分类号 TP36 单位代码 10642 密 级 公 开 学 号 200408033002 重庆文理学院学士学位论文论文题目：MATLAB控制系统仿真 异步电机调速论 文 作 者： 刘任桃指 导 教 师： 陈晓红 助教专 业： 电子信息科学与技术提交论文日期： 2008年5月18日论文答辩日期： 2008年6月2日学位授予单位： 重庆文理学院中 国 重 庆2008年05月Graduation Thesis of Chongqing University of Arts and sciencesMATLAB Control System Simulation - asynchronous motor speedCandidate: Liu Ren-taoSupervisor: Chen Xiao-hongMajor: Electronic Information Science and Technology Department of Physics & Information EngineeringChongqing University of Arts and SciencesMay, 2008重庆文理学院本科生毕业论文(设计) 目录目 录摘 要IAbstractII1 引言11.1 问题的提出及研究意义11.1.1 问题的提出11.1.2 研究的意义11.2 国内外研究现状11.2.1 Simulink的功能研究现状11.2.2 异步电机研究现状22 基本原理221 Simulink子系统封装222 S函数的建立23三相异步电机数学模型44两相静止相坐标系下数学模型54.1坐标变换和变换阵：54.2异步电机在二相静止坐标系上的数学模型65 仿真结果65.1 异步电机仿真模型65.2 矢量控制系统仿真结果106 结语11参考文献12致 谢13重庆文理学院本科生毕业论文(设计) 中文摘要摘 要MATLAB是目前应用最广泛的一种数学仿真软件, 控制系统仿真的重点是建立模型，Simulink建摸与一般程序建模相比更为直观，操作也更为简单，不必记忆各种参数，用鼠标就能够完成非常复杂的工作。由于异步电机是一个复杂的多变量、强耦合的非线性系统，利用计算机仿真的办法构造一个实验系统进行异步电动机的分析，是一种很好的研究和运用MATLAB/Simulink的手段。异步电动机控制系统是工业现场最典型的一种控制系统，通过使用MATLAB软件对异步电机控制系统进行仿真对提高控制系统设计能力是非常有用的。本文在理论基础学习的基础上，应用Matlab/Simulink构建异步电机矢量控制系统的的仿真模型。关键词：Matlab/Simulink；控制系统仿真；异步电机I 重庆文理学院本科生毕业论文(设计) 英文摘要Abstract MATLAB is the most extensive 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 modeling, 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 on the asynchronous motor using a computer simulation means structure experiment system the analysis and is one kind of way to research and utilize MATLAB/Simulink. Asynchronous motor control system is the most typical control system of the industrial scene.It is very useful to improve control system design capability through using the MATLAB software to make the asynchronous motor control system simulation. Based on the theoretical foundation, making use of the Matlab / Simulink to construct motor vector control system model to make the simulation. Keywords: Matlab/Simulink; Control system simulation; Asynchronous machineII 重庆文理学院本科生毕业论文(设计)1 引言1.1 问题的提出及研究意义1.1.1 问题的提出计算机仿真目前已经成为解决工程实际问题的重要手段，MATLAB/Simulink软件已经成为其中功能最强大的仿真软件之一，MATLAB(矩阵实验室的简称)是MathWorks公司推出的一种使用简便的工程计算语言，它以矩阵计算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互的工作环境中。在MATLAB中可实现工程计算、算法研究、建模和仿真、科学和工程绘图、应用程序开发等功能。