绕线型异步电动机的MATLAB仿真毕业设计论文.doc

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1、 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：绕线型异步电动机的MATLAB仿真毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：一、 毕业设计（论文）基本要求：1、掌握无功功率补偿优化的各种理论基础及相关数学模型。2、能用计算机终端和合适的软件模拟实际系统。3、完成毕业设计说明书（毕业论文一份）。4、完成10000字符与设计内容相关的英文资料翻译。二、毕业设计（论文）主要内容：1、仿真的基本概念和类型2、应用软件MATLAB介绍3、异步电机的数学模型4、英文资料翻译专业班级 电气工程及其自动化 学生 苏慧 要求设计（论文）工作起止日期 指导教师签字 日期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期

2、 绕线型异步电动机的MATLAB仿真 摘 要仿真是在无需建立实际系统的条件下，利用计算机终端和合适的软件模拟实际系统的运行状态并得到系统各种运行状态下的数据。一次成功的仿真应该是得到的数据能够充分预见实际系统的运行状态，并能为实际系统的建立提供足够可靠的数据及结构依据。具体到此次论文的研究任务，是在MATLAB软件的Simulink模块下建立一个绕线式异步电动机的仿真模型来研究它在不同情况下的运行特性，包括空载运行、负载运行、堵转、不对称运行等。测定的数据有转子电流、定子电流、转速和转矩等。通过仿真结果证明仿真的有效性和正确性。关键词：异步电动机、MATLAB、Simulink、仿真Wound

3、 Induction Motor SimulationAbstract Simulation is under the conditions which dont need to build the actual system.It is the use of computer terminals and appropriate software simulation of the actual system operation and system operation under a variety of data. A successful simulation data should b

4、e able to fully anticipate the circulation of the actual system. besides, it should provide adequate and reliable data and the foundation of the structural for the actual system. In this research paper, we can establish a winding induction motor simulation model to study it under different circumsta

5、nces in MATLABs Simulink software module, Including load of operation, no load of operation, force to stop, asymmetry of operation and so on. We need to measure the data such as rotor current, stator current, speed and torque, etc. We could prove the validity and accuracy of simulation through the s

6、imulation results.Key words: Asynchronous motor, MATLAB, simulink, simulation前 言在众多科学技术领域，一个新的科技成果的诞生，都或多或少地包含有对其形成初期的“模拟”环节。当然，这样的“模拟”往往是根据我们所需要实现的功能，利用必要的硬件和软件设备来实现的。当今，随着计算机技术的飞速发展，计算机硬件和软件的性能与质量空前提高，计算机的应用越来越普及，计算机仿真技术越来越广泛地应用于控制系统的分析与设计。作为一门综台性技术, 计算机仿真技术将随着其相关领域的技术深入发展, 继续向纵深快速发展, 同时将扩大其综合应用的领

7、域和范围。MATLAB作为现今应用最广泛的系统仿真软件，以其完善的性能，强大的功能和简单便捷的人机交换操作界面，在科学研究的各个领域，尤其是仿真系统受到人们的普遍青睐。利用MATLAB中SIMULINK部件的PSB集合（电力系统模块集）可以非常方便地构造“电机及拖动基础”、“直流调速系统”、“交流调速系统”、“电力电子学技术”等课程相关内容的仿真模型。此次论文的研究任务就是基于对绕线型异步电动机科学分析的基础上，建立起比较客观准确的数学模型，作为在计算机平台上依托MATLAB软件实现仿真的数学依据。之后，便可以形成科学的仿真数学原理，并成功建立起仿真模型。这样建立起的仿真模型可以比较客观、真实

