(完整)三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告
编辑整理：
尊敬的读者朋友们：
这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告的全部内容。
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告
摘要：利用直接转矩控制( DTC ）理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成
和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。结果表明： DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。
关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真
1 引言
自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。所谓矢量控制,就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦,然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。
直接转矩控制（Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的,是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比,它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
2 三相异步电机的直接转矩控制系统组成
三相异步电动机直接转矩控制系统模块图标如图1所示，其仿真模型如图2所示,模型由7个主要模块组成：三相不控整流器（Three—phase diode rectifier）、Braking chopper、三相逆变器（Three-phase inverter）、测量单元（Measures）、异步电动机模块(Induction machine）组成系统的主要电路；转速控制器（Speed Controller)和直
接转矩控制模块DTC，其中主电路模块和转速控制模块结构基本与磁场定向矢量控制系统相同。
图1 直接转矩控制系统图标
直接转矩控制DTC模块结构图如图2所示，转矩给定Torque*、磁通给定Flux*、电流I_ab和电压V_abc输入信号都经过采样开关，DTC模块包括转矩和磁通计算、滞环控制、磁通选择、开关表、开关控制等单元。DTC模块输出时三相逆变器Three—phase inverter 开关器件的驱动信号.
直接转矩控制系统采用6个开关器件组成的桥式三相逆变器,该逆变器有8种开关状态,可以得到6个互差60°的电压空间矢量和两个零矢量.交流电机定子磁链Ψs受电压空间矢量us 控制，因此改变逆变器开关状态可以控制定子磁链Ψs的运行轨迹，从而控制交流电机的运行。
图2
直接转矩控制系统模型结构
图3 直接转矩控制模块结构
3 转矩和定子磁链计算转矩和定子磁链计算(单元结构如图4所
示，它首先将检测到的异步电动机三相电压V_abc 和电流I_AB 经模块dq_V_transform 和dq_I_transform 边换，得到二相坐标系（αβ）上的电压和电流，dq_V_transform 和dq_I_transform 变换模块结构如图5所示。
图4 转矩和定子磁链计算单元结构
3。1 定子磁链计算
定子磁链的模拟和离散计算式为
()s s s s t
u R i d αβαβαβψ=-? （3—1)
(z
1)
()
2(z 1)s s s s s KT u R i αβαβαβ+ψ=-+ (3—2)
式中，s u αβ和s i αβ为αβ两相坐标系上的定
子电压和电流，K 为积分系数,s T 为采样时间.
磁链计算采用离散梯形积分，模块phi_d 和phi_q 分别输出定子磁链的α和β轴分量s αψ和s βψ，s αψ和s βψ经Real_Imag to
Compels 模块得到复数形式表示的磁链s ψ,并由Compels to Magnitude_Angle 计算定子磁链s ψ的幅值和转角。 3.2转矩计算
电动机转矩计算式为 3
