感应电动机矢量控制系统设计与实现

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随着社会经济的发展,在实际的工业应用中各行业电气化生产程度不断提高,由于生产工艺日趋复杂,加工工序更加细致。这就要求电动机必须能够完成快速、平稳、多频次的调速任务。在实际的工业应用中,多数系统经常处于调速运行状态,调速的任务是通过改变电动机转速来满足被拖动机械的工艺要求。在变频调速过程中,除了简单的恒频恒速运行外,还包括恒加速、恒减速以及其他的运行形式。在此背景下,以变频器和异步电动机为整体,对变频调速系统异步电动机的动态运行进行分析与研究,提取异步电动机的运行规律,对于调速系统的设计与应用,具有重要意义。
  首先介绍了变频调速感应电动机的工作原理,详细介绍了感应电动机的性质及动态数学模型,阐述了感应电动机矢量控制的基本概念,分析了矢量控制的原理及坐标变换的方法。引入了感应电机的数学模型,介绍了感应电机的特性和多变量的数学模型,阐述了异步电动机矢量控制的基本概念,分析了矢量控制的原理及矢量坐标变换的方法,重点讨论了SVPWM控制技术在感应电机变频调速系统中的应用,搭建了开环控制的变频调速异步电动机的模型,实现了恒速、恒加速和恒减速三种运行模式的仿真,对定子电压进行EMD分解,所得到的瞬时频率与设定值一致;对定子电流进行了频谱分析以及Park矢量分析,得到的矢量轨迹图与理论一致,这些证明了建模方法的有效性。
  针对PWM逆变器供电驱动的异步电动机矢量控制变频调速系统的特点,搭建了矢量控制异步电动机变频调速系统的模型,完成了矢量控制系统的软件设计,包括代码的编写和在测试平台上对程序进行调试。程序包完成坐标变换,模型计算,控制量的计算以及SVPWM调制输出脉冲。同时通过组态王软件,实现了单片机与PC之间的通信过程,设计了人机交互界面,此界面程序运行于PC机上,PC机与控制板通过串口连接在PC机上进行相关操作可实现对电机的速度给定,正反转控制,以及电机的起停。
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