【正文】 參數(shù)。2．1開環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真模型開環(huán)直流調速系統(tǒng)的電氣原理結構圖如圖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。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。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。整個Simulink模塊庫是由若干個模塊組構成。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。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。由于MATLAB軟件能夠很好地對電機調速系統(tǒng)進行仿真，因此在本論文中，利用MATLAB特別是Simulink工具箱，構建電機調速系統(tǒng)的仿真模型，對多種智能調速方法的仿真實現(xiàn)、性能分析和算法設計做了深入的研究。電機調速系統(tǒng)仿真研究的內容包括系統(tǒng)的建模、性能分析、算法設計和優(yōu)化參數(shù)等幾個方面。1．1．2調速控制系統(tǒng)的計算機仿真調速控制系統(tǒng)的計算機仿真是涉及到控制理論、計算數(shù)學和計算機技術的綜合性技術。(2)交流化。目前對調速特性要求較高的生產工藝大都采用了矢量控制型的變頻調速裝置。20世紀60年代中期，德國人率先提出了脈寬調锘JJ(PWM)變頻的思想，將通信系統(tǒng)中的調制技術應用于變頻調速中，為現(xiàn)代交流調速技術的發(fā)展和應用開辟了道路?？蒲袉挝?、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速系統(tǒng)裝置。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。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速的場合得到廣泛的應用。直流電動機智能調速仿真研究摘要電動機作為把電能轉換為機械能的動力設備，已被廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、國防軍事、交通運輸?shù)雀鱾€領域。直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調速系統(tǒng)一直占據壟斷地位。但在工程技術、自然、社會、經濟等眾多情況下，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。而在國內，數(shù)字式直流電機調速系統(tǒng)也具有很大的市場需求。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)設計方法，將模糊控制和PID控制通過自適應因子結合，在線自調整控制參數(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。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，它應用坐標變換將三相系統(tǒng)等效成兩相系統(tǒng)，經過按轉子磁場定向的同步旋轉坐標變換實現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉矩分量之間的解耦，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矩控制問題。在功率驅動裝置中，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，又可改善電網的功率因素。智能控制如模糊控制、神經網絡控制、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應用于電機控制系統(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。使用MATLAB軟件對各種調速系統(tǒng)進行仿真分析和設計，可以大大縮短控制系統(tǒng)的算法設計開發(fā)周期。近年來，面向電氣原理圖結構的構建調速系統(tǒng)模型的方法得到了越來越多的應用，以此進行各種交直流調速系統(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)的電氣原理圖結構相似，很直觀；但系統(tǒng)模型規(guī)模較大，仿真時間較長。對頻繁啟、制動的設備要求盡可能快地加、減速，縮短啟、制動時間，以提高生產效率；對不宜經受劇烈速度變化的機械，則要求啟、制動盡可能的平穩(wěn)。另外，使用MATLAB中的各種分析工具，還可以對仿真結果進行分析和可視化。Simulink環(huán)境下可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫(Power System Blockset)主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開發(fā)的，其功能非常強大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I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。測量模塊組中各基本模塊及其圖標如圖1．3所示。5．電動機系統(tǒng)模塊組電動機系統(tǒng)模塊組包括簡單同步電動機(Synchronous Machine)、永磁同步電動機(Permanent Magnet Synchronous Machine)、直流電動機(DC Machine)、異步電動機(Asynchronous Machine)、勵磁系統(tǒng)(Excitation System)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PowerSystem Stabilizer，PSS)和輸出信號測量分配器(Machies Measurement Demax)等模塊。為了使系統(tǒng)得到好的性能，通常要根據仿真結果來對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行參數(shù)的優(yōu)化調整。(2)在進行參數(shù)設置時，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等裝置的參數(shù)設置原則是：如果針對某個具體的裝置進行參數(shù)設置，則對話框中的有關參數(shù)應取該裝置的實際值：如果是不針對某個具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的參數(shù)默認值進行仿真。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環(huán)節(jié)，通常作為一個組合體來討論。(2)晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設置。首先在電機系統(tǒng)模塊組中選取“DCMachine”模塊，并將模塊標簽改為“直流電動機”；直流電動機的勵磁繞組接直流恒定勵磁電源，勵磁電源選取直流電壓源模塊；電樞繞組”經平波電抗器接晶闌管整流橋的輸出；電動機經TL端口接恒轉矩負載，直流電動機的輸出參數(shù)有轉速n、電樞電流Ia、勵磁電流If、電磁轉矩Te，通過“示波器’’模塊觀察仿真輸出。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是將三相交流電源的相電壓轉換成線電壓。圖中觸發(fā)器開關信號為“0時，開放觸發(fā)器；為“l(fā)時，封鎖觸發(fā)器。2．3仿真分析根據上述參數(shù)設置和控制器設置，可以進行直流調速系統(tǒng)的MATLAB、SIMULINK仿真研究，其中，給定信號50，勵磁電壓為100伏，仿真結果如圖2．1l所示，可以看出，開環(huán)系統(tǒng)的調節(jié)速度比較慢，轉速在第5秒才接近穩(wěn)態(tài)值。多環(huán)系統(tǒng)的控制電路較復雜。為了便于MATLAB與Simulink環(huán)境仿真實驗和建模控制，根據圖3．2調速系統(tǒng)電路原理圖，建立調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖，見圖3．3所示。3．2多環(huán)調速系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)3．2．1多環(huán)調速系統(tǒng)的設計思路多環(huán)調速系統(tǒng)的設計思路的一般步驟是：(1)先設計內環(huán)后設計外環(huán)，然后將設計好的內環(huán)等效成一個環(huán)節(jié)；在設計外環(huán)時，將等效內環(huán)作為本環(huán)的一個環(huán)節(jié)來處理，直到設計完整個系統(tǒng)。雙閉環(huán)系統(tǒng)有兩個PI調節(jié)器一一ACR和ASR，參數(shù)設置分別是：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】。第二階段，ASR飽和，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉速線性增長。通過計算機仿真技術，不僅能將一些抽象的問題變得直觀易懂，加強了理論和實際的結合，而且使系統(tǒng)參數(shù)選擇更加科學準確