()2e s s s s T p i i βααβ=
ψ-ψ (3—3)
式中，p 为电动机极对数。
图5 abc/αβ坐标系变换模块结构
4 模块结构
4。1 磁通和转矩滞环控制器
电动机的转矩和磁链都采用滞环控制,磁通和转矩滞环控制器（Flux&Torque
hysteresis ）结构如图6所示。转矩控制史三位滞环控制方式,在转矩滞环宽度设为dTe 是，当转矩偏差*(T T )2
e e e dT ->+和*(T T )2
e e e dT -<-时,
滞环模块/2e dT 和/2e dT -分别输出状态“1”
和“3"，当滞环模块/2e dT 和/2e dT -输出为“0"时，经或非门NOR 输出状态为“2”。磁链控制是二位滞环控制方式,在磁链滞环宽度
设为d Ψ是,当磁链偏差*()2
e
e
d ψ
ψ-ψ>
+和*()2
e e d ψψ-ψ<-
时，模块dPhi 分别输出状态
“1”和“2”. 4。2 磁链选择器
直接转矩控制将磁链空间划分为6个区间，磁链选择模块s ψ的位置角?，判断磁链s ψ运行在哪一个分区。磁链选择器结构如图7所示，模块输入时磁链计算模块输出的磁链位置角angle ，通过计较和逻辑运算输出磁链所在的分区编号。
图6 Flux ＆Torque hysteresis 模块
图7 磁链选择器模块结构
4.3 开关表
H phi 状态
H Te
状态
磁链选择器状态
1 2 3 4 5 6 1（Flux=1）
1
2
3
4
5
6
1
2070707 3612345
1（Flux=—1)4345612 5707070 6561224
图8 switching table开关表
开关表（switching table）（如图8）用于得到三相逆变器6个开关器件的通断状态，它由两张Lookup Table表格（Flux=1和Flux=-1）和三个多路选择器组成.两张Lookup Table表格对应的输出见表1.表格输出加1后通过选择开关2（Multiport Switch2）输出对应的6个开关器件的8种开关状态V0~V7，其中包含了两种零状态V0和V7。
开关表中，Magnetisation模块结构如图9所示，其作用是将磁链反馈值与设定值比较，当反馈值大于设定值时,S—R flip-flop触发器Q端输出“1”，当反馈值小于设定值时，S-R flip-flop触发器Q端输出“0”,从而控制电动机启动时逆变器和转速调节器工作状态，使电动机启动时产生初始磁通。
图9 Magnetisation模块
4.4 开关控制模块
开关控制模块（如图10）包含了三个D
触发器，目的是限制逆变器开关的切换频率，
并且确保逆变器每相上下两个开关处于相反
的工作状态，开关的切换频率可以在模块的对
话框中设置。
图10开关控制模块5 仿真结果
图11 直接转矩控制系统仿真模型
异步电动机直接转矩控制系统仿真模型如图11所示，系统由三相交流电源、直接转矩控制系统模块和检测单元等模块组成。三相电源线电压360V、60HZ，电源内阻0。02Ω，电感0。05mH。电动机额定参数：149kW、360V、60HZ，系统由转速和转矩两项输入,在调速的同时负载转矩也在发生变化。转速和转矩给定实用离散控制模型库Discrete Control Drive 中的timer模块,Speed reference设定值为：t=0s、1s时转速分别为500 r/min、0r/min.Torque reference设定值为:t=0、0.5s、1。5s时转矩分别为0 N＊m、792 N*m、-792N＊m。
模型采用混合步长的离散算法，基本采样
时间Ts=0.2μs ，转速调节器采用时间为 1.4μs 。仿真得到的结果如图13所示。
a ）转速响应
b ）a
相定子电流
c ）电磁转矩 图13 仿真结果
从仿真波形可以看到在t=0s 时,转速按设定的上升率(900r/min/s ）平稳升高，在启动0。6s 时达到设定的转速500r/min.在0～0.5s 范围内电动机是空载启动，电动机电流为200A （幅值）；0.5s 时加载792T ，电流上升为400A （幅值）,加载时电磁转矩瞬时达到1200N ＊m ，但是在系统的控制下,加载对转速的上升和稳定运行没有明显影响.1s 后电动机开始减速,定子电流减小，并且电流频率下降。在t=1。5s 时转速下降为0,这时转矩给定从792 N*m 变化为—792 N ＊m ，转速仍稳定为0r/min ，
表明系统有很好的转矩和速度响应能力.
