基于SimulinkPSB的异步电机直接转矩控制开题报告 - 图文

兰州理工大学毕业设计开题报告

电信学院毕业设计（论文）开题报告

姓 名 学 号 题 目 ******* 08 专业 指导教师 电气工程及其自动化 *******8 班级 题目类型 ******** ******** 基于Simulink/PSB的异步电机直接转矩控制变频调速系统仿真研究 一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献） 近20年来随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流电机变频调速已得到了越来越广泛的应用，并已开始逐步替代直流调速，因其许多优点而被公认为最有发展前途的调速方式。同时，变频调速的控制技术也在不断进步和完善。 本文研究交流异步电机直接转矩控制变频调速系统的建模和仿真。在Matlab 环境下，利用Simulink 和Power System Blockset，采用结构化和模块化的方法，构建系统仿真模型，并对其动态及稳态性能进行仿真实验。构建的仿真模型与实际变频调速系统非常接近，为高性能的异步电机变频调速控制系统的设计与调试提供了一种新的检验手段。本章就课题所涉及的背景知识作了简要介绍，在专业课知识学习的基础上，建立了异步电机直接转矩控制变频调速系统的模型，并通过调节系统的相关参数，观测异步电机定子磁链的轨迹，三相和两相坐标系下的电流波形，以及电机启动和加载后的转矩和转速波形，得到了良好的仿真结果。该系统能够较好地控制电机的转速，达到了预期的控制效果，加深了对理论知识的理解，也增强了自身的知识应用能力。 通过此次对异步电机直接转矩控制变频调速系统的建模和仿真，我深入学习了matlab电力系统模块库（PSB）的强大功能和使用方法，并掌握了simulink建模和仿真的方法，以及对波形的采集、记录和分析。 参考文献 [1] 胡崇岳.现代交流技术[M].北京：中机械工业出版社，2005 [2] 马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].北京：机械工业出版社，2004 [3] 王成元,夏加宽,杨俊友.北京：电机现代控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008 [4] 陈国呈.PWM逆变技术及应用[M].北京：中国电力出版社,2007 [5] 王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社,2005 [6] 李鹤轩,李杨.异步电动机的控制[M].北京：机械工业出版社,2003 [7] 陈伯时.电力拖动控制系统（第三版）[M].北京：机械工业出版社,2004 [8] 李华德.电力拖动控制系统[M].北京：电子工业出版社,2006 [9] 尔桂花.运动控制系统[M].北京：清华大学出版社,2002 [10]杨耕，罗应力.电机与运动控制系统[M].北京:清华大学出版社,2006 [11]周渊深.电力电子技术与MATLAB仿真[M].北京：中国电力出版社,2005 [12]洪乃刚.电力电子与电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京：机械工业出版社,2005 [13]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].中国电力出版社,2007 [14]刘卫国,陈昭平.MATLAB程序设计与应用[M].北京：高等教育出版社,2002 1

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[15]王素立,高洁.MATLAB混合编程与工程应用[M].北京：清华大学出版社,2008 [16]黄道平.MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD[M].北京：化学工业出版社,2004 [17]阮毅，陈维军.运动控制系统[M].北京：清华大学出版社，2008 [18]李发海，王岩.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社，2006 二、主要研究内容、研究思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程 1、主要内容 （1） 建立异步电动机的数学模型； （2） 异步电动机直接转矩控制变频调速系统的建模与仿真； （3） 记录异步电机定子磁链轨迹； （4） 记录三相坐标系和两相坐标系下的电流波形； （5） 记录直接转矩控制变频调速系统启动过程和突加负载时的速度、转矩波形； （6）异步电动机参数：额定电压U?220V，频率f?50HZ，额定转速v=1420r/min，定子电阻Rs?0.01485?，转子电阻Rr?0.009295?，定子等效两相绕组的自感Ls?10.7627mH，转子等效两相绕组的自感Lr?10.7627mH，定子与转子同轴等效绕2J?3.1kg.mnp?2组间的互感Lm?10.46mH，极对数，转动惯量。 （7）将系统建模与仿真的完整过程、记录的波形以论文的形式表达出来； （8）专业英文文献翻译。 2、论文思想 （1）交流异步电机的数学模型（动态模型）： 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速。 异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成，其中磁链方程和转矩方程为代数方程，电压方程和运动方程为微分方程。根据坐标变换原理，可以分别在三相坐标系、两相静止坐标系和旋转坐标系中建立异步电机的数学模型。 （2）直接转矩控制原理 直接转矩控制是为电压源型PWM逆变器传动系统提出的一种先进的转矩控制技术，其基本控制方法就是通过选择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，从而改变转矩角的大小，以达到控制电动机转矩的目的，如图1所示。直接转矩控制采用两个滞环控制器，分别比较定子给定磁链和实际磁链、给定转矩和实际转矩的差值，然后，根据这两个差值和定子磁链所在的扇区，查询逆变器电压矢量开关表得到需要加在异步电动机上的恰当的电压开关矢量，最后通过PWM逆变器来实现对异步电动机的控制。 （3）异步电机直接转矩控制变频调速系统原理框图 整个控制系统框图如图2所示。 3、Simulink/PSB仿真环境： MATLAB软件为我们提供了一个非常有力的虚拟实验平台。Simulink 是MATLAB软件的一个附加组件，为用户提供一个建模与仿真的环境集成，它主要用于动态系统的仿真，它与用户的交互接口是基于Windows 的图形编程方法。利用Simulink对系统进行仿真与分析，在进入虚拟实验环境后，不需要书写代码，只需使用鼠标拖动库中的功能模块 并将它们连接起来，按照实验要求修改各元器件的参数，其系统的函数和电路元器件的模型都用框图来表达，框图之间的连线则表示了信号流动的方向。 2

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qd图1 转矩角示意图 三相交流电源Te*+ETe-Ψs*Te转矩滞环控制器磁链滞环控制器HTe+_ψsEψs电压矢量表HψsPWM逆变器S(k)ΨsTe信号计算M 图2 系统原理框图 SimPowerSystems 是进行电力电子系统仿真的理想工具，与其他仿真软件进行器件 级别的仿真分析不同，SimPowerSystems 更加关注器件的外特性，易于与控制系统相连接SimPowerSystems 模型库中包含常见的电源、电力电子器件模块、电机模块及相应的驱动和控制测量模块。使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统的仿真，能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。 三、毕业设计（论文）工作进度安排 设计内容 周次 熟悉设计内容、要求、任务；收集与设计相关的 第1周 论文、资料； 方案论证与选择； 第2周 3

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学习直接转矩控制原理 搭建电流滞环跟踪控制PWM变频电源模型 搭建坐标变换模型 搭建矢量控制变频调速系统模型 系统参数设置与仿真 录制磁链轨迹、电流、电压波形 观察不同PI调节器参数下系统的调速性能 撰写毕业设计说明书 完成英文文献翻译 答辩。 第3周 第4周 第5周 第6周 第7周 第8周 第9周 第10周 第11周 第12周 指 导 教 师 意 见 指导教师签字___________

年 月 日 院 系 毕 业 设 计 领 导 小 组 审 核 意 见 系主任___________ 教学院长___________ 年 月 日 年 月 日 4