8、地反映实际系统的运行状态，仿真结果可以足够准确地说明系统的主要运行特征。本论文主要部分分为五章：第一章为计算机仿真概述，包括仿真的基本概念、类型和发展趋势等；第二章为MATLAB介绍，阐述了MATLAB的发展历程、特点及SIMULINK的使用方法；第三章为建立异步电动机数学模型的过程，详细叙述了三种坐标下异步电动机的数学模型；第四章为绕线型异步电动机的MATLAB仿真，阐述了在MATLAB的SIMULINK模块下建立仿真模型的过程以及相关参数的设定；第五章是对仿真结果的分析，也是对整个仿真过程的总结。 目录 第一章 计算机仿真概述 第一节 仿真的基本概念和类型第二节 仿真技术概述第三节 计算机

9、仿真概述 第二章 应用软件MATLAB介绍 第一节 MATLAB简介第二节 SIMULINK 模块简介第三章 异步电机的数学模型 第一节 磁链方程第二节 电压方程第三节 转矩方程第四节 状态方程 第四章 绕线形异步电机的MATLAB 仿真 第一节仿真模型的建立第二节模块的参数设置第三节仿真参数的设置第一章 计算机仿真概述 第一节 仿真的基本概念和类型一、仿真的概念仿真 (simulation)是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。通俗的讲，仿真的过程就是模拟实际的过程。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。当我们对连续动态系

10、统进行研究时，往往会遇到下列困难：由于条件限制很难或者不可能进行某些具体实验，或者一个系统在未建造之前，无法用实物实验的手段进行研究，我们可以建立所需研究系统的模型而不是实际系统本身，用对系统模型而不是对实际系统的计算和测试来代替对实际系统的实验研究，这种研究方法就叫做仿真。特别地，当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验二个主要步骤。仿真过程建立的模型通常有二种：物理模型、数学模型。进行仿真实验要依靠一定的硬件和软件等方可实现，习惯统称为仿真工具。仿真硬件中最主要的是计算机。

11、事实上，计算机已成为现代仿真的主要工具。仿真过程通常是利用集模拟计算机和数字计算机优点于一身的混合计算机作为硬件设施，充分发挥模拟计算机的高速度和数字计算机的高精度、逻辑运算和存储能力强的优点。除计算机外，仿真硬件还包括一些专用的物理仿真器，如运动仿真器、目标仿真器、负载仿真器、环境仿真器等。仿真软件包括为仿真服务的仿真程序、仿真程序包、仿真语言和以数据库为核心的交互式仿真语言。除此之外，另一个重要的趋势是将仿真技术和人工智能结合起来，产生功能更强的仿真软件。二、仿真的类型仿真按不同的原则和标准划分为不同的类型。按所用模型的类型分：物理模型、数学模型和物理-数学模型分别对应物理仿真、计算机仿真

12、和半实物仿真。物理仿真是采用物理模型，由于建立了与实际系统结构、性能相一致的模型，所以仿真具有效果逼真，精度高等优点，不足之处在于其造价高、耗时长，因此只在一些特殊场合下采用（如导弹、卫星一类飞行器的动态仿真，发电站综合调度的仿真和培训系统等）。计算机仿真采用数学模型在计算机上进行，虽然这样的模型往往是非实时性的、离线的，但是由于其具有经济、快速、实用等优点，因此在可以保证足够精确度的情况下，计算机仿真在众多领域得到了非常广泛的应用。按所用计算机的类型分：模拟计算机、数字计算机和混合计算机分别对应模拟仿真、数字仿真和混合仿真。模拟仿真是采用数学模型，在模拟计算机上所进行的仿真研究过程。过去由于

13、模拟仿真在描述连续物理系统的动态过程中自然、失真小、速度快、结果可靠等优点，在某些领域还是比较重要的研究手段。但由于其受元器件性能影响很大，而且仿真精度不高，尤其对计算机控制系统的仿真较困难，加之自动化程度较低，使其广泛应用受到限制。数字仿真是采用数学模型，在数字计算机上借助于数值计算方法所进行的仿真研究过程。理论上数字计算机中所采用的字长可以根据精度要求来“随意”设计，因此其仿真精度应该可以是无限的，然而由于受到误差积累、仿真时间等因素影响，其精度也不易定得太高。另外，与模拟仿真相比，它对计算机控制系统的仿真比较方便，仿真过程的自动化程度也比较高，可以方便地实现显示、打印等功能。过去，由于计