6 小结
直接转矩控制系统利用MATLAB /Simulink 这一优良仿真工具可以方便地模拟异步电机磁链轨迹、电阻电压、电流、转速（角速度）以及电磁转矩等参数的情况.通过仿真可以看出，直接转矩控制系统具有动态响应速度快、稳态精度高、结构简单、易于实现等优点.通过建模的方式仿真研究电气传动系统对于控制系统的数字化实现具有重要意义和实用价值。
辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽
起止时间：
摘要 异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机
目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)
三相异步电动机型号参数表 Y2系列电动机是Y系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。 Y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合IEC标准，其外壳防护等级为IP54，冷却方法为IC41l，连续工作制（S1）。 采用F级绝缘，温升按B级考核(除315L2-2、4，355全部规格按F级考核外)，并要求考核负载噪声指标。 Y2系列电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。 Y2系列电动机有两种设计，一种是适用于一般机械配套和出口需要，在轻载时有较高效率，在实际运行中有较佳节能效果，且具有较高堵转转矩，此设计称为Y2-Y系列。中心高63～355mm，功率从0.12~315kW。电动机符合JB/T8680.1-1998 Y2系列(1P54)三相异步电动机（机座号63～355）技术条件。 型号含义：如Y2-200L1-2Y：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”表示机座长短号，“1”表示铁心长度序号，“2”表示极数，“Y”表示第一种设计。第2种设计是满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高的使用场合，如水泵、风机配套，此设计称为Y2-E系列，中心高80～280mm，功率从0.55～90kW。电动机符合 JB/T8680.2-1998 Y2系列(1P54)三相异步电动机（机座号80～280）技术条件。 型号含义：如Y2-200L2-6E：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”表示机座长短号，“2”表示铁心长度序号，“6”表示极数，“E”表示第二种设计。 Y2系列电动机机座外轮廓呈四方形兼圆形，散热片呈垂直，水平平行分布，全部采用铸铁结构。另外H63～112还兼有铝合金压铸结构。 本系列电动机采用浅端盖结构，增加了内部加强筋的数量和尺寸，全部采用铸铁结构，另外H63～112还兼有铝合金压铸结构。为方便用户使用和检修，H180及以上增设了不停机的注油装置。 接线盒防护等级为IP55。为了减轻电机重量，H63～280接线盒用铝合金压铸(也可用铸铁件)，H315～355使用铸铁件。且盒内设有专用的接地装置，H160及以上机座考虑有热保护装置的安装位置，电源进线孔采用双孔进线，并有两种密封结构：一种为加密封盖，另一种为锁紧密封。接线盒一般位于机座顶部，并可以四面出线，另外H80～355铸铁机座的接 1
控制系统仿真课程设计 （2011级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2014年6月
控制系统仿真课程设计一 ———交流异步电机动态仿真 一 设计目的 1．了解交流异步电机的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2. 设计交流异步电机动态结构系统； 3．掌握交流异步电机调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二 设计及Matlab 仿真过程 异步电机工作在额定电压和额定频率下，仿真异步电机在空载启动和加载过程中的转速和电流变化过程。仿真电动机参数如下： 1.85, 2.658,0.2941,0.2898,0.2838s r s r m R R L H L H L H =Ω=Ω===， 20.1284Nm s ,2,380,50Hz p N N J n U V f =?===，此外，中间需要计算的参数如下： 21m s r L L L σ=-，r r r L T R =，22 2 s r r m t r R L R L R L +=，10N m TL =?。αβ坐标系状态方程： 其中，状态变量： 输入变量： 电磁转矩： 2p m p s r s L r d ()d n L n i i T t JL J βααωψψβ=--r m r r s r r d 1d L i t T T ααβαψψωψ=--+r m r r s r r d 1d L i t T T ββαβψψωψ=-++22s s r r m m m s r r s s 2r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ααβαα σψωψ+=+-+22 s s r r m m m s r r s s 2 r r r r d d i R L R L L L L i u t L T L L ββαββ σψωψ+=--+[ ] T r r s s X i i αβαβωψψ=[ ] T s s L U u u T αβ=()p m e s s s s r n L T i i L βααβ ψψ=-
