖形不僅仍然是圓形，而且圖形質(zhì)量大有提高，與不控制異步電機(jī)模型仿真結(jié)果圖9 (a)比較，其到達(dá)最終值非常迅速。從圖13(a)和圖13(b)可看出，該系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距上升較快，能迅速達(dá)到最終值，且基本無超調(diào)量，說明矢量控制系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)選擇比較恰當(dāng)。</p>

54、<p><b>　　6 結(jié)語</b></p><p>　　MATLAB軟件工具箱以及Simulink仿真工具的強(qiáng)大功能，為自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算與仿真提供了強(qiáng)有力的支持。本設(shè)計(jì)是在認(rèn)真學(xué)習(xí)MATLAB控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)和技巧和異步電機(jī)在三相/二相坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上選擇異步電機(jī)作為被控對(duì)象進(jìn)行仿真。由于異步電機(jī)是一個(gè)典型、復(fù)雜的多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)仿真的辦法構(gòu)造一個(gè)

55、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行異步電動(dòng)機(jī)的分析，是一種很好的研究和運(yùn)用MATLAB/Simulink的手段。</p><p>　　通過本次論文我首先對(duì)異步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)；然后學(xué)會(huì)了Simulink子系統(tǒng)封裝，簡(jiǎn)單S文件的編寫和封裝以及根據(jù)數(shù)學(xué)模型搭建仿真模塊；然后實(shí)現(xiàn)了不調(diào)速下的轉(zhuǎn)速輸出。通過對(duì)電機(jī)模型輸出信號(hào)的分析，以檢測(cè)模型搭建的正確性。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，學(xué)會(huì)了組建異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，當(dāng)

56、加入觀測(cè)模塊時(shí)，經(jīng)過對(duì)整個(gè)矢量控制仿真系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可使其達(dá)到較理想的輸出。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張立偉，陳桂蘭．Matlab/Simulink環(huán)境下異步電機(jī)建模及其工程應(yīng)用[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　陳伯時(shí)，陳敏遜．交流調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.&l

57、t;/p><p>　　張長(zhǎng)君，趙爭(zhēng)鳴．異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真方法[M]．北京大學(xué)出版社，1995.</p><p>　　羅成漢．基于MATLAB的控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助分析[J]．1998, 8(4): 61～64</p><p>　　周玲玲，侯立軍，蘇彥民．異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真研究[J]．2000, 24(1): 83～86</p><p&

58、gt;　　陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]．第二版，機(jī)械工業(yè)出版社 2003.</p><p>　　李傳海．空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)化方法[J]．山東大學(xué)學(xué)報(bào)．1998, 8(4): 61～　　　　　　　　64</p><p>　　王曉明，王玲.電動(dòng)機(jī)的DSP控制(TI公司應(yīng)用)[DSP]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社．2004.</p><p>

59、;　　李永東，交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　李華德，交流調(diào)速控制系統(tǒng)[M]．北京:電子工業(yè)出版社．2003．3．</p><p>　　陸希明．電子原件測(cè)量?jī)x表[M]．北京:電子工業(yè)出版社, 1995．</p><p>　　何希才．傳感器及其應(yīng)用[M]．北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2001．</p><

60、p>　　魏永廣，劉存．現(xiàn)代傳感技術(shù)[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社，1995．</p><p>　　王成元，郭慶鼎．矢量控制交流伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995.</p><p>　　張志勇，精選MATLAB5.3[M]．北京航天航空大學(xué)出版社，2000.</p><p>　　Xue D, Goucem A, AthertonD P.A men

61、u-driven interface to PC-MATLAB for a first course oncontrol systems. International Journal of Electricai Engineering Educaation,1991,28(1):21-23 　　</p><p>　　Ziegler J G, Nichols N B Optimum settings for au

62、tomatic controllers.Transaction of ASME, 1942,64:759-768</p><p>　　Zhuang M,Atherton D P.Automatic tuning of optimum PID controllers. Proceedings of IEE ,1993，Part D,140:216-224</p><p><b>

63、　　致 謝</b></p><p>　　本文的研究工作是在我的導(dǎo)師陳曉紅助教的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的論文的研究工作中無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。由于我對(duì)異步電機(jī)和Simulink這方面的專業(yè)知識(shí)接觸不是很深，在整個(gè)論文準(zhǔn)備過程中，導(dǎo)師經(jīng)常犧牲休息時(shí)間耐心輔導(dǎo)我讓我深受感動(dòng)，她的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受的啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，

64、也學(xué)到了做人做事的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　在這段時(shí)間的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多領(lǐng)導(dǎo)和老師的熱情關(guān)心和幫助，在此，對(duì)他們提供的幫助致以崇高的敬禮！在日常學(xué)習(xí)和生活中，我同學(xué)也給予了我很大幫助。</p><p>　　在此，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！</p><p><b>　

65、　劉任桃</b></p><p>　　2008年5月 于重慶</p><p><b>　　獨(dú)創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得有研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重慶文理學(xué)院或其他教育

66、機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。</p><p>　　論文作者簽名： 日期： </p><p><b>　　版權(quán)與使用授權(quán)聲明</b></p><p>　　重慶文理學(xué)

67、院有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)重慶文理學(xué)院教務(wù)處辦理。</p><p>　　論文作者簽名： 日期：