14、算机的运算速度比较低，在一定程度上影响到仿真结果的可信度。而今，随着计算机技术的发展，“速度问题”已得到极大的改进和提高。另外，需要说明的是数字仿真没有专用的仿真软件支持，需要专门的设计人员用高级程序语言编写求解系统模型和相应的结果输出程序等。混合仿真是结合了模拟仿真和数字仿真的优点于一身的仿真类型。它在兼收数字仿真的高精度之外，同时又具有模拟仿真数度快、失真小等特点。按仿真对象中的信号流类型分：离散系统和连续系统分别对应于离散系统仿真和连续系统仿真。按仿真时间与实际时间的比例关系分为实时仿真(仿真时间标尺等于自然时间标尺)、超实时仿真(仿真时间标尺小于自然时间标尺)和亚实时仿真(仿真时间标尺

15、大于自然时间标尺)。按对象的性质分为宇宙飞船仿真、化工系统仿真、经济系统仿真等。第二节 仿真技术概述一、仿真技术发展的背景在五、六十年代仿真技术主要应用于航空、航天、电力、化工以和其他工业过程控制等工程技术领域。那时仿真技术的应用就已经体现出了它在创造社会经济效益方面的巨大作用。例如：在航空工业方面，采用仿真技术使大型客机的设计和研制周期缩近20%。采用仿真实验代替实弹试验可使实弹试验的次数减少近80%。在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本。现代仿真技术不但应用于传统的科学技术领域，而且日益广泛地应用于社会、经济、生物等多种非科技领域，如交

16、通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等。仿真技术的广泛应用正在我们生活的各个方面体现着它的优势，发挥着它的作用。二、仿真技术的应用及意义可以说，仿真技术就是模型化方法的继续。它是通过对模型的进行调试和计算，并利用测试和计算的结果研究、改进模型的一种技术，是随着时间数值的增加，一步一步地求解系统动态模型方程的方法。这样，在全部时间内就可以通过对系统的动态模型性能的观测来求得问题的解。仿真技术在工业生产及工程技术等领域得到了广泛的应用。在电力工业中，电力系统动态模型实验：电力系统负荷分配、瞬态稳定性以及最优潮流控制、电站操作人员培训模拟系统都

17、用到了仿真技术。在航空与航天工业中，仿真技术被应用于设计飞行器三级仿真体系：纯数学模拟、半实物模拟、实物模拟或模拟飞行实验。在飞行员及宇航员训练用飞行仿真模拟器也用到该技术。在原子能工业中，核反应堆的模拟运行以及用来训练操作人员和研究异常故障排除处理的核电站仿真器都大量的用到仿真技术。仿真技术在许多复杂工程系统的分析和设计研究中越来越成为不可或缺的工具。系统的复杂性主要体现在环境、负责的对象和负责的任务上。然而只要能正确地建立系统的模型，就能够对系统进行充分的分析研究。另外，仿真系统一旦建立就可以重复利用，而对计算机仿真系统的修改也是非常方便的。这样经过不断的仿真修正，逐渐深化对系统认识的同时

18、，采取相应的控制和对策，便可使系统处于科学的控制和管理之下。另外，仿真技术也被广泛应用于许多非工程领域，如医学、社会学、宏观经济与商业策略的研究、交通控制、城市规划、资源利用、环境污染防治、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测等方面。应用仿真技术的意义在于其经济、安全、便捷、具有优化设计和实现预测的特殊功能等方面。首先，是其经济性。大型、复杂系统的直接实验是十分昂贵的，而且建立这样的物理模型结构参数基本是固定的，不易变更。事实上，许多情况下，这样做往往是没有必要的。而采用仿真技术，不但可以得到可靠的数据结果，更重要的是仿真技术成本低，节约资金，而且模型可以重复使用，系统参数和结构的变更也十