由于MATLAB具有强大的数值计算功能、易学易用和可扩展的特点，已使之明显优于其他工程计算语言，而成为当今应用于多个学科研究和解决工程计算问题的一种标准软件。Simulink是MATLAB语言中的一个重要组成部分，具有相对独立的功能和使用方法，它支持线性、非线性、连续、离散或混合系统，同时Simulink提供了友好的图形用户界面、丰富的功能模块，并可结合MATLAB程序于仿真中，其强大的功能、简便的操作使之非常适用于动态系统的建模、仿真和分析。有关MATLAB的使用可参考文献1。本设计就是使用MATLAB/SIMULINK工具箱进行异步电机数学模型的搭建以及矢量控制系统的初步建立。1.1.2 研究的意义 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识，它所遵循的基本思想是相似性原理。计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行分析与研究的技术与方法1。自动控制系统仿真是系统仿真的一个重要分支，它是一门涉及自动控制理论、计算机数学、计算机技术、系统辨识、控制工程以及系统科学的综合性新型科学。它为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学等提供了快速、经济、科学及有效的手段。自动控制仿真就是以自动控制系统模型为基础，采用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对自动控制系统进行实验、分析、评估、及预测研究的一种技术和方法。工业系统中被控对象是多种多样的，如温度、压力、液位、转速等，其中的转速（即电机）是拖动系统中必不可少的，且其数学模型非常具有典型性，所以本论文探讨如何对电机进行建模仿真。本人在前人研究成果的基础上，结合MATLAB/Simulink软件对异步电机调速控制系统进行仿真。 采用模块的搭建和S函数的建立来对控制系统进行形象直观的仿真，使大家更进一步认识异步电机调速控制系统的原理和实现结果，促进电机理论的进一步发展。1.2 国内外研究现状 1.2.1 Simulink的功能研究现状MATLAB SIMULIN K 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的可视化软件包,用户利用该软件包可以迅速建立起各种连续、离散或者混合的多变量系统。Simulink建摸与一般程序建摸相比更为直观，操作也更为简单，不必记忆各种参数命令的用法，只要用鼠标就能够完成非常复杂的工作。Simulink具有非常高的开放性，提倡将模型通过框图形式表示出来，或者将已有的模型添加组合在一起，或者将自己创建的模块添加到模块当中。Simulink具有较高的交互性，允许随意修改模块参数，并且可以直接无缝地使用MATLAB的所有分析工具。对最后得到的结果可以进行分析，并能将结果可视化显示。Simulink提供了大量的模块，方便用户快速地建立动态的系统模型，只需用鼠标进行简单的拖放和模块间的连接，就能够建立非常复杂的仿真模型，对模型中的连接数量和规模没有限制3。1.2.2 异步电机研究现状世界上有60左右的发电量是通过电动机消耗的。据统计，我国各类电动机的装机容量已超过4亿kW，其中异步电动机约占90，拖动风机、水泵及压缩机类机械的电动机约1.3亿kW。在目前4亿kW的电动机负载中，约有50的负载是变动的，其中的30可以使用电动机调速。因此，就目前的市场容量考虑，约有6000万kW的调速电机市场。电机分为直流和交流两大类，随着生产技术的不断发展,直流拖动的薄弱环节已逐步显露出来。由于换向器的存在,使直流电动机的维护工作量加大,单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制,而交流异步电动机结构简单、坚固耐用、便于维修,但其调速性能难以满足生产要求。自20世纪80年代以来交流调速技术发展很快，同时随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅猛发展,交流电机变频调速已经逐步取代直流电机调速,并经历了采用电压频率协调控制(即V/F比为常数)、转差频率控制、矢量控制以及直接转矩控制的发展过程。其中，转差频率控制技术的采用，使变频调速系统在一定程度上改善了系统的静态和动态性能，同时它又比矢量控制方法简便，具有结构简单、容易实现、控制精度高等特点，广泛应用于异步电机的矢量控制调速系统中。对于异步电机矢量控制系统的研究,传统的解析方法是无能为力的。构造真实的物理系统,由实验来分析研究不但周期长、投资大,而且不宜分析系统的各种性能。因此采用数字仿真的方法是必要的。错误!未找到引用源。2 基本原理 MATLAB/Simulink工具箱功能非常强大，本论文只涉及控制系统工具箱部分。Simulink控制工具箱部分的模块包括信号源模块组、信号接受模块组、逻辑运算模块组等，通过一段时间的学习，本人已经掌握使用控制系统工具箱模块搭建模型的基本方法。21 Simulink子系统封装 对于简单的系