【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的求解方法，所以用戶根本不用懷疑 MATLAB 的準(zhǔn)確性。 2）運(yùn)算符豐富。由于 MATLAB 是用 C語(yǔ)言編寫(xiě)的， MATLAB 提供了和 C 語(yǔ)言幾乎一樣多的運(yùn)算符，靈活使用 MATLAB 的運(yùn)算符將使程序變得極 為簡(jiǎn)短。 3） MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如 for循環(huán)， while 循環(huán)， break 語(yǔ)句和 if 語(yǔ)句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? 4）程序限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大。例如，在 MATLAB 里，用戶無(wú)需對(duì)矩陣預(yù)定義就可使用。 5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。 6） MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。在 FORTRAN 和 C 語(yǔ)言里，繪圖都很不容易，但在 MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡(jiǎn)單。 MATLAB 還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。 7） MATLAB 的缺點(diǎn)是，它 和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。 8）功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。 MATLAB 包含兩個(gè)部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互功能。功能性工具箱用于多種學(xué)科。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,mumnication toolbox 等。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫(xiě)的，所以用戶無(wú)需編寫(xiě)自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高，精，尖的研究。 9）源程序的開(kāi)放性。開(kāi)放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點(diǎn)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 14 頁(yè) 共 36頁(yè) MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。 SIMULINK 介紹 ⑴ SIMULINK 介紹 Simulink 工具箱是 Matlab 各種工 具箱中比較特別的，他是從底層開(kāi)發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面。在這個(gè)環(huán)境中，用戶可以利用鼠標(biāo)或鍵盤，完成面向框圖系統(tǒng)仿真的全部過(guò)程，并且更加直觀、快速和準(zhǔn)確地達(dá)到仿真的目標(biāo)。 Simulink工具箱的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是他不給出任何新的函數(shù)。 SIMULINK是 MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個(gè)軟件包，它與 MATLAB 語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于 Windows 的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語(yǔ)言的編程上。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿 真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulinkamp。reg。是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于 模型的設(shè)計(jì)中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 15 頁(yè) 共 36頁(yè) 工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。 Simulink 作為面向框圖的仿真軟件，具有以下功能： (1)用方框圖的繪制代替程序的編寫(xiě)。 (2)仿真的建立和運(yùn)行是智能化的。 (3)輸入輸出信號(hào)來(lái)源形式的多樣化。 通常在通信系統(tǒng)仿真模型中使用的工具箱除了 Simulink 之外，還有一些以Simulink 為基礎(chǔ)的模塊工具箱。最常用的有電力系統(tǒng) (Powersys)模塊工具 箱，數(shù)字信號(hào)處理 (DSP Blocks)模塊工具箱，定點(diǎn)處理 (FixPointBlocks)模塊工具箱和通信系統(tǒng) (Comm)模塊工具箱。 電力系統(tǒng) (Powersys)模塊工具箱提供了電力傳輸和拖動(dòng)中用到的各種子系統(tǒng)模型，他包含電源、元件、電機(jī)、電力電子、測(cè)量、聯(lián)接及其他。 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP Blocks)模塊工具箱，包括信號(hào)源庫(kù)、信號(hào)漏 (終端庫(kù) )、通用 DSP 庫(kù)、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、濾波器庫(kù)、頻譜分析庫(kù)及演示庫(kù)。 定點(diǎn)處理 (FixPoint Blocks)模塊工具箱主要是為分析計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)有限對(duì)處理 信號(hào)造成的影響而提供的各種 Simulink 模塊，包括定點(diǎn)的算術(shù)運(yùn)算、定點(diǎn)的邏輯運(yùn)算、定點(diǎn)的變換運(yùn)算、定點(diǎn)數(shù)的傳送和定點(diǎn)數(shù)的聯(lián)接。 通信系統(tǒng) (Comm)模塊工具箱主要包括信號(hào)源和信號(hào)終端庫(kù)、信源編碼和信源解碼庫(kù)、糾錯(cuò)編碼和糾錯(cuò)解碼庫(kù)、調(diào)制和解調(diào)庫(kù)、多路存取庫(kù)、發(fā)送濾波和接收濾波庫(kù)以及信道庫(kù)等。 通過(guò)使用 Simulink 工具箱以及以他為基礎(chǔ)的其他工具箱可以很容易地建立起一個(gè)直觀的通信系統(tǒng)模型。第一階段是用圖形方式來(lái)畫(huà)結(jié)構(gòu)圖并進(jìn)行編輯；第二階段是進(jìn)行運(yùn)算仿真。在第一階段中首先要進(jìn)行環(huán)節(jié)庫(kù)框圖的建立，從各種庫(kù)中 查找到需要的圖標(biāo)后進(jìn)行排列；然后把各環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來(lái)；最后進(jìn)行環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)定。要注意在系統(tǒng)輸入端加上信號(hào)源，在用戶關(guān)心的輸出端加中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 16 頁(yè) 共 36頁(yè) 上信號(hào)終端 (即觀測(cè)或記錄信號(hào)的設(shè)備，如示波器、電壓表或文件等 )。這樣一個(gè)通信系統(tǒng)就確定了，接下來(lái)可以進(jìn)行仿真、確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)及方案比較。 ⑵ Simulink 特點(diǎn) ① 豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù) 、 交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 。 ② 通過(guò) Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、 參數(shù)、屬性，生成模型代碼 。 ③ 提供 API 用于與其他仿真程序的連接或與手寫(xiě)代碼集成 。 ④ 使用 Embedded MATLAB? 模塊在 Simulink 和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用 MATLAB 算法 。 ⑤ 使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式 (Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來(lái)決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯 C代碼的形式來(lái)運(yùn)行模型 。 ⑥ 圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為 可訪問(wèn) MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境， 定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù) 。 ⑦ 模型分析和診斷工具來(lái)保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤 。 2 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為負(fù)反饋，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流頂尖級(jí)的無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。 所以，設(shè)計(jì)步驟流程圖如下： 計(jì)算所需參數(shù) 建立帶比例放大器的閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真得出需改進(jìn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器 驗(yàn)證校正后的系統(tǒng)是否滿足要求 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 17 頁(yè) 共 36頁(yè) 設(shè)計(jì)原理 帶比例放大的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖與穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由圖可知：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： 電壓比較環(huán)節(jié)： *n n nU U U? ? ? 放大器： c p nU K U?? 電力電子變換器： 0d s cU KU? 調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性： 0ddU I Rn Ce?? 測(cè)速反饋環(huán)節(jié)： Un n?? 整理后可得系統(tǒng)的靜特性方程式： *(1 )P s n dK K U RIn Ce k Ce R??? () 其中 /p s eK K K C?? 如果斷開(kāi)反饋回路，當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為： 0ddU I Rn Ce?? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 18 頁(yè) 共 36頁(yè) 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落分別為： Nop IRn Ce?? (1 )dcl RIn Ce k?? ? 它們之間的關(guān)系為： 1 opcl nn k???? 將各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)帶入穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，即可得其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 3 參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)完系統(tǒng)框圖后，就可以用已知的傳遞函數(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)中要求給定的進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算。以便后面的系統(tǒng)仿真分析所用。 例出設(shè)計(jì) 要求給出的參數(shù)大?。? 用 線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)，主電路是 VM 系統(tǒng)。數(shù)據(jù)如下： 電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為 10KW， 220V， 55A， 1000r/min，電樞電阻 Ra=: 晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器 Y/Y 連接，二次線電壓 U21=230V，電壓放大系數(shù) Ks=44，平均失控時(shí)間 TS=； VM系統(tǒng)主電路 R=1Ω ,電樞回路總電感 L=,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪力矩 GD2=10N m2， 設(shè)測(cè)速發(fā)電機(jī)的參數(shù)：永磁式， ， 110v,， 1900r/min； 生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍 D=10， S5%。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 19 頁(yè) 共 36頁(yè) 靜態(tài)參數(shù)計(jì)算 A 額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降 為 了滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為 ： 5 .2 6 / m in(1 )Ncl nsnrDs? ? ?? B 閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開(kāi)環(huán)放大系數(shù) 先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)系數(shù) 2 2 0 5 5 0 .5 0 .1 9 2 5 . m in /1000N N aNU I RC e V rn? ? ?? ? ? 則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)額定速降為： 5 5 1 2 8 5 .7 / m in0 .1 9 2 5Nop IRnrCe ?? ? ? ? 閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為： 1 53 .3opopnk n?? ? ?? C 計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù) 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋 B包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Cetg和其輸出電位器 RP2的分壓系數(shù)a2，即 2 etgaC?? 根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)，有 110 0 .0 5 7 9 . m i n /1900e tgC v r?? 取 a2= 由此可得 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： B=D 電位器 RP 的選擇 為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒(méi)有顯著影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流為額定值的 20%，則 e t g NR P 2N t gCn 0 . 0 5 7 9 1 0 0 0R 1 3 7 90 . 2 I 0 . 2 0 . 2 1?? ? ? ?? 此時(shí)其所消耗的 功率為： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 20 頁(yè) 共 36頁(yè) RP2 e tg N N tgW C n 0 .2 I 0 .0 5 7 9 1 0 0 0 0 .2 0 .2 1 2 .4 3 w? ? ? ? ? ? ? 為了不致電位器溫度很高，實(shí)選的功率應(yīng)為其所消耗的一倍以上，故 2RP 選為 10w，? 。 E 運(yùn)算放大器的放大系數(shù)和參數(shù) 運(yùn)算放大器的放大系數(shù)： ???，取 Kp=21 取 R0=40k? ，則 R1= pK R0=21?40k? =840k? 動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算 在經(jīng)典控制理論中，動(dòng)態(tài)分析基于傳遞函數(shù)的確定，所以要求出傳遞函數(shù)，需根據(jù)已知求出動(dòng)態(tài)參數(shù)，后再判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 由圖可見(jiàn)，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函是： 2() ( 1 ) ( 1 )s m l mkWs T S T T S T S? ? ? ? 其中 /p s eK K K C?? 其中 mT 為機(jī)電時(shí)間常數(shù) lT 為電磁時(shí)間常數(shù) 由已知 L= 取 L= 電磁時(shí)間常數(shù) 0 .0 1 7 0 .0 1 71l LHTsR? ? ?? 機(jī)電常數(shù)： 2 10 1 30375 375 5 5m G D RC e C m??? ? ?? ? ? 如果 Kp取 21，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)取為： 2 1 4 4 0 .0 1 1 5 8/ 5 5 .5 80 .1