电机学研究型教学大作业论文浅谈异步电动机转速的控制方法任课教师：郭芳姓名刘昊霖所在学院电气工程学院专业班级电气0806班学号08291177浅谈异步电动机转速的控制方法刘昊霖（学号：08291177班级：电气0806班电气工程学院）摘要：异步电动机是由流经定子线圈的交流电流产生旋转磁场驱动转子转动的，是一种多变量、强耦合的非线性控制对象，其速度控制系统易受电机参数变化、负载扰动、对象未建模等不确定性的影响。其调速方法主要有变频调速和定子调压调速。变频调速法是通过改变定子线圈所加交流电频率从而改变旋转磁场转速实现调速的；定子调压调速法是通过降低定子线圈所加电压以减小电流、减弱磁感应强度，增大转差率实现调速的。本文目前异步电动机的主要转速的控制方法及调速系统进行了研究与分析。关键词：异步电动机；转速；控制；变频器；哈密顿系统；电流型脉宽0、引言改变异步电动机转速的原理当在一台三相异步电动机的定子绕组上加上三相交流电压时，该电压将产生一个旋转磁场，当磁场旋转时，位于该磁场中的转子绕组将切割磁力线，并在转子绕组中产生相应的感应电动势和感应电流，而此感应电流又将受到旋转磁场的作用而产生电磁力，即转矩，使转子跟随旋转磁场旋转。当将三相异步电动机绕组的任意两相进行交换时，所产生的旋转磁场的方向将发生改变，因此，电动机的转向也将发生改变。异步电动机定子磁场的转速被称为异步电动机的同步转速，其同步转速由电动机的磁极个数和电源频率所决定，异步电动机的转速总是小于其同步转速，异步电机的实际转速可由下式给出式中：n一电动机实际转速S一异步电动机的转差率由上式可知，改变参数f，S，Np中的任意一个就可以改变电动机的转速，即对异步电动机进行调速控制。1、基于端口哈密顿系统与PI控制原理的异步电动机转速调节近年来，能量成形(ES，Energy—Shaping)与端口受控哈密顿系统方法受到高度重视，并取得了一系列成果。该方法将被控系统表示成PCH(port—controlledHamiltonian)结构，利用互联和阻尼配置方法，简化了控制器设计，再此将哈密顿函数作为Lyapunov函数，使稳定性分析更加容易。对于异步电动机PCH系统，哈密顿系统的互联和阻尼配置无源性控制(IDA—PBC)反馈镇定方法，很难求得其速度控制器。而通过构建异步电机的期望闭环状态误差PCH系统，能够求得其速度控制器，并使系统渐近稳定。针对异步电动机传动系统，首先建立异步电动机(IM，Inductionmotor)的PCH系统模型，构建了期望的闭环状态误差PCH系统。基于互联和阻尼配置的能量成形方法对IM进行速度的无源性控制，得到负载转矩恒定已知和有扰动情况下的控制器。用速度误差的PI控制估计负载扰动。其次是利用SVPWM信号变换控制功率变换器各开关器件的导通占空比，实现异步电动机的速度调节。最后建立整个系统的仿真模型，仿真结果验证了控制器的有效性。采用MATIAB／Simulink建立基于无速度传感器方法的异步电动机PCH控制系统仿真模型，该系统包括三相异步电动机模型、转速估计模块、转子磁链估计模块、PI调节、三相静止到两相静止及两相旋转到三相静止坐标变换、SVPWM及其逆变器模块和电压控制器模块。异步电动机的参数：定子电阻R=0．687Ω，定子电感L=0．084H，转子电阻R=0．642Ω，转子电感L=0．0852H，定转子互感L=0．0813H，转子转动惯量J=0．3kg·m2，极对数，np=2，转动摩擦系数R=0．001kg·m2。，控制器的输出经SVPWM功率变换器后驱动异步电动机。转速估计参数：kp=0．2，ki=30。1)负载转矩恒定已知在t=0S时，给定转子机械角速度为40rad／s，负载转矩τ=3N·rn时，图2和图3分别为异步电动机估计转速和实际转速。可见，估计转速能很好地跟踪实际转速，具有较好地动态性能和稳态性能。2)负载转矩有扰动在t=4S时加一个幅值为3N·m的负载扰动，转速响应曲线如图4和图5所示。从图中可以看出，负载有扰动时，转速有稳态误差，说明负载扰动对系统有一定的影响。3）图6和图7给出了带有负载扰动估计器时的速度响应曲线，取积分分离阈值β=2，给定转子的机械角速度为40rad／s，负载转矩不变。从图中可以看出，加带有积分分离的PI控制时，提高了系统动态响应速度，并且可以有效地抑制扰动所引起的转速稳态误差。PCH控制系统具有物理结构明晰，用能量函数作为Lyapunov函数，稳定性分析更容易，求得的控制器简单且容易实现等优点，因此，在异步电动机PCH控制的基础上，引入了无速度传感器算法。速度估计方采用PI控制器，结构简单，同时，具有