直接转矩控制的基本原理和仿真研究 摘要：直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后，在交流传动领域内发展迅速的一种高性能调速技 术，该控制方法以其思路新颖、结构简单及性能良好等优点引起了广泛关注和研究。与矢量控制技 术不同，直接转矩控制技术采用定子磁场定向，直接将磁通和电磁转矩作为控制量，对电磁转矩的 控制更加简捷快速，提高了系统的动态响应能力。由于直接转矩控制技术本身的固有优势，使直接 转矩控制的理论研究和技术开发越来越受到重视，进展的步伐也越来越快。本文将直接转矩控制技 术应用于异步电机中，从异步电机的数学模型出发，介绍了直接转矩控制技术的基本理论。在深入 剖析原理的基础上将直接转矩算法模块化，在Simulink环境下建立了异步电机直接转矩近似圆形 磁链控制系统仿真模型。仿真结果表明，直接转矩控制技术动态响应能力快，控制方法直接，但是 低速性能较差，低速状态下存在转矩脉动过大，定子电流畸变严重等缺点。 关键字：直接转矩控制，异步电机，simulink The Basic Principle and Simulation Study of Direct Torque Control Kong Fei,Ye Zhen,Shao Zhuyu
电气与电子信息工程学院 《计算机仿真及应用B》题目 学号： 姓名: 班级: 任课老师:
三相异步电动机的建模与仿真 一．实验题目三相异步电动机的建模与仿真 二．实验原理 三相异步电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。短路环内的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有相位差，从而形成旋转磁场。转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，从而实现能量转换。 三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制造，使用和维护方便,运行可靠以及质量 较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以及各种电动工具，小型电机设备中，因此，研究三相异步电动机的建模与仿真。 三.实验步骤 1. 选择模块 首先建立一个新的simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中。建立模型所需模块如下： 1) 选择simPowerSystems 模块库的Machines 子模块库下的Asynchronous Machine SI Units 模块作为交流异步电机。 2) 选择simPowerSystems 模块库的Electrical Sources 子模块库下的Three-Phase Programmable Voltage Source 模块作为三相交流电源。 3) 选择simPowerSystems 模块库的Three-Phase Library 子模块库下的Three-Phase Series RLC Load 模块作为串联RLC 负载。 4) 选择simPowerSystems 模块库的Elements 子模块库下的Three-Phase Breaker 模块作为 三相断路器，Ground 模块作为接地。 5) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Voltage Measurement 模块 作为电压测量。 6) 选择Sources 模块库下的Constant 模块作为负载输入。 7) 选择Signals Rounting 模块库下的Bus Selector 模块作为直流电动机输出信号选择器。 8) 选择Sinks 模块库下的Scope 模块。 9) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Three-phase V-I Measurements 用于创建子系统。 2. 搭建模块将所需模块放置合适位置，再将模块从输入端至输出端进行相连，搭建完的串电阻起 动simulink 模型如图 1 所示
控制系统仿真与设计实验报告 姓名： 班级： 学号： 指导老师：刘峰 7.2.2控制系统的阶跃响应 一、实验目的 1.观察学习控制系统的单位阶跃响应； 2.记录单位阶跃响应曲线； 3.掌握时间相应的一般方法； 二、实验内容 1.二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10)
键入程序，观察并记录阶跃响应曲线；录系统的闭环根、阻尼比、无阻尼振荡频率；记录实际测去的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论值比较。 （1）实验程序如下： num=[10]; den=[1 2 10]; step(num,den); 响应曲线如下图所示： （2）再键入： damp(den); step(num,den); [y x t]=step(num,den); [y,t’] 可得实验结果如下：
