【正文】 程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準時間最優(yōu)控制” 。穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速等于給定值 gn，電樞電流 aI等于負載電流 LI，ASR 和 ACR 的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。由于電流 aI保持恒定值 amI，即系統(tǒng)的加速度 dtn/為恒值，所以轉(zhuǎn)速 n 按線性規(guī)律上升，由 nCRUemd???知，dU也線性增加，這就要求 kU也要線性增加，故在啟動過程中電流調(diào)節(jié)器是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。繪制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：圖 2—7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 起動過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 gnU由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓giU、電流調(diào)節(jié)器輸出電壓 k、可控整流器輸出電壓 d、電動機電樞電流 aI和轉(zhuǎn)速n的動態(tài)響應(yīng)波形過程如圖 2—8 所示。PI 調(diào)節(jié)器輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。而 d，一般都是大于額定電流 dnI的。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電動機的最大電流 (堵轉(zhuǎn)電流)可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。常用的抗擾性能指標為動態(tài)降落和恢復(fù)時間： 1）動態(tài)降落 %maxc? 系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，突加一定數(shù)值的擾動（如額定負載擾動）后引起轉(zhuǎn)速的最大降落值 maxc叫做動態(tài)降落，用輸出量原穩(wěn)態(tài)值 1?c的百分數(shù)來表示。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標有上升時間，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間：1）上升時間 rt在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 ?c所經(jīng)過的時間稱為上升時間，它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性，見圖 2—2。脫離了對靜差率的要求。然而靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。然后按照自動控制原理，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)進行分析和計算，利用 Simulink 對系統(tǒng)進行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没渲饕攸c是： (1) 常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便； (2) 動態(tài)參數(shù)調(diào)整方便； (3) 系統(tǒng)可以方便的設(shè)計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復(fù)原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性； (4) 可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能； (5) 可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度； (6) 容易與上一級計算機交換信息； (7) 具有信息存儲、數(shù)據(jù)通信的功能； (8) 成本較低。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應(yīng)用的許多變速傳動系統(tǒng)，在滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。在實際應(yīng)用中，電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的機電能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)機械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機的旋轉(zhuǎn)速度。1930 年以后出現(xiàn)電機放大器控制的旋轉(zhuǎn)交流機組供電給直流電動機（由交流電動機 M 和直流發(fā)電機 G 構(gòu)成，簡稱 G—M 系統(tǒng)） ，以后又出現(xiàn)了磁放大器和汞弧整流器供電等，實現(xiàn)了直流傳動的無接點控制。本文從直流電動機的工作原理入手，建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并詳細分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動態(tài)性能。從機械特性上看,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。今天正在逐步推廣應(yīng)用的微機控制的全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)具有高精度、寬范圍的調(diào)速控制，代表著直流電氣傳動的發(fā)展方向。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，其中，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是目前直流調(diào)速系統(tǒng)中的主流設(shè)備，它具有調(diào)速范圍寬、平穩(wěn)性好、穩(wěn)速精度高等優(yōu)點，在理論和實踐方面都是比較成熟的系統(tǒng)，在拖動領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用。目前交流電力拖動系統(tǒng)已具備了較寬的調(diào)速范圍，較高的穩(wěn)速精度，較快的動態(tài)響應(yīng)，較高的工作效率以及可以四象限運行和制動，其靜特性已可以與直流電動機拖動系統(tǒng)相媲美。通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高其使用效率。從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)） 、張力控制系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動控制系統(tǒng)?？箶_動性是指系統(tǒng)穩(wěn)定在 某一轉(zhuǎn)速上運行時，應(yīng)盡量不受負載變化以及電源電壓波動等因素的影響 [1，6] 。由圖 2—1 可見，對一個調(diào)速系統(tǒng)來說，如果能滿足最低轉(zhuǎn)速運行的靜差率 s，那么，其它轉(zhuǎn)速的靜差率也必然都能滿足。當給定信號表示方式不同時，輸出響應(yīng)也不一樣。對于線性控制系統(tǒng)來說，理論上要到 ??t才真正穩(wěn)定，但是實際系統(tǒng)由于存在非線性等因素并不是這樣。 實際系統(tǒng)中對于各種動態(tài)指標的要求各有不同，要根據(jù)生產(chǎn)機械的具體要求而定。兩者之間實行嵌套連接，如圖 2—4 所示。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況 [1，5， ，6，8] 。這樣是下垂特性只適合于 0n?的情況，因為如果 0n?,則*nU?,ASR 將退出飽和狀態(tài). 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于 dmI時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差,這時,轉(zhuǎn)速負反饋起主要的調(diào)節(jié)作用,但負載電流達到 dI時,對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出*imU,這時,電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差,采用了兩個 PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。