【正文】 從 Power System 和 Simulink 模塊庫中找出對應的模塊，按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行連接得到開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 MATLAB 仿真圖，如圖 43 所示。附加模塊庫中還包括：均方根測算、有功與無功功率測算、傅立葉分析、可編程定時器和同步觸發(fā)脈沖脈沖發(fā)生器等。 SIMULINK 模塊庫內(nèi)資源相當豐富，基本模塊庫包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)非線性系統(tǒng)、信號與函數(shù)、輸入模塊、接收模塊等等，使用方便。 ⑤ 功能豐富，可擴展性強。 MATLAB 是一套高性 能的數(shù)值計算和可視化軟件。 ⑤ 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 按所用放大器取 ?? KR 400 ，各電阻和電容值計算如下 ?????? KKRKR ii ，取 40 ?K FFRC iii ??? 63 ????? ，取 F? FFRTC oioi ?? 630 ?????? ，取 F? 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為 %5% ??i? ，滿足設計要求。 電流調(diào)節(jié)器的設計 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 21 (1) 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡 在圖 34 點畫線框內(nèi)的電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設計工作帶來麻煩。這個趨勢與跟隨性能指標中超調(diào)量與 h 值的關系恰好相反，反應了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 具體選擇參數(shù)時，如果工藝上主要要求動態(tài)響應快， 可取 ?? ～ ，把 K 選大一些；如果主要要求超調(diào)小，可取 ?? ～ ，把 K 選小一些；如果要求無超調(diào)，則取 ?? ， TK ? ；無特 ωc 殊要求時，可取折中值，即 ?? ，TK ? ，此時略有超調(diào)（ ? =%）。 一般來說，許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可用下式表示 ? ?? ?? ???????? niirmjjsTssKsW1111? （ 3—3） 其中分子和分母上還有可能含有復數(shù)零點和復數(shù)極點。 dU? 和 dLI 都作用在被轉(zhuǎn)速負反河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 14 饋環(huán)包圍的前向通道上，僅就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。 U n*+U nASRU i * +ACRβaU cU dn+I dnU iK 0 1/C e 圖 32 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 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。如果在系統(tǒng)中另設一個電流調(diào)節(jié)器，就可以構(gòu)成電流閉環(huán)。如果低速時的 靜差率能滿足設計要求，則高速時的靜差率就更能滿足要求了。 在上式中， eK 是常數(shù)，電流 I 是由負載決定的，因此調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法： ① 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U ； ② 減弱勵磁磁通 ? ； ③ 改變電樞回路電阻 R 。 工作特性是指電動機的端電壓 U=UN，勵磁電流 If=IfN時，電動機的轉(zhuǎn)速 n、電磁轉(zhuǎn)矩 Te 和效率 ? 與輸出功率的關系，即 n， eT ， ? ?2Pf?? 。熟悉電機的基本調(diào)速方法。 Simulink 可以超越理想的線性模型去探索更為現(xiàn)實的非線性問題的模型，如現(xiàn)實世界中的摩擦、空氣阻力、齒輪嚙合等自然 現(xiàn)象；它可以仿真到宏觀的星體，至微觀的分子原子，它可以建模和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)，可仿真動態(tài)系統(tǒng)的復雜性可大可小，可以是連續(xù)的、離散的或混合型的。 Speed regulator。 Computer simulation 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 目錄 ............................................................................................................... 1 課題背景 ................................................................................................ 1 直流調(diào)速的發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................ 2 課題內(nèi)容 ................................................................................................ 2 ................................................................................... 4 直流電動機的基本原理 ........................................................................ 4 直流電動機的運行特性 ........................................................................ 4 調(diào)速系統(tǒng) ................................................................................................ 5 直流電動機的調(diào)速 ....................................................................... 5 調(diào)速系 統(tǒng)性能指標 ....................................................................... 6 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題 ........................................................... 8 單閉環(huán)直流調(diào)速存在的問題 ....................................................... 9 ......................................................... 10 雙閉環(huán)調(diào)速原理 .................................................................................. 11 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和動態(tài)性能 .................................. 13 電流調(diào)節(jié)器的設計 .............................................................................. 15 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計 .............................................................................. 