交流電機無速度傳感器控制研究畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 還是正弦交流量。按照矢量控制原理，要將這些交流量轉換成直流量，還要引進同步旋轉坐標系變換。該坐標是一個二相旋轉直角坐標系，它的軸可按不同方向定向，其軸逆時針超前d軸空間電角度，該坐標系在空間以定子磁場的同步角速度（也就是轉子磁場的同步速度）旋轉，在同步旋轉坐標系上看交流電動機的各個量，這些交流物理量就為直流量了。將二相靜止坐標系下異步電動機的數學模型變換到二相同步旋轉直角坐標系下，從而得到異步電動機在同步旋轉坐標系下的數學模型。（1） 電壓方程定子電壓方程為（31）轉子電壓方程為（32）（2） 磁鏈方程定子磁鏈方程（33）轉子磁鏈方程（34）式中，、為定子電壓的分量，、為轉子電壓的分量；、為定子電流的分量，、為轉子電流的分量；、為定子磁鏈的分量，、為轉子磁鏈的分量；為軸與坐標系軸間的夾角，為定子旋轉磁場同步角速度；為轉子軸與坐標系軸間的夾角，為轉子角速度；為軸與軸間的夾角（即），為轉子轉差角速度。由三相異步電動機轉子短路，有，可以得到電壓方程的矩陣形式變化為：（35）（3） 轉矩方程（36）在同步旋轉坐標系的運動方程中，交流電機的各個物理量已經成為在空間中靜止不動的直流物理量了。4. 電動機在MT同步旋轉坐標系下的數學模型（1） 電壓方程定子電壓方程 （41）轉子電壓方程（42）（2） 磁鏈方程定子磁鏈方程（43）轉子磁鏈方程（44）用矩陣形式表示的電壓方程為（45）（3） 以轉子磁鏈表達的異步電動機數學模型（46）考慮到，則有數學模型式為（47）式中，、為定子電壓的M、T分量，、為轉子電壓的M、T分量；、為定子電流的M、T分量，、為轉子電流的M、T分量；為定子磁鏈的M、T分量，為轉子磁鏈的M、T分量。由數學模型式（47）的第3式可得（48）（4） 轉矩方程（49）二、 交流異步電機的矢量控制系統：矢量變換控制：在靜止三相坐標系下的定子交流電流通過三相/二相變換，可以等效成兩相靜止坐標系下的交流電流；再通過按轉子磁場定向的旋轉變換，可以等效成同步旋轉坐標系下的直流電流。原交流電動機的轉子總磁通就是等效直流電機的磁通，M繞組相當于直流電動機的勵磁繞組，相當于勵磁電流；T繞組相當于電樞繞組，相當于與轉矩成正比的電樞電流。矢量旋轉變換：也就是交流二相繞組和直流二相M、T繞組之間電流的變換，它是一種靜止的直角坐標系與旋轉的直角坐標系之間的變換。把兩個坐標系畫在一起，如下圖1所示。圖中，靜止坐標系的兩相電流，旋轉坐標系的兩個直流電流均以同步轉速旋轉產生合成磁動勢。由于各繞組匝數相等，可消去合成磁動勢的匝數，可以直接標上電流，如合成磁動勢直接標成了。但是，矢量與其分量表示的式空間磁動勢矢量，而不是電流的時間相量。圖1 靜止直角坐標系與旋轉直角坐標系間的變換圖圖1中，M軸、T軸和矢量都以轉速旋轉，所以分量的長短不變，相當于M、T繞組的直流電動勢。而軸是靜止的，軸與M軸的夾角隨時間的變化而變化，所以矢量在軸上的分量的長短也隨時間的變化而變化，相當于繞組交流磁動勢的瞬時值。由圖1可知，和之間的關系有（1）二相旋轉坐標系到二相靜止坐標系的矩陣形式為（2）由（2）式可求出二相靜止坐標系到二相旋轉坐標系的逆變關系為（3）同理，電壓和磁鏈的旋轉變換也與電流的旋轉變換相同。1. 直流磁場定向矢量控制變頻調速系統圖2 直流磁場定向矢量控制變頻調速系統轉速調節器。電流調節器。磁鏈調節器 圖2為直流磁場定向矢量控制變頻調速系統。圖中，帶“*”號的是各量的給定信號，不帶“*”號的是各量的實測信號。系統的控制部分有轉速、電流和磁鏈三個閉環。磁通給定信號由函數發生環節獲得，電流給定信號同樣受到磁通信號的控制。2. 無速度傳感器的矢量控制選擇的方案是基于轉子磁通定向的無速度傳感器矢量控制系統。在電動機定子側裝設電壓傳感器和電流傳感器，檢測三相電壓、和三相電流、。根據3S/2S變換求出靜止軸系中的兩相電壓及兩相電流、。由定子靜止側裝設電壓傳感器和電流傳感器，檢測三相電壓和三相電流，根據3S/2S變換中的兩相電壓、電流可以推算出定子磁鏈，估計電機的實際轉速。定子兩相靜止坐標系中磁鏈為磁鏈的幅值及相位角為由以上式子可求出同步角速度為由矢量控制方程式可求得，轉差角速度為3. 電流環的設計圖3 電流環的動態結構框圖（1）電流環的動態結構框圖如圖所示。電流調節器選擇PI調節器，它的傳遞函數為電流環的開環傳遞函數為（2）電流調節器的參數計算由于，因此取。這樣可以消去大的慣性環節，提高系統的快速性。由電流環的動態結構框圖可得可得4. 速度環的設計圖4 異步電機速度調節環框圖速度環結構框圖如圖4所示。由圖知，異步電動機的速度調節對象存在耦合，磁鏈乘轉矩電流分量。它們的耦合關系為（為電動機極對數） 電動機速度與轉矩間的關系可由運動方程求得，因為式中，為拖動系統的轉動慣量。5. 磁鏈環的設計異步電動機中有其中，、為轉子繞組漏感及電阻。圖5 異步電動機磁鏈調節環框圖磁鏈環結構如圖5所示。