19、分方便。其次，是其安全性。某些系统（如载人飞行器、核电装置等），直接实验往往会有很大的危险，甚至是不允许的，而采用仿真实验可以有效降低危险程度，系统研究的安全性得到保障。再次，是其便捷性。仿真技术的应用极大地提高了系统的实际效率，缩短设计周期，同时降低设计成本。另外，仿真技术具有优化设计和实现预测的特殊功能。对一些真实系统，甚至物理模型进行结构和参数的优化设计是非常困难的，这时仿真就可以发挥它的灵活性。对仿真系统参数和结构的优化设计是十分方便的。在非工程系统中（如社会、管理、经济等系统），由于其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎是不可能的，这时通过仿真技术的应用可以获得对系统的某种超前认识，这是

20、仿真技术灵活性、全面性优势的体现。三、仿真技术未来的发展趋势基于对现代计算机技术和软件技术发展趋向的认识，可以预见未来仿真技术大致的发展趋势如下：硬件方面，随着计算机技术的日益成熟，处理器功能的可靠性和集成度的提高，计算机的运算处理能力会越来越强，仿真的速度会显著提高，数字仿真的实时性会越来越好。软件方面，直接面向用户的数字仿真软件发展迅速，各种专家系统与智能化技术将更深入地应用于仿真软件开发之中，使得在人机界面、结果输出、综合评判等方面达到更理想的效果。另外，虚拟现实技术将得到飞速发展，综合了计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、显示技术以及仿真技术等多学科的综合仿真技术，使人置身于真实环

21、境之中。将使仿真技术步入一个新的发展阶段。 第三节 计算机仿真概述所谓计算机仿真是基于所建立的系统仿真模型，利用计算机对系统进行综合分析与研究的方法，也称为计算机模拟。仿真是基于相似性原理，利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实系统正确认识的过程。随着计算机的出现以及相应的硬件和软件设备可靠性，完善性的不断提高，使得在计算机上进行复杂系统的仿真研究变为可能。而基于建立数学模型的仿真软件算法的出现，为这种可能提供了现实的软件支持，使得数学模型的求解变得更加方便，快捷和准确，能解决的问题领域也大大扩展了。近年以来，由于计算机技术的飞速发展，数字计算机已有可能解决高速动态系统的实时仿

22、真问题，所以模拟/数字混合计算机将被新型的数字计算机所取代。伴随着计算机硬件水平的提高，仿真软件也有长足的发展。近几十年来，仿真软件充分吸收了仿真方法学计算机网络图形图像多媒体软件工程系统工程自动控制人工智能等技术成果，使得其在复杂系统的仿真方面存在着巨大的发展潜力。另外，仿真软件也日益向着集成化，全面化的方向发展。计算机仿真技术的发展阶段大致可以概括为：通用程序设计阶段、初级仿真语言阶段、高级仿真语言阶段、一体化建模与仿真环境软件及智能化仿真软件环境五个阶段。计算机仿真的一般过程可概括如下：根据仿真任务确定仿真方案依据仿真目的和要求得到的仿真数据确定仿真的结构和参数，并注意规定仿真的约束条件

23、和边界条件等。建立系统的数学模型这是比较关键的一步，一个成功的数学模型不仅是可以足够准确地反映现实系统的主要特性，而且它还应该有能力预测到系统之后的状态的模型。数学模型的建立会直接影响到仿真结果的可靠性，甚至仿真过程的正确性。作为系统仿真的依据，其重要性不言而喻。建立仿真模型对于不同的系统，建立仿真模型的任务不同。对于连续系统，就是建立相应的差分方程，即通过一定算法对原系统进行离散化处理的过程。编写仿真程序，进行仿真实验。对于非实时仿真，可用一般高级语言或仿真语言。对于快速的实时仿真，往往需要用汇编语言。实验的过程要设定正确的实验参数，准确记录实验数据。分析仿真结果分析仿真结果的目的是为下一步