记录实际测取的峰值大小、峰值时间、过渡时间，并与理论计算值值比较 实际值理论值 峰值 1.3473 1.2975
峰值时间 1.0928 1.0649 过渡时间+%5 2.4836 2.6352 +%2 3.4771 3.5136 2. 二阶系统G(s)=10/(s2+2s+10) 试验程序如下： num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[10]; den1=[1 6.32 10]; step(num1,den1); hold on; num2=[10]; den2=[1 12.64 10]; step(num2,den2); 响应曲线：
（2）修改参数，分别实现w n1= (1/2)w n0和w n1= 2w n0响应曲线试验程序: num0=[10]; den0=[1 2 10]; step(num0,den0); hold on; num1=[2.5]; den1=[1 1 2.5]; step(num1,den1); hold on; num2=[40]; den2=[1 4 40]; step(num2,den2); 响应曲线如下图所示：
太原科技大学 题目：直接转矩控制 专业：电气工程 班级：研1403 姓名：安顺林 学号：S2*******
直接转矩控制 摘要直接转矩控制系统具有宽调速范围、高稳速精度、快动态响应控制等优点，是交流调速领域中一种新颖的控制算法。直接转矩控制技术采用空间矢量分析的方法，直接在定子坐标系下计算并控制交流电动机的转矩和磁链，计算所得的转矩和磁链分别与给定值进行施密特调节产生脉冲信号，对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。本文从异步机数学模型出发，系统阐述了异步机直接转矩控制基本理论，详细分析了空间电压矢量与定子磁链、电动机转矩的关系。针对异步机的特点，分析讨论了空间矢量调制的直接转矩控制及实现方法，包括参考矢量的生成及空间电压矢量调制的方法。 关键字直接转矩控制，异步电动机 一直接转矩控制系统介绍 1.1 异步电动机调速系统的发展状况 在异步电动机调速系统中变频调速技术是目前应用最广泛的调速技术，也是最有希望取代直流调速的调速方式。就变频调速而言，其形式也有很多。传统的变频调速方式是采用v/f控制。这种方式控制结构简单，但由于它是基于电动机的稳态方程实现的，系统的动态响应指标较差，还无法完全取代直流调速系统。 1971年，德国学者EBlaschke提出了交流电动机的磁场定向矢量控制理论，标志着交流调速理论有了重大突破。所谓矢量控制，就是交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换来实现电动机定子电流的励磁分量和转矩分量的解藕，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩特性和转速响应特性。 矢量控制主要有两种方式:磁场定向矢量控制和转差频率矢量控制。无论采用哪种方式，转子磁链的准确检测是实现矢量控制的关键，直接关系到矢量控制系统性能的好坏。一般地，转子磁链检测可以采用直接法或间接法来实现。 直接法就是通过在电动机内部埋设感应线圈以检测电动机的磁链，这种方式会使简单的交流电动机结构复杂化，降低了系统的可靠性，磁链的检测精度也不能得到长期的保证。因此，间接法是实际应用中实现转子磁链检测的常用方法。
运动控制论文 课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究 姓名：xxxxxxxxx 专业：电气工程及自动化 班级：电097 学号：0912002167 日期：2013年3月30日
摘要 由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。 本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。 其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。 通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行， 可调高电压利用率和系统精度。 关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真
实验报告
图2-1 三相异步电动机参数测定接线图 （2）利用调压电源改变供给异步电动机的电源，异步电动机连接成Y 形，即将U 、V 、W （A 、B 、C ）各接A 、B 、C 三相宫电线，X 、Y 、Z 接在一起。 （3）当施加电压从零逐渐增加，达到某值时，电机开始启动，然后逐渐增加电压到额定电压。测量其空载转速，观察其方向，再降低电压，使电机停下来。 （4）将三相交流供电线任意两相交换，再逐渐增加电压，观察电动机的转向，理解电源相序变化对电机转向的影响。 2． 参数测定 测量定子绕组的冷态直流电组，用数字万用表测量三个定子绕组1r 值， 娶妻平均数，即得冷态电阻。至于异步电动机的参数12 12,,,,,m m x x x r r r ''，可用空载和短路实验来测定。下面主要作这两个实验。 (1). 空载实验 a.按照图3-1接线。电机绕组为Y 接（U N =220V ）。负载与电机脱开，即不加负载。 b.把交流调压器的电压调至最小位置，接通电源，逐渐升高电压，是电动机旋转，并注意电机的旋转方向。若电机的旋转方向不符合要求，则需改变任意两根输入线即可。 c.保持电机在额定电压下，空载运行数分钟，使电机的机械损耗达到稳
