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杭州电子工业学院毕业设计论文

MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括: .数学计算 .运算法则的推导 .模型仿真和还原 .数据分析，采集及可视化 .科技和工程制图

.开发软件，包括图形用户界面的建立

MATLAB是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如C和Fortran等。

MATLAB的名字象征着矩阵库。它最初被开发出来是为了方便访问由LINPACK和EISPAK开发的矩阵软件，其代表着艺术级的矩阵计算软件。

MATLAB在拥有很多用户的同时经历了许多年的发展时期。在大学环境中，它作为介绍性的教育工具，以及在进阶课程中应用于数学，工程和科学。在工业上它是用于高生产力研究，开发，分析的工具之一。

MATLAB的一系列的特殊应用解决方案称为工具箱（toolboxes）。作为用户不可缺少的工具箱，它可以使你学习和使用专门技术。工具箱包含着M-file集，它使MATLAB可延展至解决特殊类的问题。在工具箱的范围内可以解决单个过程，控制系统，神经网络，模糊逻辑，小波，仿真及其他很多问题。

经过几十年的完善和扩充，它已发展成线形代数课程的标准工具。在美国，MATLAB是大学生和研究生必修的课程之一。美国许多大学的实验室都安装有MATLAB，供学习和研究之用。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试验平台，同时SIMULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和Nyquist图。[3]

MATLAB系统可分为五个部分:

MATLAB语言。 这是一种高级矩阵语言，其有着控制流程状态，功能，数据结构，输入

输出及面向对象编程的特性。它既有“小型编程”的功能，快速建立小型可弃程序，又有“大型编程”的功能，开发一个完整的大型复杂应用程序。

MATLAB的工作环境。 这是一套工具和设备方便用户和编程者使用MATLAB。它包含有

在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，管理，调试，

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( profiling M-files， MATLAB’s applications。)的系列工具。

图形操作。 这是MATLAB的图形系统。它包含有系列高级命令，其内容包括二维及三维

数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形。同时它也提供低级命令便于用户完全定制图形界面并在你的MATLAB软件中建立完整的用户图形界面。

MATLAB数据功能库。 它拥有庞大的数学运算法则的集合，包含有基本的加，正弦，余

弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值， Bessel功能和快速傅立叶变换。 MATLAB应用程序编程界面。 这是一个允许你在MATLAB界面下编写C和Fortran程序

的库。它方便从MATLAB中调用例程(即动态链接)，使MATLAB成为一个计算器，用于读写MAT-files。

1.6 Simulink概述

Simulink是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间，离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是用不同的部分用不同的速率来采样和更新。

Simulink提供一个图形化用户界面用于建模，用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在此界面下能像用铅笔在纸上一样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的方程式而言有了极大的进步。Simulink拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分，因此可以由顶层往下的步骤也可以选择从底层往上建模。可以在高层上统观系统，然后双击模块来观看下一层的模型细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。

在定义了一个模型后，就可以进行仿真了，用综合方法的选择或用Simulink的菜单或MATLAB命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作，当然命令行对于运行仿真的分支是很有用的。使用scopes或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变，仿真结果可以放到MATLAB工作空间来做后处理和可视化。

模型分析工具包括线性化工具和微调工具，它们可以从MATLAB命令行直接访问，同时还有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因为MATLAB和Simulink是一体的，所以可以仿真，分析，修改模型在两者中的任一环境中进行。

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1.7 小结

综上所述，利用MATLAB来仿真同步电机的运行情况，可以帮助研究者更好更方便的了解同步电机的特性，以便进一步改善其效率。

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第2章 同步电机基本原理

2.1 理想同步电机

2.1.1 理想同步电机假设

众所周知，由于转子结构的不同，同步电机可分为隐极机和凸极机两类。以下的研究对象像都是凸极机。

同步电机的主要特点是：定子有三相交流绕组，转子为直流励磁。

将电机结构简化后，电机内部的磁场分布和相应的感应电势的变化规律仍相当复杂，如步采取一定的假设，仍难以对它们的运行方式作定量分析。这些假设是：

（1）

电机铁芯不饱和。这一假设不仅意味磁场和各绕组电流间有线形关系，也使在确定空气隙合成磁场时有可能运用叠加原理。

（2）

电机有完全对称的磁路和绕组。这一假设包含以下几方面：定子三相绕组完全相同，空间位置彼此相隔2/3π电弧度；转子每极的励磁绕组完全相同；阻尼条的设置对称于正、交轴。

（3）

定子三相绕组的自感磁场，定子与转子绕组间的互感磁场，沿空气隙按正弦律分布。这一假设表示略去所有的谐波磁势、谐波磁通和相应的谐波电势，也略去谐波磁场产生的电磁转矩。

满足上列假设条件的同步电机，称为理想同步电机。以下的分析都以理想同步电机为前提。而时实践证明，按理想同步电机条件的分析、计算所得，误差在允许范围内。

2.2 abc/dq模型的建立

2.2.1 建模背景

因为对于具有阻尼条的凸极机，由于空气隙旋转磁场总可以分解为两个轴线与转子正，交轴重合的脉动磁场，因此模型得以建立。

取定子各相绕组轴线及其磁链的的正方向，dq轴线的正方向，励磁绕组以及正交轴阻尼绕组磁链的正方向，如图 （2－1）所示，定子各相绕组电流产生的磁通方向与各该相绕组轴线的正方向相反时，这些电流为正值。换言之，定子各相正值电流将产生各该相负值磁链。转子各绕组电流产生的磁通方向，与正轴或交轴正方向相同时，这些电流为正值。即，正值转子电流将产生正值转子绕组磁链。

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br-axis bs-axis kq-axis

ar-axis as-axis

k d-axes

cs-axis ?r cr-axis

图2－1 定子、转子各相的旋转d，q坐标定位

按图2－1的电磁量取向即可列出如下的同步电机电压方程和磁链方程： 电压方程：

vabcs?rsiabcs?p?abcs

vabcr?rriabcr?p?abcr （2-1）

其中，p为求导算子，即p=d/dt，v为各绕组电压，i为各绕组电流，r为各绕组电阻，?为各绕组合成磁链，

?vas??ias???as??,i??i?,?????vabcs??v?bs?abcs?bs?abcs?bs? (2-2)

????vcs???ics????cs???var??iar???ar??,i??i?,?????vabcr??v?br?abcr?br?abcr?br? (2-3)

????vcr???icr????cr??定义f为电流，电压，磁链的共同变量，则有

213fabcs?[ias?(fbs?fcs)?j(fbs?fcs)]322 (2-4) 1?fas?j(fbs?fcs)3将abc模型转换为dq模型可更方便地研究，abc轴上的变量转变成dq轴上的转换如下：

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