1、二一六二一七學年第 二 學期信息科學與工程學院課程設計報告書課程名稱： 計算機控制與接口技術課程設計班 級： 材料香濤1401班 學 號： 201402127103 姓 名： 王玉卓 指導教師： 盧少武 目錄1、 設計題目2、 設計要求3、 設計任務分析4、 詳細設計5、 課程設計總結 1、 設計題目三相交流感應電機速度控制系統的設計與仿真2、 設計任務在MATLAB/Simulink中設計一個感應電機速度控制系統，速度設定值：1003000r/min,可以任意調節。要求：（1）搭建系統模塊，速度分為100r/min，1000r/min，3000r/min，分段進行控制；低速(100r/min

2、和1000r/min)采用恒轉矩控制，高速(3000r/min)采用恒功率控制；（2）闡述矢量控制的工作原理；（3）測試速度環閉環帶寬(輸入信號為正弦波，頻率增加，幅值為30r/min)（4）測試速度環帶載能力(帶2倍負載，1000r/min)3、 設計任務分析采用基于轉子磁場定向矢量控制系統來實現感應電機調速。系統采用雙閉環結構：轉速環采用PI調節器，電流環采用電流滯環調節。根據模塊化建模的思想，將控制系統分割為各個功能獨立的子模塊，其中主要包括：三相感應電動機本體模塊、速度調節模塊、3/2變換模塊、2/3變換模塊、電流滯環調節模塊、函數計算模塊、逆變器模塊和電機參數測量等。4、 詳細設計1

3、. 矢量控制原理異步電機轉子磁場定向控制的基本原理是將 d-q 坐標系放在同步旋轉磁場中，將靜止坐標系中的交流量轉化為旋轉坐標系中的直流量，并取d 軸與轉子磁場方向一致；此時轉子磁通 0 軸分量為零，則 顯然，對電機轉子磁通和轉矩的控制，可以轉化為對轉子磁場定向坐標系下定子電流 、 的控制。控制過程中，檢測電機的三相定子電流，通過坐標變換得到轉矩分量和磁通分量；利用兩個調節器分別對兩個電流分量進行調節，從而實現對電機磁場和轉矩的控制。2. 坐標變換及模型以產生同樣的旋轉磁動勢為原則以及根據坐標變換前后的功率不變原則可以將交流異步電動機的三相繞組等效成直流電動機的兩相繞組。根據坐標變換原則，異步

4、電機定子電流、和靜止坐標系下兩相垂直的交流電流、產生相同的旋轉磁場。故上述三相電流和兩相電流之間存在著唯一對應的函數關系，再通過按轉子磁場定向的的旋轉變換，便得到同步旋轉坐標系下的直流電流、。2r/3s變換：首先將直流、變為交流電流、，再變換成三相電流、根據方程設計模塊3s/2r變換：根據方程設計3s/2r變換模塊3. 轉速調節（ASR）模塊它是由放大器和積分器組成的帶限幅的轉速調節器 ASR 。根據實際速度，經過轉速調節器得到轉矩的給定值。4. 電流滯環調節（ACR）模塊 電流滯環調節模塊的作用是實現滯環電流調節。當實際電流低于參考電流且偏差大于滯環比較器環寬時，對應相正向導通，負相關斷；當

5、實際電流超過參考電流且偏差大于滯環比較器環寬時，對應相正向關斷，負相導通。5. 函數計算模塊根據上述公式，可得、和計算模塊 6. 獲取模塊采用電流-轉速模型，通過化簡可得以下公式：7. 控制系統仿真模型將上面的各個組成部分組合起來就構成整個電動機基于磁場定向矢量控制系統的仿真模型，具體模型如下：三相感應電動機的參數如下：功率，線電壓，定子相繞組電阻，轉子相繞組電阻，定子繞組自感，轉子繞組自感，定、轉子之間的互感，轉動慣量，極對數。轉子磁鏈給定為，ASR參數、，ACR滯環寬度10。8. 速度仿真將分別設置為100r/min、1000r/min和3000r/min，單擊運行按鈕用示波器觀察轉速。1

6、00r/min和1000r/min測試時間為1s，3000r/min為10s。給定100r/min仿真圖像給定1000r/min仿真圖像給定3000r/min仿真圖像9. 測試速度環閉環帶寬頻率為10hz時輸入與輸出關系圖如下，明顯得出輸出能較完美地跟隨給定輸入，所以需要加大頻率。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）頻率為50hz時輸入與輸出關系圖如下，明顯得出輸出不能跟隨給定輸入，所以需要減小頻率。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）頻率為40hz輸入與輸出關系圖如下，輸出為輸入的0.707左右，即21左右所以閉環帶寬為40hz。（黑色為輸入給定，紅色為輸出）10. 測試速度環帶載能力感應電機運行在10

7、00r/min，在0.4s時，給150負載，可以發現速度立刻下降，后經過閉環調節速度穩定在890r/min。5、 課程設計總結這次課程設計歷時一個半星期，通過這段時間的學習，我學到很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上沒有學到過的內容。首先，我明白了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，才是真正的知識。例如剛開始我想直接2r-3s，卻上網找不到任何一步就位的公式。最終采用先2r-2s變換成兩相交流量再2s-3s變換成三相交流量。通過這個模型的設計，我明白了坐標變換的原理，從而進行3s-2r變換是，自己總結出公式，直接一步到位。其次，這次課設加深了我對矢量控制的理解。經過坐標變換、磁場定向，對電機轉子磁通和轉矩的控制，可以轉化為對直流電流 、 的控制，使感應電機可以等效成直流電機，大大簡便了對感應電機控制。最后，我對matlab的基本操作得到了訓練。建立仿真的過程中遇到了很多問題，例如machine measurement demux模塊能將電動機輸出m轉換得到仿真需要的參數,但是第一次使用時仿真不能正常運行，進過查看help才明白該模塊要選擇電機類型才能正常運行。類似的狀況還有很多，沒安裝powergui