25 MATLAB 仿真 .................................................................. 31 MATLAB 語言 .................................................................................... 31 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真 .............................................................................. 34 結(jié)論 ................................................................................................................ 41 致謝 ................................................................................................................ 42 參考文獻 ........................................................................................................ 43 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 1 課題背景 直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動自動控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術。 Simulink 會使你的計算機成為一個實驗室，用它可對各種現(xiàn)實中存在的、不存在的、甚至是相反的系統(tǒng)進河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 2 行建模與仿真。 (2) 數(shù)學模型的建立 認真學習相關資料，根據(jù)直流電動機基本方程，建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型并給出動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。由于實際運行河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 5 中 aI 較易測得，且 aI 隨 2P 的增大而增大，故也可把工作特性表示為 n， eT ，? ?aIf?? 。 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)電樞電壓的方式為最好。因此，調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速進所能達到的數(shù)值為準。電力調(diào)節(jié)器串聯(lián)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之后，形成以電流反饋作為 內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速反饋作為外環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 ① 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差 電壓都是零，因此 0* nnUU nn ?? ??? dii IUU ???* 由第一個關系式可得 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 13 0* nUn n??? （ 3—1） 此時，由于 ASR 不飽和， *iU ＜ *imU ，從上述第二個關系式可知 dI ＜ dmI 。但從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不同，存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別。分母中的 rs 項表示該系統(tǒng)在原點處有 r 重極點，或者說，系統(tǒng) 含有 r 個積分環(huán)節(jié)。 典型 I 型系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)的關系 抗擾性能指標與參數(shù)的關系列于表 32（ KT=）。但是，當 5?h 時，由于振蕩次數(shù)的增加，h 越小，恢復時間 vt 反而拖長了。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速正比，它代 表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計 (1) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù) ??sWcli 。它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 MATLAB 軟件包括基本部分和專業(yè)部分。由基本 模塊又形成了其它的一些專用庫， MATLAB 中提到的工具箱，很多在 SIMULINK中都形成了專用模塊庫，仿真起來簡單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(Power System Blockset)，可以使直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真變得容易。 在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動系統(tǒng)仿真功能來分析系統(tǒng)的動態(tài)特性。 雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型只是在開環(huán)的基礎上增加了轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)模塊及限幅模塊，其仿真模型如圖 44 所示。 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真 為了使雙閉調(diào)速環(huán)系統(tǒng)的研究更有意義，為此先做一個開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB 仿真，不但可以用于比較，也對下面雙閉環(huán)模型的順利完成起到幫助作用?？梢杂?“Look Under Mask”命令打開其中的各模塊，查看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以了解構(gòu)造方法和規(guī)律。由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的，因此用戶可以分別對系統(tǒng)中各組成部分和整個系統(tǒng)進行仿真、分析和修改。繪 圖時自動選擇最佳坐標以及按輸入或輸出自動選擇算法；數(shù)值積分時自動按精度選擇步長，自動檢測和顯示程序錯誤的能力強，易于調(diào)試。 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 31 MATLAB仿真 MATLAB語言 MATLAB 軟件是由美國 NewMexico 大學的 C1eveMoler 博士于 1980 年開始開發(fā)的， 1984 年由 C1eveMOIer 等人創(chuàng)立的 Mathwork 公司正式推出了第一個商業(yè)版本。 根據(jù)運算放大器的電路原理，可以容易地導出 河南理工大學 畢業(yè)設計（論文）說明書 24 0RRK ii ? （ 3—25） iii CR?? （ 3—26）oioi CRT 041? （ 3—27） 由上述可得出電流環(huán)設計 ① 確定時間常數(shù) a 整流裝置滯后時間常數(shù) sTs ? ； b 電流濾波時間常數(shù) oiT ： 三相橋式電路每個波頭的時間是 ，為了基本濾平波頭，應有（ 1～ 2）oiT =，因此， oiT =2ms=； c 電流環(huán)小時間常數(shù) iT? ： sTTT oisi 0 0 3 ???? ② 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設計要求： i?