1 x由下列短路实验求得。励磁电阻： 2 3 Fe m P r I =，式中 Fe P为额定电压下的铁损耗，由图3-2确定。 图2-2 电机的铁损与机械损耗 即作出2 () P f U =曲线，在2H U时对应的,Fe mec mec P P P 。可取2 () P f U =的延长线与 纵轴的交点，线段OK的长度表示机械损耗 mec P。 由短路实验计算出短路参数： 短路阻抗K k k U Z I =；短路电阻： 2 3 k k k P R I =；短路电抗：22 k k k X Z R =-，式中 ,, k k k U I P分别是短路相电压、短路相电流、三相短路功率之和。 转子绕组的折合值为 21 k r R R '=-，定、转子漏电抗为 12 1 2k x x X ' =≈最后画出完整的三相异步电动机等效电路图，并填入相关参数。
课程设计(综合实验)报告 ( 2011-- 2012 年度第二学期) 名称：过程计算机控制系统 题目：DDC单回路PID闭环控制系统的设计及实时仿真院系：控制与计算机工程学院 班级： 学号： 学生： 指导教师：朱耀春 设计周数：一周 成绩：
日期：2012 年 6 月20 日
一、 课程设计的目的与要求 1.设计目的 在计算机控制系统课程学习的基础上，加强学生的实际动手能力，通过对DDC 直接数字闭环控制的仿真加深对课程容的理解。 2.设计要求 本次课程设计通过多人合作完成DDC 直接数字闭环控制的仿真设计，学会A/D 、D/A 转换模块的使用。通过手动编写PID 运算式掌握数字PID 控制器的设计与整定的方法，并做出模拟计算机对象飞升特性曲线，熟练掌握DDC 单回路控制程序编制及调试方法。 二、 设计正文 1.设计思想 本课程设计利用Turboc2.1开发环境，通过手动编写C 语言程序完成PID 控制器的设计，A/D 、D/A 转换，绘出PID 阶跃响应曲线与被控对象动态特性曲线。整个设计程序模块包含了PID 配置模块，PLCD-780定时采样、定时输出模块，PID 手/自动切换模块（按键控制）及绘图显示模块。 设计中，通过设定合理的PID 参数，控制PLCD-780完成模拟计算机所搭接二阶惯性环节数据的采集，并通过绘图程序获得对象阶跃响应曲线。 2. 设计步骤 （1）前期准备工作 (1.1)配备微型计算机一台，系统软件Windows 98或DOS (不使用无直接I/O 能力的NT 或XP 系统), 装Turbo C 2.0/3.0集成开发环境软件； (1.2)配备模拟计算机一台(XMN-1型), 通用数据采集控制板一块（PLCD-780型）； (1.3)复习Turboc2.0并参照说明书学习PLCD-780的使用 （2） PID 的设计 (2.1)PID 的离散化 理想微分PID 算法的传递函数形式为：??? ? ??++=s T s T K s G d i p 11)( 采用向后差分法对上式进行离散，得出其差分方程形式为： u[k]=u[k-1]+q0*e[2]+q1*e[1]+q2*e[0]; 其中各项系数为： q0=kp*(1+T/Ti+Td/T); q1=-kp*(1+2*Td/T);
为了能让大家在已经泛滥的知识上少走弯路，本人把自己在SVPWM上的认识与看到此贴的读者们一起分享，废话少说，切入正题：在看下面内容之前，您应该至少对SVPWM的原理有大致的了解，如果不了解也没关系，你只要按照我交给你的步骤来做，也可以轻而易举的跨过SVPWM这道坎，在仿真之前您必须安装MATLAB7.0或以上版本，必须确保simpowersysm工具箱已被安装，如果以上要求已经达到，那么就可以执行以下步骤了： 步骤1：打开matlab主界面，然后在command window界面中的“>>”旁边输入simulink，打开simulink开发环境后新建一个mdl文件，在simulink下拉菜单中的ports&subsystems中找到subsystem模块，用其建立一个如图1的总的模块，这个模块有两个输入口，一个输出口（实际上包含六路PWM信号），接来的东西都将在这个模块中添加，输入输出模块的名称可以在双击模块后自己更改，其中Vahar，Vbetar是需要输出的电压在两相静止坐标系下的两个分量，输出是控制逆变器六个IGBT的pwm脉冲信号。 也许有人会问，输入参数不是还包括直流电压和功率开关频率吗？别急，下面接着让您看到上述模块的内部情况 步骤2：根据图2，添加subsystem的内核模块，里面用到的模块有以下几种：in，out,mux,demux,repeatingsequence,rationaloperator,logical operator 和里面的主角S-Function builder模块。
可以看到输入有四个参数Vapha，Vbeta，Tz，Vdc，输出为六路PWM信号，这个仿真模块没考虑死区的问题； 取Tz为1/（1e+4）这就是说开个频率是10kHz,Vdc为500，这两个参数要根据实际情况自己设置，这里是我任意设的，repeating sequence的设置如图3所示，这样设的目的是想产生一个周期为Tz，峰值为Tz/2的等腰直角三角形调制波，接下来设置两个比较模块和取反模块，比较模块是大于等于关系，各模块的其他参数，我没说的就当默认设置，细心的读者会在图4中的第一幅图中看到仿真时间设为Ts，这是我设的系统仿真步长，这里就用默认值-1，此外比较模块和取反模块的信号属性signal atrributes均应设为Boolean格式。 图3
