【正文】 LAB5．2以上版本中增加了一個電力系統(tǒng)(Power System)3具箱，該工具箱與控制系統(tǒng)工具箱有所不同，用戶不需自己編程且不需推導系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，只需要從工具箱的元件庫中復制所需的電氣元件，按電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行連接，系統(tǒng)的建模過程接近實際系統(tǒng)的搭建過程，且元件庫中的電氣元件能較全面地反映相應(yīng)實際原件的電氣特性，仿真結(jié)果具有很高的可信度。2．1開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖如圖2．1所示，該系統(tǒng)由給定信號、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。第2章開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。電動機系統(tǒng)模塊組中各基本模塊及其圖標如圖1．6所示。4．電力電子模塊組電力電子模塊包括理想開關(guān)(Ideal Switch)、二極管(Diode)、晶閘管(Thyristor)、功率MOS場效應(yīng)管(Mosfet)、絕緣門級晶體管(IGBT)等組成，此外還有2個附加的控制模塊組和一個整流橋。3．元件模塊組元件模塊組包括各種電阻、電容、電感元件，各種變壓器元件，另外還有一個附加的三相元件予模塊組。1．電源模塊組電源模塊組包括直流電壓源(DC Voltage source)、交流電壓源(AC Voltagesource)、交流電流源(AC Current source)、受控電壓源(Controlled Voltage source)和受控電流源(Controlled Current source)基本模塊等。整個Simulink模塊庫是由若干個模塊組構(gòu)成。1．2．2 Simulink模塊Simulink是The MathWorks公司于1990年推出的產(chǎn)品，是在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)框圖和仿真的模塊庫【211。它可以建模與仿真的對象的類型廣泛，可以是機械的、電子的等現(xiàn)實存在的實體，也可以是理想的系統(tǒng)，可仿真的動態(tài)系統(tǒng)復雜性可大可小，可以是連續(xù)的、離散的或混合類型的。長期以來，仿真領(lǐng)域的研究重點是放在仿真模型建立這一環(huán)節(jié)上，即建立準確而快速地仿真模型是至關(guān)重要的。1．2 MATLAB仿真MATLAB主要由MATLAB主程序、MATLAB工具箱(Toolbox)和SIMULINK動態(tài)系統(tǒng)仿真三大部分組成。(2)穩(wěn)速。由于MATLAB軟件能夠很好地對電機調(diào)速系統(tǒng)進行仿真，因此在本論文中，利用MATLAB特別是Simulink工具箱，構(gòu)建電機調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，對多種智能調(diào)速方法的仿真實現(xiàn)、性能分析和算法設(shè)計做了深入的研究。其中前兩種是在MATLAB／Simulink集成環(huán)境下建模。電機調(diào)速系統(tǒng)仿真研究的內(nèi)容包括系統(tǒng)的建模、性能分析、算法設(shè)計和優(yōu)化參數(shù)等幾個方面。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機仿真越來越多地取代純物理仿真，它為控制系統(tǒng)的分析、計算、研究、綜合設(shè)計以及自動控制系統(tǒng)的計算機輔助教學提供了快速、經(jīng)濟、科學及有效的手段。1．1．2調(diào)速控制系統(tǒng)的計算機仿真調(diào)速控制系統(tǒng)的計算機仿真是涉及到控制理論、計算數(shù)學和計算機技術(shù)的綜合性技術(shù)。微處理器的發(fā)展，使數(shù)字控制器簡單而又靈活，同時為聯(lián)網(wǎng)提供了可能。(2)交流化。5】的研究，無傳感器控制技術(shù)不需要檢測硬件，也免去了傳感器帶來的環(huán)境適應(yīng)性、安裝維護等麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，引起了學者廣泛的研究興趣。目前對調(diào)速特性要求較高的生產(chǎn)工藝大都采用了矢量控制型的變頻調(diào)速裝置。因為電機只有一個三相電源，磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時進行的，但為了獲得良好的動態(tài)性能，還希望對磁通施加某種控制，使它在動態(tài)過程中盡量保持恒定，才能產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。20世紀60年代中期，德國人率先提出了脈寬調(diào)锘JJ(PWM)變頻的思想，將通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于變頻調(diào)速中，為現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用開辟了道路。