兩個給定電壓的最大值*nm、 i由設(shè)計者給定，受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。速度調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。超調(diào)后， 0,???nfnU，使 ASR 退出飽和，其輸出電壓（也就是 ACR的給定電壓） giU才從限幅值降下來， dk與 也隨之降了下來，但是，由于 aI仍大于負載電流 LI，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)：當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。在設(shè)計 ASR 時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算一下就可以了，這樣就使設(shè)計方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量。從圖中可以清楚地看到Ⅰ型系統(tǒng)、Ⅱ型系統(tǒng)的差別。這樣 ,經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后,電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié),要將其設(shè)計成典型Ⅰ型系統(tǒng),同理,經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后,轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對象形如式(2)。（4）校驗近似條件電流環(huán)截止頻率?sKici?，a)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： sciT3??，現(xiàn)為???ss，滿足近似條件；b)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：,1lmci?現(xiàn)為cilmsT??????，滿足近似條件；c)小時間常數(shù)近似處理條件： oisciT13?，現(xiàn)為 oisT13=cis?????，滿足近似條件。 由于上述優(yōu)點，在中、小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中，直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛 [4]。這樣，電動機得到的平均電壓為： Ud=(ton/T)*Us=ρ*Us式中 T功率開關(guān)器件的開關(guān)周期 ton開通時間ρ 占空比，ρ= ton/T= ton*f，其中 f 為開關(guān)頻率。因此， Uab 在一個周期內(nèi)具有正負相間的脈沖波形，這是雙極式名稱的由來。當 ρ1/2 時，γ 為正，電動機正轉(zhuǎn)；當 ρ1/2 時，γ 為負，電動機反轉(zhuǎn)；當 ρ=1/2 時， γ=0 ，電動機停止。圖 4—1上圖為一他勵直流電動機的等效電路，其中： aU E分別為電動機電樞端電壓和反電勢；dI f電動機電樞電流和勵磁電流；aR L電樞電路電阻和電感；f 勵磁電路電阻和電感；fU電動機的勵磁電壓；ω電動機的角速度；J電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量；eT l電動機轉(zhuǎn)矩和負載阻轉(zhuǎn)矩。 顯然，若忽略不計粘性摩擦負載，則 KL=0，此時，永磁電動機的傳遞函數(shù)式⑤與前描述式 ??1/2???sTCsWmame相同，若電樞電感也可忽略不計，則式⑤與前述式 1/??sTe 相同。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計算機為工具，對系統(tǒng)進行實驗研究的一種方法。總之，在設(shè)計過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識，而且學(xué)會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。致 謝感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師麻鴻儒老師以及在我做畢業(yè)設(shè)計過程中給予我較大幫助的輔導(dǎo)老師，沒有他們的幫助，我是無法順利的完成這次設(shè)計的，再次向輔導(dǎo)老師表示感謝。The Simulation Platform of Synchronous Machine by MATLAB Abstract: The utilization of transducer realizes the control of voltage’s frequency. It changes the situation that Synchronous Machine is always running with constant speed. Just like Asynchronous Machine, Synchronous machine can also be viewed as a member of the timing machine. This thesis intends to aim at the typical salient pole machine in Synchronous Machine. Some quantitative analysis are made on relations of salient pole machine among current, voltage, flux, flux linkage and torque, under the condition that some factors such as harmonic electric potential are ignored. These factors have less influence on error but greatly increase plexity of arithmetic. Thus, simplified mathematic model is established on the basis of a, b, c three phase variables. By the Park transformation, this model is transformed to d, q model which, is easy to be controlled by puter. Simulink is used to masking and linking all the parts of the system. The system can be divided into four main parts, namely power system, abc/dq transformation, simulation model of the machine and feedback control. Special blocks are designed for the four parts and a series of parameters in these parts are configured. The results of simulation show that each output has a satisfactory response when there is disturbance.Key Words: Synchronous Machine Simulation d/q Model MATLAB SIMULINK目 錄第 1 章 引言 ......................................................1 引言 ................................................................................................................1 同步電機概述 ................................................................................................1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述 ........................................................................................2 仿真軟件的發(fā)展狀況與應(yīng)用 ...................................