畢業(yè)論文-電動汽車異步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析

誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。本人簽名：年月日

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：電動汽車異步電機控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析系部：機械工程系專業(yè)：機械電子工程學(xué)號：學(xué)生：指導(dǎo)教師（含職稱）：1．課題意義及目標學(xué)生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計，綜合運用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識，在深入了解電動汽車電機控制系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用Matlab中的Simulink工具，對系統(tǒng)進行動態(tài)仿真，給出仿真實驗結(jié)果。為學(xué)生在畢業(yè)后從事機電控制系統(tǒng)設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。2．主要任務(wù)（1）分析電動汽車異步電機的原理及控制，理解控制系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理；（2）建立啟動制動仿真模型并進行分析；（3）建立異步電動機調(diào)速控制的簡單的仿真模型；（4）利用Matlab/simulink對調(diào)速系統(tǒng)進行模擬仿真；（5）調(diào)試、分析仿真結(jié)果。3．主要參考資料[1]孫仁云,付百學(xué).汽車電器與電子技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社.2006.[2]陳桂明,張明照等編著.應(yīng)用MATLAB建模與仿真[M].科學(xué)出版社.2001.[3]鐘麟,王峰編著.MATLAB仿真技術(shù)與應(yīng)用教程[M].國防工業(yè)出版社.[4]李永東．交流電機數(shù)字控制系統(tǒng)[M]，北京：機械工業(yè)出版社，2002.4．進度安排設(shè)計各階段名稱起止日期1分析電動汽車電機控制系統(tǒng)的工作原理2015-03-02～2015-03-252建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2015-03-26～2015-04-153構(gòu)建matlab/simulink仿真框圖2015-04-16～2015-05-154調(diào)試、分析仿真結(jié)果2015-05-16～2015-05-315整理畢業(yè)論文，準備答辯2015-06-01～2015-06-05審核人：年月日V，結(jié)果符合本論文的理論分析，表明本文創(chuàng)建的SVPWM模塊和它的控制系統(tǒng)是正確的。4.3矢量控制系統(tǒng)的建立將圖4.2至4.9按照圖4.1的異步電機矢量控制結(jié)構(gòu)圖拼裝起來，就能夠得到如下圖所示的完整的異步電機矢量控制圖4.12。在圖4.12中異步電機矢量控制模型中，能夠看出將額定轉(zhuǎn)速，磁通量和三相電流作為了整個控制系統(tǒng)的輸入，三相交流電首先需要經(jīng)過Clarke變換和Park變換，得出的兩相電流穿過磁鏈觀測模型后需要經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器來進行校正，經(jīng)過了負反饋的調(diào)節(jié)后到達Clarke逆變換模型，經(jīng)過Clarke逆變后就到了最后的逆變器模塊中，整個控制系統(tǒng)最后的出一個控制信號。圖4.12異步電機矢量控制模型

5系統(tǒng)的仿真與分析將矢量控制模塊安裝到電機上，加上電壓輸入，就能夠組成一個完整的三相異步電機矢量控制模型。如圖5.1所示。在圖5.1中，可以看出三相異步電機矢量控制系統(tǒng)是由三大部分組成的：電源，電機和矢量控制系統(tǒng)。電源，提供三相交流電，通過矢量控制信號的調(diào)節(jié)對電動機進行調(diào)節(jié)和控制，而電機的輸出也將會參與到矢量控制調(diào)節(jié)中，通過輸入電機額定轉(zhuǎn)速和磁通量，自感系數(shù)，互感系數(shù)，電機的各項參數(shù)后，就能夠開始進行仿真分析。圖5.1三相異步電機矢量控制系統(tǒng)5.1電機的各項參數(shù)三相異步電機矢量控制系統(tǒng)已經(jīng)建立，現(xiàn)在需要做的就是在系統(tǒng)中加入電機的各項仿真參數(shù)進行模擬。電機參數(shù)如表5.1所示。表5.1電機參數(shù)參數(shù)額定功率線電壓頻率定子電阻定子漏感互感數(shù)值1000w380v50Hz2.94Ω0.02H34.7mH參數(shù)轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子漏感轉(zhuǎn)動慣量摩擦系數(shù)極對數(shù)數(shù)值2.39Ω0.02H1.5kg·m20.1N·m·s25.2系統(tǒng)的仿真分析將電機的參數(shù)如表5.1所示輸入系統(tǒng)后，就可以開始對系統(tǒng)進行仿真。仿真結(jié)果如圖5.2到圖5.6。圖5.2定子磁鏈圖5.3轉(zhuǎn)矩仿真曲線圖5.4三相定子電流仿真波形圖圖5.5三相電流仿真波形圖圖5.6轉(zhuǎn)速仿真曲線根據(jù)圖5.2到圖5.6可以看出電機啟動平穩(wěn)，再加上負載后，定子電流與轉(zhuǎn)子電流都相應(yīng)呈比例增大。調(diào)速過程短，相應(yīng)速度快的特點還是能夠很明顯的體現(xiàn)出來。電機啟動后，大約在0.01秒的時候達到了穩(wěn)定狀態(tài)；在0.2秒的時候主動為電機加上了一個10N·m的外力，發(fā)現(xiàn)電機電流速度發(fā)生變化，約在0.005秒的時間內(nèi)調(diào)整完畢，定子和轉(zhuǎn)子電流發(fā)生一定變化，但保證電流的正弦性能保持得很好。以上分析證明該系統(tǒng)的反應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)性能突出，穩(wěn)定性能也比較好，充分證明了三相異步電機矢量控制系統(tǒng)的合理性和有效性。對于電動汽車而言，在正常的行駛過程中，需要進行頻繁的啟動，加速，制動等過程，因此它的控制系統(tǒng)必須能夠滿足反應(yīng)迅速，調(diào)節(jié)快速，穩(wěn)定性好的要求，而矢量控制系統(tǒng)很好滿足了它的要求，因此可以應(yīng)用在電動汽車的控制中。5.3本章小結(jié)本章的主要工作內(nèi)容就是建立異步電機矢量控制系統(tǒng)的模型和它的仿真分析。利用第二章的理論基礎(chǔ)，配合著學(xué)習(xí)的Matlab/Simulink軟件的知識，就坐標變換模塊、PI調(diào)節(jié)模塊、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模塊、SVPWM模塊作了介紹并搭建了相對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，在模型中介紹了他們相對應(yīng)的輸入、輸出、拼接位置和在整個控制系統(tǒng)中的作用。得出了一系列波形圖，將波形圖進行了較為簡單的分析，得出了整個系統(tǒng)符合矢量控制系統(tǒng)的控制特點，滿足理論控制要求，達到了該論文設(shè)計的目的。