另外，姚勇濤等人【5】依據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，提出了直流電動機及直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)辨識的方法，所獲得的參數(shù)具有較高的精度，方法簡便易行。科研單位、大專院以及企業(yè)單位等，都在研究開發(fā)高性能的直流電機調(diào)速系統(tǒng)裝置。但是，由于直流電機中機械換向器的存在，導致直流電機中存在顯著的換向電流和速度限制，這使得直流電機難以應(yīng)用于腐蝕性比較強和易燃易爆的場合。人們必須建立真實系統(tǒng)的非線性模型來代替簡單容易處理的線性模型。然而，交流電機與直流電機相比，具有種種優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝維護等，因此交流電機驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并且近年來它一直是國外很多大公司、大學研究開發(fā)的熱點。在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調(diào)速的場合得到廣泛的應(yīng)用。由于其強大的功能，已被廣泛運用于控制系統(tǒng)的計算、分析和設(shè)計當中，成為一種必需的工具。直流電動機智能調(diào)速仿真研究摘要電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的動力設(shè)備，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防軍事、交通運輸?shù)雀鱾€領(lǐng)域。MATLAB是目前流行的控制系統(tǒng)仿真軟件。直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)壟斷地位。眾所周知，直流電機具有優(yōu)越的調(diào)速性能，但由于換向器的原因，使其存在使用壽命縮短，維護工作量大的不足之處。但在工程技術(shù)、自然、社會、經(jīng)濟等眾多情況下，不可能用系統(tǒng)的簡單線性模型作為該真實系統(tǒng)的替身。直流電機的電磁時間常數(shù)較小，使得電樞電流可以迅速變化，從而達到電磁轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。而在國內(nèi)，數(shù)字式直流電機調(diào)速系統(tǒng)也具有很大的市場需求。如Garcia和Morari于80年代初提出內(nèi)?？刂频乃惴ǎ捎谒脑O(shè)計原理簡單、參數(shù)整定直觀明了、魯棒性強、控制性能好，在控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用【1】：文【2】提出用I．P控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法，它可以減小轉(zhuǎn)速超調(diào)；張井崗等人【31依據(jù)內(nèi)?？刂圃?，提出了直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒?，針對雙閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計了一種內(nèi)?？刂破鳎〈Ｒ?guī)的PI調(diào)節(jié)器，成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能；自適應(yīng)PID算法和模糊PID算法等也是針對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制提出的改進算法，并得到廣泛運用【4】。孫昌志等【7】提出了一種基于嵌入式操作系統(tǒng)的無刷直流電動機模糊控制系統(tǒng)設(shè)計方法，將模糊控制和PID控制通過自適應(yīng)因子結(jié)合，在線自調(diào)整控制參數(shù)，提高了系統(tǒng)的控制精度且系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也是一個獨立的輸出變量。由于交流電機具有多變量、非線性、強耦合等特性，與直流電機相比，轉(zhuǎn)矩控制更加困難，因此，70年代初，由西德EBlasschke等人首先提出的矢量控制(vecto疋ontr01)理論【弘叭，它應(yīng)用坐標變換將三相系統(tǒng)等效成兩相系統(tǒng)，經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標變換實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達到對交流電動機的磁鏈和電流分別控制的目的，從而解決了交流電機的轉(zhuǎn)矩控制問題。近年來，各國學者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)【I168。在功率驅(qū)動裝置中，低頻的半控器件——晶閘管在中小功率范圍將會被高頻的全控器件——大功率晶體管所代替，這既可提高系統(tǒng)性能，又可改善電網(wǎng)的功率因素。(3)網(wǎng)絡(luò)化。智能控制如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、解耦控制等，已深入到運動控制系統(tǒng)的各個方面，各種智能觀測器和辨識技術(shù)應(yīng)用于電機控制系統(tǒng)中，大大改善了控制系統(tǒng)的性能，為電機控制系統(tǒng)的智能化提供了可能。因此，凡是要用模型進行實驗的，幾乎都可以用計算機仿真