三相异步电动机型号字母表示的含义 J——异步电动机； O——封闭； L——铝线缠组； W——户外； Z——冶金起重； Q——高起动转轮； D——多速； B——防爆； R一绕线式； S——双鼠笼； K一—高速； H——高转差率。 电磁滑差调速电机型号字母表示的含义 YCT系列电磁调调速三相异步电动机是一种交流恒转矩无级调速电动机。其调速特点是调速范围大、无失控区、起动力矩大、可以强励起动，频繁起动时，对电网无冲击。适用于纺织、化工、治金、建材、食品、矿山等部门，如，可用于油漆流水线、装配流水线的的传输带、注塑料机、印刷机、印染机、空调设备、输送设备等。 型号含意 YD系列变极多速三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型节能电动机，是Y系列（IP44）三相异步电动机的主要派生系列之一 型号说明
产品型号由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号等四个部分组成。它们 的排列顺序为：产品代号—规格代号—特殊环境代号—补充代号。 一、产品代号：由电机类型代号、电机特点代号、设计序号和励磁方式代号等四个 小节顺序组成。 1，类型代号是表征电机的各种类型而采用的汉语拼音字母。 比如：异步电动机Y 同步电动机T 同步发电机TF 直流电动机Z 直流发电机ZF 2，特点代号是表征电机的性能、结构或用途，也采用汉语拼音字母表示 比如：隔爆型用B表示YB轴流通风机上用YT 电磁制动式YEJ变频调速式YVP 变极多速式YD 起重机用YZD等 3.设计序号是指电机产品设计的顺序，用阿拉伯数字表示。对于第一次设计的产品不标注设计序号， 对系列产品所派生的产品按设计的顺序标注。比如：Y2 YB2 4励磁方式代号分别用字母表示，S表示三次谐波，J表示晶闸管，X表示相复励磁 二．规格代号主要用中心高、机座长度、铁心长度、极数来表示。 1，中心高指由电机轴心到机座底角面的高度；根据中心高的不同可以将电机分为大型、中型、小型和微型四种，其中中心高 H在45mm~71mm的属于微型电动机； H在80mm~315mm的属于小型电动机； H在355mm~630mm的属于中型电动机； H在630mm以上属于大型电动机。 2. 机座长度用国际通用字母表示：S——短机座 M——中机座 L——长机座 3，铁心长度用阿拉伯数字1、2、3、4、、、由长至短分别表示 4，极数分2极、4极、6极、8极等。 三，特殊环境代号有如下规定： 特殊环境 代号 “高”原用 G 船（“海”）用 H
《MATLAB与控制系统仿真》 实验报告 班级： 学号： 姓名： 时间：2013 年 6 月
目录实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一）实验二 MATLAB环境的熟悉与基本运算（二）实验三 MATLAB语言的程序设计 实验四 MATLAB的图形绘制 实验五基于SIMULINK的系统仿真 实验六控制系统的频域与时域分析 实验七控制系统PID校正器设计法 实验八线性方程组求解及函数求极值
实验一 MATLAB环境的熟悉与基本运算（一） 一、实验目的 1．熟悉MATLAB开发环境 2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 二、实验基本原理 1.熟悉MATLAB环境: MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器、文件和搜索路径浏览器。 2.掌握MA TLAB常用命令 表1 MA TLAB常用命令 3.MATLAB变量与运算符 3．1变量命名规则 3．2 MATLAB的各种常用运算符 表3 MATLAB关系运算符 表4 MATLAB逻辑运算符
| Or 逻辑或 ~ Not 逻辑非 Xor 逻辑异或 符号功能说明示例符号功能说明示例 ：1:1:4;1:2:11 . ；分隔行.. ，分隔列… （）% 注释 [] 构成向量、矩阵！调用操作系统命令 {} 构成单元数组= 用于赋值 4.MATLAB的一维、二维数组的寻访 表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式 三、主要仪器设备及耗材 计算机 四．实验程序及结果 1、新建一个文件夹（自己的名字命名，在机器的最后一个盘符） 2、启动MATLAB，将该文件夹添加到MATLAB路径管理器中。 3、学习使用help命令。
目录 1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 (1) 1.1直接转矩控制系统原理与特点 (1) 1.2直接转矩系统的控制规律和反馈系统 (3) 2系统建模与仿真 (5) 2.1模块模型实现 (5) 2.1.1电机模型 (6) 2.1.2磁通和转矩滞环控制器 (7) 2.1.3磁链选择器 (8) 2.1.4电压矢量选择 (9) 2.1.5其他模块 (10) 3感受和体会 (11) 附录 (12) 参考文献 (18)