24、优化仿真做准备，对于出现的仿真结果要综合分析，找到仿真过程中存在的问题，逐步修订仿真过程的各个要素，包括仿真模型、仿真程序，甚至数学模型。因为一个成功的数学模型往往不是能够一次建立起来的，这就要求我们在仿真过程中逐步认识，逐步完善。计算机仿真，作为一种模拟实际的技术，毕竟不能全面地反映现实系统的所有特征和运动状态，这就要求我们在建立系统的数学模型时要充分考虑仿真的目的，抓住影响系统运动状态变化的主要因素，合理近似次要因素，使模型能够充分体现系统的主要特征而又不失去其全面性。计算机仿真过程中，成功建立系统模型的过程也是进行系统优化设计的过程，大大提高了设计的效率，提高了设计质量，优化了设计方案，

25、同时又节约了设计时间，降低了研究费用。正是由于上述优势，使得计算机仿真技术在当今社会的各个领域得到了广泛的应用。第二章 应用软件MATLAB介绍第一节 MATLAB简介MATLAB是由美国的 Math Works 公司推出的一个科技应用软件，它的名字是由MATRIX(矩阵)和LABORATORY(实验室)这两份个词的前三个字母组合而成。它已经发展成适合多学科多工作平台的大型软件，包含众多功能各异的工具箱。它涉及领域包括：数字信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、系统仿真和数值统计等。作为一个功能强大的数学工具软件，在很多领域中得到了广泛应用。近年来已逐渐列入许多大学理工科学生的教学内容，成为

26、广大师生、研究人员的重要数学分析工具和有力助手；在数学和工程界，它为数学计算和实验数据分析提供了极大的便利。MATLAB软件在不断升级换代，功能更趋完善。整个工作环境实用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易由用户自行扩展。因此，当前已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常用和必不可少的工具。不仅如此，MATLAB语言在国外的大学工学院中，特别是数值计算用的最频繁的电子信息类学科中，已成为每个学生都掌握的工具了。它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。学习掌握MATLAB，也可以说是在科学计算工具上与国际接轨。MATLAB作为一种高性能的、用于工程计算的编程软件，它把科

27、学计算、结果可视化和编程都集中在一个非常方便的环境中。一般来说，MATLAB系统包括下面五个主要部分： 编程语言：它是以矩阵和数组为基本单位的编程语言。具有以下几个特点：语法简单编程效率高。MATLAB直接面向科学与工程计算，语言风格接近数学形式，因此比其它高级语言更加接近手工书写计算公式的思维方式，编写简单效率较高。MATLAB语言中最重要的概念是函数。MATLAB编写的M文件简单、短小而高效，库函数功能也十分完备。MATLAB语言是解释执行的语言，它把编辑、编译、连接和执行融为一体，可以在同一画面上进行灵活操作，快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语义错误等，从而加快了用户编写、修改

28、和调试程序的速度。用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的函数库，以便扩充MATLAB的功能，提高它的使用效率。便捷的图形和图像操作功能。MATLAB的图形和图像操作功能十分强大。在图形方面，它有一系列绘图函数；在图像方面，它能够显示和生成许多常见格式的图像，甚至是多波段图像。可以对黑白和彩色图像进行所需的各种操作，包括滤波块操作、几何操作等。所有这些综合性功能都令其它某种单一的高级编程语言望尘莫及。快速高效的矩阵和数组运算。MATLAB语言同样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符和赋值运算符等，而且这些运算符大部分可以毫无改变的照搬到数组运算中。它不需要定义数组的维数