6全文總結(jié)本論文就、的主要內(nèi)容是圍繞著電動汽車異步電機控制系統(tǒng)做出的一個簡單的分析，充分利用Matlab軟件的資源，完成異步電機控制系統(tǒng)的仿真模型并對其做了簡單的分析?，F(xiàn)在將所做的研究結(jié)果總結(jié)如下：（1）在查閱相關(guān)文件的基礎(chǔ)上，認真理解了異步電機的工作原理，了解交流調(diào)速系統(tǒng)的控制特點及其特性，對其發(fā)展過程做了較為系統(tǒng)的敘述。（2）對Matlab軟件的Simulink模塊進行較為全方面的學(xué)習(xí)，理解Simulink在控制系統(tǒng)仿真方向的作用，理解各個小模塊的含義和其能夠取代的數(shù)學(xué)代號，能夠?qū)⒁话愕臄?shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成Simulink文件并加以仿真。（3）對異步電機的矢量控制系統(tǒng)原理進行分析加以理解，結(jié)合異步電機的物理模型在Matlab/Simulink軟件中搭建出數(shù)學(xué)模型，并且充分利用Matlab資源庫，對數(shù)學(xué)模型進行參數(shù)化設(shè)置[15]。（4）剖開矢量控制系統(tǒng)的組成，就坐標轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測和SVPWM模塊做了認真的分析，詳細闡述了矢量變換過程中電動機在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型，理解坐標變換、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測和SVPWM模塊在整個矢量控制系統(tǒng)中的作用和意義。（5）給出了異步電機矢量控制系統(tǒng)的算法，對仿真系統(tǒng)做了仿真及簡單地分析，證明了矢量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定快速可靠的性能。（6）由于本人的水平有限，模型制作不夠精細，仿真分析也不夠詳細，沒有將其與同等控制系統(tǒng)進行對比分析，且電機的模擬運行也沒有加入實際各種因素，只在理想條件下進行仿真與分析。（7）在以后的生活學(xué)習(xí)與工作中如果有機會將會對系統(tǒng)進行進一步的研究，細化各個模塊組成，調(diào)整參數(shù)設(shè)置，使系統(tǒng)能夠更加快速高效的運轉(zhuǎn)。如果有可能結(jié)合單片機和微控制技術(shù)對其進行實際的應(yīng)用開發(fā)，為節(jié)能高效的電動汽車發(fā)展貢獻出自己的一份力。

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致謝大學(xué)四年的時間一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實，當我寫完這篇畢業(yè)設(shè)計的時候，有種如釋重負的感覺，感慨良多。

首先誠摯的感謝我的論文導(dǎo)師李雅青老師，本設(shè)計的完成是在李老師的細心指導(dǎo)下進行的。在每次設(shè)計遇到問題時老師都不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計順利的進行。從設(shè)計的資料搜集到最后的修改的整個過程中，花