直接转矩控制技术仿真分析 1直接转矩控制的基本原理及特点与规律 直接转矩控制系统简称DTC（Direct Torque Control）系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另外一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在它的转速环里面利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩，因此而得名为直接转矩控制。 1.1直接转矩控制系统原理与特点 如图1-1为直接转矩控制的原理框图，和VC系统一样，它也是分别控制异步电动机的转速和磁链，转速调节器ASR的输出作为电磁转矩的给定信号* T，在* T后面设置转矩控制内环，它可以抑制磁链变化对于转矩的影响，从而使得转速和磁链系统实现解耦。因此，从整体控制结构上来看，直接转矩控制（DTC）系统和矢量控制系统（VC）系统是一致的都获得了较高质量的动态性能以及静态性能。 图1-1直接转矩控制系统图 的幅值从图中中可以看出，直接转矩控制系统，就是通过使定转子磁链 s 保持恒定，然后选择合理的零矢量的作用次序和作用时宽，以调节定子磁链矢量的运动速度，从而改变磁通角的大小，以实现对电机转矩的控制。在直接转矩控
制技术中，其基本控制方法就是通过电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度，控制定子磁链走走停停，以改变定子磁链的平均旋转速度的大小，从而改变磁通角的大小，以达到控制电动机转矩的目的。 直接转矩控制作为一种交流调速的控制技术具有以下特点： ①直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，直接控 制电机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机和直流电动机做比较等效简化，不 需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型，它 省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。因此，它所需要的信号处理工作特别 简单，所用的信号使观察者对于交流电动机的物理过程能够做出直接和明确的判 断。 ②直接转矩以定子磁场定向，只要知道定子参数就可以把它观测出来。而 矢量控制磁场定向所用的是转子磁链，观测转子磁链需要知道电动机的转子电阻 和电感。因此，直接转矩控制大大减少了矢量控制技术中控制性能易受参数变化 影响的问题。 ③直接转矩控制采用空间电压矢量和六边形磁链轨迹，直接控制转矩。 ④转矩和磁链都采用两点式调节，把误差限制在容许的范围内，控制直接 又简化。 ⑤控制信号的物理概念明确，转矩响应快，具有较高的静、动态性能。由于以上的优点所以直接转矩控制技术在现代控制理论中得到广泛的运用。
天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员
天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：
三相异步电动机的型号及选用 三相异步电动机的分类 三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。 1、按电动机尺寸大小分类 大型电动机：定子铁心外径D＞1000mm或机座中心高H＞630mm。 中型电动机：D=500~1000mm或H=355~630mm。 大型电动机：D=120~500mm或H=80~315mm。 2、按电动机外壳防护结构分类 3、按电动机冷方式分类 电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准GB/T1993-93《旋转电机冷却方式》。 4、按电动机的安装形式分类 IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。 IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。 IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。 5、按电动机运行工作制分类 S1；连续工作制 S2：短时工作制 S3~S8：周期性工作制 6、按转子结构形式分类 三相笼型异步电动机 三相绕线型异步电动机 三相异步电动机的型号及选用
我国电机产品型号的编制方法是按国家标准GB4831-84《电机产品型号编制方法》实施的，即有汉语拼音字母及国际通用符号和阿拉伯数字组成，按下列顺序排列。 1 产品（类型）代号 CHANPINGUI 异步电动机同步电动机同步发电机直流电动机直流发电机汽轮发电机水轮发电机测功机潜水电泵纺织用电机交流换向器电动机 产品代号 Y T TF Z ZF QF SF C Q F H 2 特殊环境代号 使用场合热带用湿热带用干燥带用高原用船用户外用化工防腐用 汉语拼音字母 T TH TA G H W F 产品规格代号：L－－－－-长机座；M－－－－-中机座；S－－－－-短机座。 下面为两个产品举例： （1）三相异步电动机 Y2－－-132M－－-4 规格代号，中心高132mm，M中机座，4极 产品代号，异步电动机，第二次改型设计 （2）户外防腐型三相异步电动机 Y－－-100L2－－-4－－-WF1 特殊环境代号，W户外用，F化工防腐用，1中等防腐 规格代号，中心高100，长机座第二铁心长度，4极 产品代号，异步电动机 3 常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合 序号名称型号机座号与功率范围结构特点应用场合 新老 1 小型三相异步电动机（封闭式） Y2 (IP55) Y(IP44) JO2 JO H80~355
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。