【文章內(nèi)容簡介】 來，仿真領(lǐng)域的研究重點是放在仿真模型建立這一環(huán)節(jié)上，即建立準確而快速地仿真模型是至關(guān)重要的。而MATLAB提供的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具SIMULINK，則是眾多仿真軟件中功能最強大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。在SIMULINK中，對系統(tǒng)進行建模將變得非常簡單，而且仿真過程是交互的，因此，可以很隨意地改變仿真參數(shù)，并且立即可以得到修改后的仿真結(jié)果。另外，使用MATLAB中的各種分析工具，還可以對仿真結(jié)果進行分析和可視化。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。最近幾年，隨著計算機仿真軟件的發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學建模及其穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的仿真分析己成為對電機系統(tǒng)研究的一個重要方面。運用MATLAB中的電力系統(tǒng)模塊庫(Power System Blockset)[可以將電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計所需要的復雜算法和先進控制理論相結(jié)合，因此運用MATLAB／SIMULIK來建立準確而有效的調(diào)速仿真模型是非常有必要的。運用MATLAB／SIMULINK來建立的調(diào)速系統(tǒng)的模型，其通用性強、構(gòu)造模型簡單、修改參數(shù)容易、界面友好、功能強大等優(yōu)點，適宜于系統(tǒng)動態(tài)分析，減少了重復勞動，對分析和設(shè)計有較高的實用價值。1．2．2 Simulink模塊Simulink是The MathWorks公司于1990年推出的產(chǎn)品，是在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)框圖和仿真的模塊庫【211?！癝imu”一詞表明它可以用計算機模擬，而“Linl(一詞表明它能進行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來，構(gòu)成復雜的系統(tǒng)模型。正式由于Simulink的這兩大功能和特色，使它成為仿真領(lǐng)域首選的計算機環(huán)境。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(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。整個Simulink模塊庫是由若干個模塊組構(gòu)成。在Simulink模塊庫中，包含連續(xù)模塊組(Continuous)、離散模塊組(Discrete)、函數(shù)與表模塊組(Functionamp。Tables)、數(shù)學運算模塊組(Math)、非線性系統(tǒng)模塊(Nonlinear)、信號與系統(tǒng)模塊組(Signalsamp。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，在該模塊庫中有很多模塊組，如圖1．1所示，主要有電源(Electrical sources)、元件(Elements)、電力電子(PowerElectronics)、電機系統(tǒng)(Machines)、連接器(Connectors)、測量(Measurements)、演示(Demos)模塊組等，雙擊每一個圖標都可打開一個模塊組。1．電源模塊組電源模塊組包括直流電壓源(DC Voltage source)、交流電壓源(AC Voltagesource)、交流電流源(AC Current source)、受控電壓源(Controlled Voltage source)和受控電流源(Controlled Current source)基本模塊等。電源模塊組中各基本模塊及其圖標如圖1．2所示。2．測量模塊組測量模塊組包括電壓表(Voltage Measurement)、電流表(Current Measurement)、阻抗表(Impedance Measurement)、多用表模塊組(Multimeter)和各種附加的子模塊組等基本模塊。測量模塊組中各基本模塊及其圖標如圖1．3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。革個的電阻、電容和電感元件只能通過串聯(lián)和并聯(lián)的RLC分支以及它們的負載形式來定義。單個元件的參數(shù)設(shè)置在串聯(lián)或并聯(lián)分支中是不同的，具體設(shè)置見表1．1。元件模塊組中各基本模塊及其圖標如圖1．4所示。4．電力電子模塊組電力電子模塊包括理想開關(guān)(Ideal Switch)、二極管(Diode)、晶閘管(Thyristor)、功率MOS場效應管(Mosfet)、絕緣門級晶體管(IGBT)等組成，此外還有2個附加的控制模塊組和一個整流橋。電力電子模塊組中各基本模塊及其圈標如圖l。5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。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。7．附加模塊組圖1．8是附加測量子模塊所包含的模塊圖標。圖1．9是離散型附加控制予模塊組所包含的模塊圖標。以上，我們簿要介紹了MATLAB的Simulink和Power System模塊庫所包含的摸塊內(nèi)容。第2章開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究。本章以開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，對典型的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真實驗分析。面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法步驟如下：首先以調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)，弄清楚系統(tǒng)的構(gòu)成，在電力系統(tǒng)(Power System)和Simulink模塊庫中找出對應的模塊，按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行建模；參數(shù)設(shè)置，在完成各環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置后，然后對系統(tǒng)中的各個組成環(huán)節(jié)進行元件進行仿真參數(shù)的設(shè)置；最后對系統(tǒng)進行仿真實驗和仿真結(jié)果分析。為了使系統(tǒng)得到好的性能，通常要根據(jù)仿真結(jié)果來對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。2．1開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)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。20世紀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、無噪聲等特點，其中，晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上。在控制快速性方面，交流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，大大提高系統(tǒng)的快速性。由晶閘管整流裝置給直流電動機供電的調(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。圖2．1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制框圖在MATLAB5．2以上版本中增加了一個電力系統(tǒng)(Power System)3具箱，該工具箱與控制系統(tǒng)工具箱有所不同，用戶不需自己編程且不需推導系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，只需要從工具箱的元件庫中復制所需的電氣元件，按電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行連接，系統(tǒng)的建模過程接近實際系統(tǒng)的搭建過程，且元件庫中的電氣元件能較全面地反映相應實際原件的電氣