《自動(dòng)控制系統(tǒng)》 課程設(shè)計(jì)-基于matlab的按定子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)仿真

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1、課程設(shè)計(jì)說明書《自動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及要求1.設(shè)計(jì)題目：基于MATLAB的按定子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)仿真2.設(shè)計(jì)內(nèi)容：以異步電動(dòng)機(jī)在靜止坐標(biāo)系中為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程結(jié)構(gòu)為核心，構(gòu)建異步電動(dòng)機(jī)仿真模型。要求：（1）推導(dǎo)出相應(yīng)的狀態(tài)方程；（2）三相正弦對(duì)稱電壓、和經(jīng)3/2變換模塊，得到相應(yīng)的兩相電壓，送入異步電動(dòng)機(jī)仿真模型，輸出兩相電流經(jīng)2/3變換模塊，得到三相電流、和；（3）觀察空載起動(dòng)和加載過程的轉(zhuǎn)速仿真波形，觀察異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)電流波形，觀察定子磁鏈波形。3.設(shè)計(jì)要求：要求學(xué)生利

2、用MATLAB/SIMULINK仿真平臺(tái)獨(dú)立完成異步電動(dòng)機(jī)的建模，波形仿真結(jié)果正確，說明書格式符合要求。二、設(shè)計(jì)原始資料仿真電機(jī)參數(shù)：，，，，，，，，。三、要求的設(shè)計(jì)成果（課程設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)實(shí)物、圖紙等）課程設(shè)計(jì)說明書，異步電動(dòng)機(jī)的仿真模型及仿真波形圖。四、進(jìn)程安排第二十周周一：查閱資料，狀態(tài)方程推導(dǎo)；周二至周三：異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)建模并仿真；周四：撰寫課程設(shè)計(jì)說明書；周五：課程設(shè)計(jì)答辯。五、主要參考資料[1]陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第三版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．[2]薛定宇．基于MATL

3、AB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，2002．28課程設(shè)計(jì)說明書目錄1引言12異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分析22.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)22.2異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型32.2.1電壓方程32.2.2磁鏈方程42.2.3轉(zhuǎn)矩方程72.2.4電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程82.2.5三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型83坐標(biāo)變換和狀態(tài)方程103.1坐標(biāo)變換的基本思路103.2三相--兩相變換（3/2變換）113.3兩相坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型123.4兩相坐標(biāo)系的狀態(tài)方程134系統(tǒng)建模與仿真16

4、4.1Matlab/Simulink簡介164.2各模塊模型實(shí)現(xiàn)164.2.13/2變換模塊模型164.2.2異步電動(dòng)機(jī)模塊模型184.2.32/3變換模塊模型194.2.4整體模塊模型204.3仿真參數(shù)設(shè)置214.4仿真結(jié)果245結(jié)論27參考文獻(xiàn)2828課程設(shè)計(jì)說明書1引言異步電動(dòng)機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式：有鼠籠式、繞線式異步電動(dòng)機(jī)[1]。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相

5、連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其他電機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高。但它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合（如傳動(dòng)軋機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、大型機(jī)床等），不如直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。因此，在需要高動(dòng)態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，異步電動(dòng)機(jī)就不能完全適應(yīng)了。要實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能的系統(tǒng)，必須首先認(rèn)真研究異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型[1]。系統(tǒng)建模與仿真一直是各領(lǐng)域研究、分析和設(shè)計(jì)各種復(fù)雜系統(tǒng)的有力工具。建模可以超越理想的去模擬復(fù)

6、雜的現(xiàn)實(shí)物理系統(tǒng)；而仿真則可以對(duì)照比較各種控制策略和方案，優(yōu)化并確定系統(tǒng)參數(shù)。長期以來，仿真領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是放在仿真模型建立這一環(huán)節(jié)上，即在系統(tǒng)模型建立以后，設(shè)計(jì)一種算法，以使系統(tǒng)模型為計(jì)算機(jī)所接受，然后再將其編制成計(jì)算機(jī)程序，并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。顯然，為達(dá)到理想的目的，在這一過程中編制與修改仿真程序十分耗費(fèi)時(shí)間和精力，這也大大阻礙了仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。近年來逐漸被大家認(rèn)識(shí)的Matlab軟件則很好的解決了系統(tǒng)建模和仿真的問題。異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)就是借助于

7、Matlab軟件的Simulink組件來建立異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，再按照定子磁鏈定向的方法來仿真分析異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。28課程設(shè)計(jì)說明書2異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分析2.1異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)直流電動(dòng)機(jī)的磁通由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生，可以在電樞合上電源以前建立起來而不參與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程（弱磁調(diào)速時(shí)除外）。因此，它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型只有一個(gè)輸入變量——電樞電壓和一個(gè)輸入變量——轉(zhuǎn)速，在控制對(duì)象中含有機(jī)電時(shí)間常數(shù)和電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，如果電力電子變換裝置也計(jì)入控制對(duì)象，則還有滯后的時(shí)間常數(shù)。在工程上能夠允許

8、的一些假定條件下，可以描述成單變量（單輸入單輸出）的三階線性系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用經(jīng)典的線性控制理論和由它發(fā)展出來的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。但是，同樣的理論和方法用來分析與設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，就不那么方便了，因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的數(shù)學(xué)模型和直流電機(jī)模型相比有著本質(zhì)上的區(qū)別。1）異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓（電流）和頻率兩種獨(dú)立的輸入變量。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也得算一個(gè)獨(dú)立的輸出變量。因?yàn)?/p>