29、，同时它会给出矩阵函数或其它特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制优化等领域的问题时，显得更加高效便捷。工作环境：包括了一系列的应用工具，提供编程和调试程序的环境。主要包括以下几个部分：命令窗口：它是MATLAB提供给用户的操作界面。在命令窗口中，用户可以实现MATLAB的各种功能。M文件编译器和调节器：M文件是MATLAB所特有的使用该语言编写的磁盘文件。M文件编译器是MATLAB为用户提供的用于编辑M文件的程序。同其他语言类似，MATLAB为用户提供了用于调试M文件的程序。工作空间：它是显示用户在MATLAB中通过命令行进行操作的变量集合的窗口。在线帮助文档：M

30、ATLAB为用户提供了强大的在线帮助功能。用户不但可以查询函数的用法。图形处理：包括绘制二维、三维图形和创建图形用户界面（GUI）等。数学库函数：包含了大量的数学函数，也包括复杂的功能。应用程序接口（API）：提供接口程序，可使MATLAB与其他语言程序进行交互。MATLAB的典型特点可以概括如下：语言简洁紧凑，运算符十分丰富，使用起来极为方便灵活。既具有结构化的控制语言，又能面向对象程序。语法限制不严格，程序设计自由度大，并且程序的可移植性好。具有强大的图形功能。包含功能强劲的工具箱。MATLAB的一个最重要、最受欢迎的特点是它的开放性。MATLAB典型的应用包括以下两方面：数值计算和符号计

31、算。 建模和动态仿真。第二节 SIMULINK模块简介 顾名思义，SIMULINK是专用于可视化系统动态仿真的软件程序包。它是MATLAB各种工具箱中比较特别的一个模块。一般工具箱只是把面向某一类问题的程序包集中起来，其中的程序都是用MATLAB语言编写的，而工具箱却是从底层开发的一个完整的仿真环境和图像界面。在这个环境中，用户可以利用键盘和鼠标，完成面向框图系统仿真的全部过程，并且可以更加直观、快速和准确地达到仿真的目的。原来的MATLAB是在文本窗口中编辑，图形窗口只是用来显示，而SIMULINK则把图形窗口扩展为可以用框图方式来编程，使MATLAB的功能有了本质的提高。SIMULINK既

32、可用于线性系统和非线性系统，又可用于离散系统和连续系统他采用系统模块直观地描述系统典型环节，它采用系统模块直观地描述系统典型环节，因此可以十分方便地建立系统模型而不用花较多的时间编程。SIMULINK的另一个优点是它不给出任何新的函数。对用户来说，SIMULINK中所用的仍然是的基础，MATLAB原有的函数在SIMULINK中仍有效。这对用户来说是很方便的。概括地说，SIMULINK作为面向框图的仿真软件，具有以下功能：用方框图的绘制代替程序的编写。构成任何一个系统框图有三个步骤，即选定典型环节、相互连接和给定环节参数。这三步可以在一个图形界面上用鼠标和键盘轻松完成。输入输出信号来源形式是多元

33、化的。其输入信号可以是各种信号发生器；也可以来自一个特定的记录文件；还可以来自MATLAB的工作空间（workspace）。输出信号也类似，这就扩大了仿真系统与各种外部软件和硬件的接口能力。仿真的建立和运行是智能化的。首先，画好了框图并存起来，它就自动建立起来了仿真的方程；其次，在运行时用户可以不给步长，只给出运行的仿真精度，软件会自动选择能保证给定精度的最大步长，使得在给定精度要求下系统仿真具有最快的速度。SIMULINK的出现使设计人员从某个具体算法的设计中解脱出来，从而可以投入更多的精力在模型设计本身。首先它提供了一些基本模块，这些模块就放在上面的库浏览器里，用户可以方便地调用这些模块，

34、而不必再重复地制作这些常用的模块。SMULINK的每个模块对用户而言都是透明的，用户只要知道模块的输入和输出功能，而无需考虑这些功能在模块内是怎样实现的。显然，这样的工具可以节约设计人员的大量时间，从而大大提高了工作效率，进一步缩短了研发设计时间。这对具体的一个设计帮助是很大的。因为用户要做的仅仅是选择自己需要的模块，把这些模块设置好恰当的参数，并按照设计要实现的功能将这些模块恰当的连接在一起，经过进一步的优化设计，最终就会得到设计质量很高的解决方案。SIMULINK呈现给大家的是简便，有趣的操作界面，用户只需要在MATLAB下启动SIMULINK模块，之后，创建系统的框图模型，并设置好各模块

