【正文】 ，can not only satisfy the practical need of industry production，but alsoimprove the efficiency of source utilizing，and make important contribution to thenational economy．MATLAB is the popular simulated software of controlling system．Dut to thepowerful function，it has bee the necessary tool for calculation，analysis anddesign of controlling system．Using MATLAB to simulate，analyze and design variousmotor speed regulation systems，Call shorten developing period，and is beneficial toselecting the most suitable parameters and schemes of systems．第1章緒論1．1電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制根據(jù)電機(jī)使用的電源不同，可以分為交流電機(jī)和直流電機(jī)兩大種類。從控制技術(shù)的角度來(lái)看，又是近年發(fā)展迅速的交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。大型直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來(lái)實(shí)現(xiàn)。受矢量控制的啟迪，近年來(lái)又派生出諸如多變量解耦控制、變結(jié)構(gòu)滑模控制、自適應(yīng)控制【協(xié)12】等方法，豐富了矢量控制的內(nèi)涵。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。在研究方法上，考慮到上述提到的幾種仿真方式的特點(diǎn)，進(jìn)行了多種方式的仿真研究。最近幾年，隨著計(jì)算機(jī)仿真軟件的發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及其穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能的仿真分析己成為對(duì)電機(jī)系統(tǒng)研究的一個(gè)重要方面。革個(gè)的電阻、電容和電感元件只能通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的RLC分支以及它們的負(fù)載形式來(lái)定義。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了晶閘管可控整流裝置，它具有效率高、體積小、成本低、無(wú)噪聲等特點(diǎn)，其中，晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上。(1)三相對(duì)稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。其中，電樞繞組電阻和電感(Armature resistance and inductance)為f0．6 0。實(shí)際調(diào)速時(shí)，給定信號(hào)是在一定范圍內(nèi)變化的，可通過(guò)仿真實(shí)踐，確定給定信號(hào)允許的變化范圍。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速，故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán)，以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定轉(zhuǎn)速，把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán)，以實(shí)現(xiàn)在最大電流約束下的轉(zhuǎn)速過(guò)渡過(guò)程最快的最優(yōu)控制。3．2．2多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖3．4是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型。轉(zhuǎn)速超調(diào)之后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使速度保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。仿真結(jié)果分析如下：?jiǎn)?dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段。(2)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起到及時(shí)抗擾的作用。本章以轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB與Simulink環(huán)境建模與仿真，并分析其性能。至此，根據(jù)圈2．2主電路的連接關(guān)系，可建立起主電路的仿真模型，如圖2。其中，電阻值(Resistance R)為0 Ohms，電感值(Inductance L)為5e．03 H，電容值(Capacitance C)為inf。不同的系統(tǒng)需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一種算法更好，這需要逶過(guò)仿真實(shí)踐，從仿真能夠進(jìn)行、仿真的速度、仿真的精度等方面進(jìn)行比較選擇。本章以開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對(duì)象，采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，對(duì)典型的開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。電源模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．2所示。而MATLAB提供的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具SIMULINK，則是眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。這幾種方式各有特點(diǎn)，研究者大多使用基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建模方式。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，單機(jī)的控制系統(tǒng)越來(lái)越少，取而代之的是大規(guī)模多機(jī)協(xié)同工作的高度自動(dòng)化系統(tǒng)，這就需要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持，傳動(dòng)設(shè)備及控制器作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)連到現(xiàn)場(chǎng)總線或工業(yè)控制網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)集中或分散的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于這些原因，交流電機(jī)是一個(gè)多變量系統(tǒng)，而電壓、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速又互相影響，所以是強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)直流電機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)的研究也在不斷發(fā)展和完善，特別是在20世紀(jì)80年代，達(dá)到了研究的空前繁榮。使用MATLAB軟件對(duì)電機(jī)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(kāi)發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案。目前，直流調(diào)速系統(tǒng)是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的重要形式，特別是基于數(shù)字采集和計(jì)算機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，控制算法直接影響到控制系統(tǒng)的性能。為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對(duì)晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究。1985年德國(guó)魯爾大學(xué)的DePenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論(DirectTorqueControl簡(jiǎn)稱DTC)[13】，其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，目前正受到各國(guó)學(xué)者的重視。系統(tǒng)仿真就是用模型(物理模型或數(shù)學(xué)模型)代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，而計(jì)算機(jī)仿真能夠?yàn)楦鞣N實(shí)驗(yàn)提供方便、廉價(jià)、靈活可靠的數(shù)學(xué)模型。1．1．3調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)不同的生產(chǎn)機(jī)械，因生產(chǎn)工藝的不同，對(duì)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求也有所不同，歸納起來(lái)有下列三個(gè)方面：(1)調(diào)速。運(yùn)用MATLAB中的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)(Power System Blockset)[可以將電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的復(fù)雜算法和先進(jìn)控制理論相結(jié)合，因此運(yùn)用MATLAB／SIMULIK來(lái)建立準(zhǔn)確而有效的調(diào)速仿真模型是非常有必要的。單個(gè)元件的參數(shù)設(shè)置在串聯(lián)或并聯(lián)分支中是不同的，具體設(shè)置見(jiàn)表1．1。在控制快速性方面，交流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，大大提高系統(tǒng)的快速性。首先在電源模塊組中設(shè)置三個(gè)交流電壓源模塊，即A相、B相、C相；然后從連接器模塊組中選取“Ground”元件和“Bus Bar”元件并進(jìn)行連接，如圖2．3所示。012]：勵(lì)磁線圈電阻和電感(Fieldresistance and inductance)為【240 120】；勵(lì)磁電樞互感系數(shù)(Field．a(chǎn)rmature mutualinductance Laf)為1．8 H；總慣量(Total inertia J)為l；粘滯摩擦系數(shù)(Viscous frictioncoefficient Sm)為0；庫(kù)倫摩擦轉(zhuǎn)矩(Coulomb friction torque TO為0；初始速度(Initialspeed)為l。將主電路和控制電路的仿真模型按照開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖的連接關(guān)系進(jìn)行模型連接，邵可得到圖2．3所示的開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖如圖3．1所示。圖中，主電路電源部分的接地方式除了通過(guò)“Bus bar模塊三相共同接地外，也可采用每相分別接地，如圖3．4所示。當(dāng)兩調(diào)節(jié)器參數(shù)選取恰當(dāng)時(shí)，雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即系統(tǒng)在啟動(dòng)和升速過(guò)程中能夠在電機(jī)過(guò)載能力約束條件下表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形，具有比較好的效果和性能，能夠滿足實(shí)際的應(yīng)用要求和工程需要。