由圖可知，磁鏈環對象是一個大時間常數及一個小時間常數的慣性環節，所以磁鏈調節器應該選擇PI調節器。圖中磁鏈環調節器的比例系數，為積分時間常數。根據工程設計方法，將磁鏈調節環設計成典型系統，使得磁鏈調節器的積分時間常數，且按“二階最佳”選擇調節器參數。積分時間常數：；比例系數：。三、 Matlab模型仿真搭建：各個模塊和系統的仿真驗證尚未完成。四、 遇到的困難和問題：1. 電流環、轉速環、磁鏈環等具體參數計算問題沒有解決；2. 還沒有進行各個模塊的仿真搭建五、 畢業設計的下一步工作安排：1. 完善磁鏈環、速度環具體參數計算問題的設計；2. 根據中期的設計，進行各個模塊的仿真模型搭建，并針對預計問題制定出解決方案；3. 第13~15周，完成本次畢業設計的初稿，并交給指導老師查看；4. 第16周，根據老師的指導意見修改和進一步完善畢業設計論文，完成其他后續操作后，將畢業設計論文打印出來。六、 撰寫畢業論文工作的具體安排和打算和畢業論文的時間進度表。按照任務書的要求，畢業設計已經完成了開題報告、中期報告，接下來要完成各個模塊的具體設計，進行仿真驗證和進入撰寫階段。第13~14周要完成各個模塊的具體設計并進行仿真驗證；第15周進行論文大綱和結構安排；16~17周進行論文核心部分的工作，并準備答辯事宜。七、 對指導教師及學院管理的意見及建議學院及指導老師給我安排了《交流電機無速度傳感器控制研究》這個畢業設計題目，符合了時代技術特點，而且具有良好的研究意義。學院給我們安排了嚴格的畢業設計完成時間表，分別為開題答辯、中期答辯及畢業總答辯3次完成，每個階段進行畢業設計內容和進度評定，督促了我們認真做好畢業設計。在此，我要特別感謝我的畢業設計指導老師吳忠強教授。在做畢業設計期間，吳忠強老師對我們非常認真負責。每周定時對我們進行悉心指導，當遇到一些難以理解的問題時，老師會讓我先到圖書館查閱書籍。查閱的書籍內容看不懂時，老師又不厭其煩為我講解，這樣理解起來就變得更容易和印象深刻。另外，也很感謝師兄師姐和同組同學的技術支持和熱心幫助，讓我能很快便掌握VISIO，MATLAB等軟件的相關操作，畢業設計過程中遇到的問題逐漸得到了解決，使得整個畢業設計過程都很順利。主要參考文獻 [41] 馮垛生，無速度傳感器矢量控制原理與實踐，北京機械工業出版社，1998.[42] , and . 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IA 1992(5),128六、指導教師意見 指導教師簽字： 年 月 日七、系級教學單位審核意見：審查結果： □ 通過 □ 完善后通過 □ 未通過 負責人簽字：年 月 日 附錄3 外文翻譯 附錄3 外文翻譯異步電動機矢量控制調速系統設計張民，丁興平，郭振中國，青島，青島科技大學自動化學院， 266033，Email: z_m530@摘 要異步電動機的各種調速方式中，矢量控制的調速方式響應快、穩定性好、傳動性能高、調速范圍寬。針對異步電動機的調速需要，設計以80C196為控制器的矢量控制調速系統，并詳細介紹了系統的硬件設計和軟件設計。該系統有效地完成了異步電動機矢量控制調速系統設計，調速性能好、結構簡單，具有很好的發展前景。關鍵詞：異步電動機，89C196，矢量控制交流異步電動機是一個高階、多變量、非線性、強藕合的被控對象，采用參數重構和狀態重構的現代控制理論概念可以實現交流電動機定子電流的勵磁分量和轉矩分量之間的解藕，實現了將交流電動機的控制過程等效為直流電動機的控制過程，使交流調速系統的動態性能得到顯著的改善和提高，從而使交流調速最終取代直流調速成為可能。目前對調速特性要求較高的生產工藝已較多地采用矢量控制型變頻調速裝置。以產生完全一致的旋轉磁動勢為準則，在三相坐標系下的定子交流電流,通過3S／2S變換，可以等效成兩相靜止坐標系下的交流電流，再通過按轉子磁場定向的矢量旋轉變換，可以等效成同步旋轉坐標系下的直流電流。當觀察者站在鐵心上與坐標系一起旋轉時，交流機就變成了直流機。其中，交流異步電動機的轉子總磁通，就變成了等效的直流電動機的磁通，繞組相當于直流電機的勵磁繞組，相當于勵磁電流。繞組相當于偽靜止繞組，相當于與轉矩成正比的電樞電流。異步電動機經過如上的變換后就等效成了直流電動機。因而，可以模仿直流電機的控制方法，求得直流電機的控制量，再經過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電動機了。由于進行坐標變換的是電流(代表磁動勢)的空間矢量，所以，這樣通過坐標變換實現的控制系統就叫作矢量控制系統，簡稱VC系統。按照這種設想，可以構成直接控制和的矢量控制系統，如圖1所示。圖中給定和反饋信號經過類似于直流凋速系統所用的控制器，產生勵磁電流的給定信號和電樞電流的給定信號，經過反旋轉變換VR1 得到和，再經過2S／3S變換得到、。把這三個電流控制信號和由控制器得到的頻率信號加到電流控制的變頻器上，即可輸出異步電動機調速所