35、的参数后启动仿真，便可以得到仿真系统的关键数据。具体的操作步骤如下：启动SIMULINK窗口和模块库。首先，打开MATLAB在COMMAND窗口键入SIMULINK按回车，这样就启动了SIMULINK模块库窗口。建立系统框图模型。首先，在SIMULINK下建立新的模型窗口。其次，选取所需的模块和模块组，并将个模块的参数设定为合适的值。具体方法是：双击该模块，打开模块对话框，这里有模块的所有属性，按对话框栏中提供的信息输入或改变模块参数即可。之后，将个模块按正确的方式连接起来，仿真模型就基本建立起来了。仿真运行。系统的仿真运行有两种方法：一种是在MATLAB的COMMAND窗口下输入相关命令，也

36、可以直接利用SIMULINK菜单命令。常用到得是后一种方法，这里重点介绍一下。它的具体操作是：首先，打开系统模型窗口。其次，从SIMULATION菜单中选取PARAMETERS，在弹出的SIMULATION PARAMETERS对话框中进行设置，并确认相关参数。最后，运行仿真模型。输出仿真结果。主要是利用SCOPE模块、变量返回值或TOWORKSPACE模块。以上只是简单的对MATLAB软件和它的SIMULINK模块做了简要的介绍，从这里我们可以对MATLAB软件有个大致的了解，在论文的仿真部分将结合本次的仿真任务系统地说明SIMULINK在电机仿真中的应用，这里不在赘述。第三章 异步电机的数

37、学模型 这一章，我们要讨论的是异步电机数学模型的建立过程。之所以必要，是因为异步电机的数学模型是在MATLAB下进行仿真的理论来源和数学依据。事实上，我们是根据理想化电机的概念，推导出描述异步电机的行为特性的状态变量方程式，其实它们是一组一阶微分方程。然后再根据这个数学模型演变出它的计算机仿真模型。实际的异步电机动态运行特性是非常复杂的，用来描述它运行状态的数学模型往往是一个高阶非线性复杂耦合的多变量系统。根据电机学的相关知识，在异步电机中，感应电动势是转速与磁通的乘积；转矩是电流与磁通的乘积，由于它们都是同时变化的，所以在数学模型中就会出现含有两个变量的乘积项。这样，即使忽略磁饱和因素的影响

38、，数学模型也将是非线性的。同时，考虑到三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组。而且，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再加之转速与转角的积分关系、电机本身的机电惯性等因素，异步电机的动态数学模型将是一个八阶系统。考虑到实际异步电机运行状态的复杂性，在建立相应的数学模型时，完全考虑到所有这些因素是不可能的，通常的做法是将异步电机抽象理想化，忽略影响异步电机运行状态的次要因素或将部分系统理想化，这样得到的数学模型既可以充分反映异步电机在运行过程中的特性，又有效减少了工作量，实现仿真的目的。具体的做法是：忽略磁路饱和、铁心损耗及温度变化对绕组电阻的影响。假定各绕组的自感、互感恒定。忽

39、略空间谐波影响，假定三相绕组对称，空间互差120电角度，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。下图（图3.1）为三相异步电机的数学模型本论文的研究对象是绕线型异步电机，将它的三相绕线转子折算到定子侧，折算后的定、转子绕组匝数相等。由图，定子三相绕组轴线A、B、C位置固定，以A相为参考轴。转子轴线a、b、c位置随转子转动。转子a轴与定子A轴的电角度是空间角位移变量。异步电机的数学模型可由磁链方程、电压方程、转矩方程和状态方程构成，并规定各绕组的电压、电流、磁链的正方向符合右手螺旋定则。第一节 磁链方程根据电路学中自感、互感的原理，电机中每相绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和。因

