摘 要目前，异步电机调速技术的应用具有恒电压频率比控制、矢量控制、直接转矩控制等特点。本文对异步电机调速采用的矢量控制方法，相对于恒频比控制和直接转矩控制，具有优异的动态性能和低速性能，其调速范围更广泛。本文首先简单介绍了异步电机的矢量控制原理，根据交流电机坐标变换及矢量控制理论，得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图，通过这种结构，可以很容易地形成电机的仿真模型，并进行仿真计算。其次，简单介绍了MATLAB的Power system toolbox相关模块。最后，详细地介绍了交流感应电机矢量控制系统的组成及各子模块的功能，完成了对交流感应电机的矢量控制仿真实验，给出了相应的仿真曲线，并对仿真结果做出了简单的分析。本文除了给出了异步电动机矢量控制的原理，同时还给出了矢量变换的步骤并且阐述了三相异步电动机数学模型的解耦方法。讨论了三相异步电动机磁场定向的原理之后，介绍了转子磁链观测器。详细分析了转矩调节器、转速调节器和磁链调节器的工作原理，并根据各调节器的工作原理，设计了相应的控制器。以数字信号处理器为控制核心，设计了异步电机矢量控制系统的硬件电路。
目 录
第一章　　绪论 1
第二章　　交流电机数学模型 3
第三章　　Simulink简介 5
第四章　　基于MATLAB/Simulink 的交流电机变频调速控制仿真 7
4.1 Simulink仿真 7
4.2矢量变换模块 8
4.2.1 坐标变换原理 8
4.2.2 ABC坐标系向DQ坐标系变换 12
4.2.3 DQ坐标系ABC向坐标系变换 12
4．3 磁链观测器 13
4．4电流控制变频器 13
4．5 电机模型 14
4．6 磁链相位角 15
4．7 速度控制器 15
4．8 DQ坐标系上指定Iq*及Id *计算 16
4.8.1 Iq*计算 16
4.8.2 Id*计算 16
4．9 测量模块 17
4．10 仿真实验曲线 17
结束语 21
致 谢 22
第一章　　绪
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论
随着时间的不断推进，迈入21世纪以来，电力电子技术飞速发展，交流电机调速的相关理论知识也不断的得以拓展和延伸，三相异步电动机的应用范围越来越大。异步电动机拥有卓越的性能，包括多变量、强耦合、时变参数系统的非线性等特性，另外三相异步电机很难通过外部信号直接控制电磁转矩。以旋转的空间矢量即转子磁通作为参考坐标，并且通过从静止坐标系到旋转坐标系之间的转换，能够轻易实现把定子电流中的励磁电流分量与转矩电流分量变成标量并且独立开来分别进行控制。因此，可以通过坐标变换来重构电机的模型，重构之后的电机模型可以相当于一个直流电机，它具有一般直流电机都具备的功能也就是它可以进行快速的转矩和磁链控制，这就是矢量控制。
上世纪八十年代，德国著名的电气公司西门子公司的工程师F.帕拉锡克发明了以交流电机坐标交换为基础的交流电机矢量控制（以下简称VC）原则。经过40多年的发展，交流电机矢量控制在的工作和生活中得到了极其广泛的应用。自VC原则发明至今的这四十多年里，经过无数前辈工程师的产品开发和工程实践，交流电机矢量控制原则得到了不断的改进和发展，其应用范围也越来越广。工作与生活中常见的大大小小的各种交流电机变频调速系统大多采用了矢量控制，这样一来就使得交流电机的性能可以达到并超过传统的直流电动机。
矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。通常所说的矢量控制，就是说不光要控制被控量的大小，还要控制它的相位。
