【正文】 來(lái)研究被仿真系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案。使用MATLAB軟件對(duì)各種調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)，可以大大縮短控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)開發(fā)周期。就調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB建模方式而言，主要有三種類型，即基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)建模、面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)建模和編制MATLAB語(yǔ)言源程序建模。近年來(lái)，面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)的構(gòu)建調(diào)速系統(tǒng)模型的方法得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，以此進(jìn)行各種交直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真，該方法由于使用了Simulink／Power System工具箱中的電力模塊，所以搭建的仿真模型正如其名稱，與系統(tǒng)的電氣原理圖結(jié)構(gòu)相似，很直觀；但系統(tǒng)模型規(guī)模較大，仿真時(shí)間較長(zhǎng)。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，有級(jí)或無(wú)級(jí)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。對(duì)頻繁啟、制動(dòng)的設(shè)備要求盡可能快地加、減速，縮短啟、制動(dòng)時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率；對(duì)不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械，則要求啟、制動(dòng)盡可能的平穩(wěn)。1．2．1運(yùn)用MATLAB／SIMULINK建模的特點(diǎn)MATLAB憑借其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力、簡(jiǎn)便的繪圖功能、可視化的仿真環(huán)境以及豐富的算法工具箱，己成為國(guó)際控制界最為流行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及教學(xué)工具軟件。另外，使用MATLAB中的各種分析工具，還可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化。運(yùn)用MATLAB／SIMULINK來(lái)建立的調(diào)速系統(tǒng)的模型，其通用性強(qiáng)、構(gòu)造模型簡(jiǎn)單、修改參數(shù)容易、界面友好、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，適宜于系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析，減少了重復(fù)勞動(dòng)，對(duì)分析和設(shè)計(jì)有較高的實(shí)用價(jià)值。Simulink環(huán)境下可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)(Power System Blockset)主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開發(fā)的，其功能非常強(qiáng)大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域的仿真，提供一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)模型的繪制。Systems)、輸出模塊組(Sinks)、輸入源模塊組(Sources)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)在MATLAB，已經(jīng)封裝好了電系統(tǒng)模塊庫(kù)，在該模塊庫(kù)中有很多模塊組，如圖1．1所示，主要有電源(Electrical sources)、元件(Elements)、電力電子(PowerElectronics)、電機(jī)系統(tǒng)(Machines)、連接器(Connectors)、測(cè)量(Measurements)、演示(Demos)模塊組等，雙擊每一個(gè)圖標(biāo)都可打開一個(gè)模塊組。測(cè)量模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．3所示。元件模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．4所示。5．電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊組電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模塊組包括簡(jiǎn)單同步電動(dòng)機(jī)(Synchronous Machine)、永磁同步電動(dòng)機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Machine)、直流電動(dòng)機(jī)(DC Machine)、異步電動(dòng)機(jī)(Asynchronous Machine)、勵(lì)磁系統(tǒng)(Excitation System)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PowerSystem Stabilizer，PSS)和輸出信號(hào)測(cè)量分配器(Machies Measurement Demax)等模塊。以上，我們簿要介紹了MATLAB的Simulink和Power System模塊庫(kù)所包含的摸塊內(nèi)容。為了使系統(tǒng)得到好的性能，通常要根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。由晶閘管整流裝置給直流電動(dòng)機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)稱為vM系統(tǒng)【241，圖2．2是晶閘管．直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，圖2．3是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。(2)在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等裝置的參數(shù)設(shè)置原則是：如果針對(duì)某個(gè)具體的裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則對(duì)話框中的有關(guān)參數(shù)應(yīng)取該裝置的實(shí)際值：如果是不針對(duì)某個(gè)具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的參數(shù)默認(rèn)值進(jìn)行仿真。(4)仿真時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要而定，以能夠仿真出完整的波形為前提。由于同步脈沖觸發(fā)器與晶聞管整流橋是不可分割的兩個(gè)環(huán)節(jié)，通常作為一個(gè)組合體來(lái)討論。為了得到三相對(duì)稱交流電壓源，其參數(shù)設(shè)囂方法及參數(shù)設(shè)置如下：在電壓源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框(Ac Voltage Source)中設(shè)置A相交流電源參數(shù)為：幅值(Peak amplitude)取220V、初相位(Phase)為00、頻率(Frequency)為50Hz、其它為默認(rèn)值，如圖2．4所示。(2)晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。首先在元件模塊組中選取“Series RLCBranch模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“平波電抗器”；然后對(duì)平波電抗器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖2．6所示。首先在電機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“DCMachine”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“直流電動(dòng)機(jī)”；直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接直流恒定勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電源選取直流電壓源模塊；電樞繞組”經(jīng)平波電抗器接晶闌管整流橋的輸出；電動(dòng)機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te，通過“示波器’’模塊觀察仿真輸出。(5)同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。、Ub、U。圖中觸發(fā)器開關(guān)信號(hào)為“0時(shí)，開放觸發(fā)器；為“l(fā)時(shí)，封鎖觸發(fā)器。2。2．3仿真分析根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置和控制器設(shè)置，可以進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB、SIMULINK仿真研究，其中，給定信號(hào)50，勵(lì)磁電壓為100伏，仿真結(jié)果如圖2．1l所示，可以看出，開環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度比較慢，轉(zhuǎn)速在第5秒才接近穩(wěn)態(tài)值。觀察波形可見，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值隨著勵(lì)磁電壓的增大而明顯降低，且調(diào)節(jié)速度明顯加快，1秒以內(nèi)轉(zhuǎn)速就達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值。多環(huán)系統(tǒng)的控制電路較復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套(或稱串級(jí))聯(lián)接，如圖3．1所示。為了便于MATLAB與Simulink環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)和建?？刂疲鶕?jù)圖3．2調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖，建立調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，見圖3．3所示。(3)其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。3．2多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3．2．1多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路的一般步驟是：(1)先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)后設(shè)計(jì)外環(huán)，然后將設(shè)計(jì)好的內(nèi)環(huán)等效成一個(gè)環(huán)節(jié)；在設(shè)計(jì)外環(huán)時(shí)，將等效內(nèi)環(huán)作為本環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)處理，直到設(shè)計(jì)完整個(gè)系統(tǒng)。3．2．3系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置1．主電路的建模和參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)主電路的建模和模型參數(shù)設(shè)置與開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)絕大部分相同，詳細(xì)設(shè)置與實(shí)現(xiàn)步驟如本論文的第二章所述，這里僅僅說明了平波電抗器參數(shù)設(shè)置和SCR整流橋參數(shù)設(shè)置，如圖3．5和翻3．6所示。雙閉環(huán)系統(tǒng)有兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器一一ACR和ASR，參數(shù)設(shè)置分別是：ACR：KP=20，K，=1．2，上下限幅值為【1000，．1000】；ASR：KP=10，K，=2．5，上下限幅值為【40，．40】。圖3．8是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速曲線。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線性增長(zhǎng)。當(dāng)調(diào)節(jié)器參數(shù)選取不合適時(shí)，其特性也將發(fā)生很大的變化，有時(shí)，仿真出來(lái)的波形超調(diào)量偏大，建立時(shí)間偏長(zhǎng)，這不滿足調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求，所以在仿真過程中，必須反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，不僅能將一些抽象的問題變得直觀易懂，加強(qiáng)了理論和實(shí)際的結(jié)合，而且使系統(tǒng)參數(shù)選擇更加科學(xué)準(zhǔn)確