40、此，各绕组磁链的矩阵方程可表达如下： （3-1）写成相量形式为： （3-2）其中，是一个阶矩阵，称为电感矩阵。其主对角元素 、 、 、 、 、为相应绕组的自感，其余元素为相关绕组的互感。根据电机学的知识，与电机绕组交链的磁通有两类：一类是穿过气隙的相间互感磁通，另一类是只与一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通，前者占了绝大部分。定子各相漏磁通所对应的电感称为定子漏感 ，由于绕组是对称的，各相漏感值相等；同样，转子各相漏磁通称为转子漏感 。定子一相绕组交链的最大互感磁通对应于定子互感 ；与转子一相绕组交链的最大互感磁通对应于转子互感。由于折算后定、转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通皆穿过气隙，因此

41、磁阻相同，一般取。另外，对于每相绕组来说，它所交链的磁通互感磁通和漏感磁通之和。因此，定子各相自感为： （3-3）转子各相自感为： （3-4）任意两相绕组间存在互感，互感分为两类：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的相对位置是固定的，因此互感是定值定子任一相与转子任一相之间的位置随着转子的转动是时刻变化的，因此互感是角位移的函数。对于第一类互感，三相绕组的轴线在空间彼此相差120，在建立异步电机的数学模型时，假定气隙磁通按正弦分布，则互感值为， 因此有， （3-5） （3-6）对于第二类定转子间的互感，由于相对位置的变化，可以表示为： （3-7） （3-8） （3-9）当定、转子两相绕组相应轴

42、线一致时，两者之间的互感达到最大值，即每相最大互感。由上可得磁链方程的矩阵形式： （3-10）其中 （3-11） （3-12） （3-13） （3-14） （3-15） （3-16） （3-17）应该注意到， 和 是与转子位置有关的两个互为转置的分块矩阵，而且它们的元素都是变参数，这也是导致系统非线性的原因。后面将讨论利用坐标变换把这些变参数转化为常值参数的方法。第二节 电压方程依据电磁感应原理，异步电机中每相绕组的感生电动势应该是流过其绕组中的电流与穿过绕组变化的磁链分别产生的电动势之和。因此，三相定子绕组的电压平衡方程为： （3-18） （3-19） （3-20）对于三相转子绕组，应该列出

43、其折算到定子侧后的电压平衡方程，为简便起见，这里省略表示折算后的上角标“”。据此，折算到定子侧的三相转子电压平衡方程为： （3-21） （3-22） （3-23） 其中，为定子和转子相电压的瞬时值；，为定子和转子相电流的瞬时值；，为各相绕组的全磁链；，分别为定子绕组和转子绕组的电阻。将电压方程写成矩阵形式如下： （3-24）其中P是微分算子，表示 也可以将电压方程简写成： （3-25）第三节 转矩方程依据机电能量转换原理，对于三相异步电动机，在线性电感的条件下，磁场储能为： (3-26)在电流约束为常值的条件下，电磁转矩等于机械角位移变化时磁共能的变化率，而机械角位移,由式（3-15），并规定：，则转矩方程可表示如下： （3-27）即， （3-28）将中元素的负号去掉，也相当于规定使减少的方向为电磁转矩的正方向。又有： （3-29）特别地，上述公式是在假定磁路为线性，并且磁动势在空间按正弦规律分布的前提下得出来的，并未对定、转子电流随时间的波形变化作任何假定，式中的 i 都是瞬时值。第四节 状态方程依据电力拖动与控制系统的知识，若将三相异步电机的电流、角速度和转角作为状态变量，则其状态方程可以表示为： （3-30）其中，为式（3-15）所示矩阵。由式（3-29），（3-30），得， （3-31）再由，可得三相异步电机的状态方程： （3-32）其中，称为状态变量，