在转子磁场定向控制系统由博西克提出之后，异步电动机的转矩和磁链可以很简单地实现解耦和闭环控制，必通过采用电压补偿和坐标变换。同时由于参考坐标系在同步旋转磁场中，轴与转子磁场方向重合，从而使转子磁通轴分量为零，电磁转矩方程简化，就是说是在恒定转子磁通的情况下，转矩和轴分量的电流成正比的，所以与他励直流电动机的机械特性完全一样，便于控制。为了保持转子磁链的稳定性，有必要实现反馈控制，因此有一个由转子方程组成的磁链观测器。由于转子的时间常数随温度升高而变化，在一定范围内变化较大，在一定程度上影响了系统的稳定性。目前，在一定程度上提高了系统的静态和动态特性，使系统的实时辨识方法得到了一定程度的提高。
脉宽调制控制是交流调速系统的核心，任何控制算法的最终实现几乎都是通过各种脉宽调制控制完成的。脉冲宽度调制技术在诸多领域都得到了应用，例如测量、通信、功率控制和转换等领域。脉宽调制技术是一种非常有用而且高效的技术，它是通过对微处理器的数字输出来对模拟电路控制的技术。
目前已经提出并得到实际应用的脉宽调制控制方案多达十几种，不断有新的有关脉宽调制在各种著名的电力电子技术杂志上发表，还有许多新的技术在有关的电力电子国际会议上被提出。特别是微处理器被应用于脉宽调制(PWM)技术并且开始使其得以实现数字化以后，从正弦电压波形到正弦电流波形，发展到后来的磁通的正弦；从最优效率发展到转矩脉动最小再到现在消除噪声，脉宽调制（PWM）控制技术的发展，经历了一个不断的优化和创新，不断完善发展的过程。与最初采用模拟电路完成参考正弦波和三角调制相比，可以说，直到现在，PWM仍然占据各种应用和账户的主导地位，依旧是人们研究的热点。从产生SPWM正弦脉宽调制信号来控制功率器件的开关，到目前采用全数字化方案，完成实时在线的PWM信号输出的优化，这些无不体现了人们对脉宽调制技术的研究热情。
由于脉宽调制具有可以同时实现频率转换和电压摆幅抑制的特性，所以在交流传动系统和其它能量转换系统中有广泛的应用。脉宽调制控制技术大致可分为三类，正弦脉宽调制（包括电压、电流或磁通正弦作为各种脉宽调制方案的目标，多脉宽调制也应该是这样），优化的脉宽调制和随机脉宽调制。正弦脉宽调制技术已为人们所熟知，然而它仅仅在提高输出电压和电流波形，降低大功率逆变器的PWM技术的多电源系统的谐波具有其独特的优势（ 例如ABB ACS1000罗宾康公司在美国，完美无谐波系列等），在其他一些方面仍然有所不足；脉宽调制技术的优化是实现电流的总谐波畸变率最小，电压利用率和效率最高还有最小的转矩脉动和其他特定目的。
利用MATLAB中的Simulink动态仿真软件建立异步电机仿真模型。Simulink是一个拥有动态系统的建模、仿真和分析等多种功能的软件包。它能够处理的系统多种多样，包括：线性和非线性系统；离散，连续和混合系统；单任务，多任务离散事件系统等。在MATLAB中，可以直接在Simulink环境中操作的许多工具，涵盖了通信、控制、信号处理、DSP、电力系统等领域，对专业的内容很强。
第二章　　交流电机数学模型
由于异步电机矢量控制系统十分复杂，如果想要找到最佳的控制方法，就应该要充分研究系统的动态特性，才能找到。感应电机是异步电机矢量控制系统的重要组成部分，它的特性十分重要，所以要花更多精力和时间研究它。建立适当的数学模型是研究其动态特性及其控制技术的理论基础。
为了便于分析，一般假设三相异步电机是在一种完全理想状态下的，完全理想的三相异步电机具备三个条件，如：（1）电动机的定子转子三相绕组是完全成轴对称的；（2）转子表面是完全光滑的，定子和转子的气隙磁动力中的每一个阶段的正弦空间分布；（3）磁饱和，涡流和磁芯损耗无关。

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