【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的建模主要包括兩部分，即主電路的建模與控制電路的建模。建模與參數(shù)設(shè)置的基本原則和方法如下：（1）系統(tǒng)建模時(shí)，將其分成主電路和控制電路兩部分分別進(jìn)行。（2）在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時(shí)，晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等裝置(固有環(huán)節(jié))的參數(shù)設(shè)置原則是：如果針對(duì)某個(gè)具體的裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則對(duì)話框中的有關(guān)參數(shù)應(yīng)取該裝置的實(shí)際值；如果是不針對(duì)某個(gè)具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的參數(shù)默一認(rèn)值進(jìn)行仿真。若仿真結(jié)果理想，可認(rèn)可這些設(shè)置的參數(shù)；若仿真結(jié)果不理想，則通過(guò)這些仿真實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。（3）給定信號(hào)的變化范圍、調(diào)節(jié)器的參數(shù)和反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)的反饋系統(tǒng)(閉環(huán)系統(tǒng)中使用)等可調(diào)參數(shù)的設(shè)置，其一般方法是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。其具體的方法是分別去設(shè)置這些參數(shù)中的一個(gè)較大值與一個(gè)較小值進(jìn)行仿真，從而了解它們對(duì)系統(tǒng)性能的影響趨勢(shì)，據(jù)此可漸漸將參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。（4）仿真時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要而定，以能夠仿真出完整的波形為前提。（5）因?yàn)閷?shí)際系統(tǒng)是多樣性的，所以沒(méi)有一種仿真算法是萬(wàn)能的。多種多樣的系統(tǒng)所采用的仿真算法也是形形色色的，采用哪種算法更為合適，這需要通過(guò)仿真來(lái)實(shí)踐，從仿真得以進(jìn)行、仿真速度、仿真精度等方面進(jìn)行選擇比較。 主電路的建模和參數(shù)設(shè)置開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的主要組成部分是：三相對(duì)稱(chēng)交流電壓源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等。由于同步脈沖觸發(fā)器與晶閘管整流橋是不可分割的兩個(gè)環(huán)節(jié)，通常作為一個(gè)組合體來(lái)討論。因此可以將觸發(fā)器歸結(jié)到主電路中進(jìn)行建模。（1）三相對(duì)稱(chēng)交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。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。為了得到三相對(duì)稱(chēng)交流電壓源，其參數(shù)設(shè)置方法及參數(shù)設(shè)置如下：在電壓源參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)置A相交流電源參數(shù)為：幅值(Peak amplitude)取220V、初相位(Phase)為0176。、頻率(Frequency)為50Hz、其它為默認(rèn)值。B, C相交流電源的參數(shù)設(shè)置，除了將初始相位設(shè)置值互差120176。外，其它與A相相同。因此能夠得到三相對(duì)稱(chēng)交流電源。 A相電源參數(shù)設(shè)置（2）晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。首先在電力電子模塊組中選Universal Bridge”模塊。當(dāng)采用三相整流橋時(shí)，橋臂數(shù)(Number of bridgearms)取3；A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端(Prot configuration)；過(guò)渡電阻(Snubber resistance RS)為50000 Ohms；過(guò)渡電容(Snubber capacitance Cs)為inf；電力電子元件(Power Electronic device)選擇晶閘管；導(dǎo)通電阻(Ron)為1e3Ohms；導(dǎo)通電感(Lon)為0H，正向電壓(Forward voltage Vf)為0 V。 SCR整流橋參數(shù)設(shè)置（3）平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)置。首先在元件模塊組中選取“Series RLC Branch”模塊，然后對(duì)平波電抗器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，類(lèi)型直接選為電感就可以得到電抗器了。平波電抗器的電感值是通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)比較后得到的優(yōu)化參數(shù)。其中，電感值(Inductance L)為5e3 H。 平波電抗器參數(shù)設(shè)置（4）直流電動(dòng)機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置。首先在電機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“DC Machine”模塊，直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組“F+—F”接直流恒定勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電源選取直流電壓源模塊；電樞繞組“A +—A經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出；電動(dòng)機(jī)經(jīng)TL端口接恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，直流電動(dòng)機(jī)的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te，通過(guò)“示波器”模塊觀察仿真輸出。其中，電樞繞組電阻和電感為[ ]；勵(lì)磁線圈電阻和電感為[240 120]； F；總慣量為1；粘滯摩擦系數(shù)為0：庫(kù)倫摩擦轉(zhuǎn)矩為0；初始速度為1。 直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置（5）同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。工程上通常將觸發(fā)器和晶閘管整流橋作為一個(gè)整體來(lái)研究，所以在此處討論同步脈沖觸發(fā)器。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。6脈沖觸發(fā)器可從附加控制子模塊組獲得。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(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。其中，Uct為觸發(fā)裝置控制電壓；Ua, Ub, Uc分別為a, b, c三相相電壓；In2為觸發(fā)信號(hào)；AB為A、B兩相線電壓；BC為B、C兩相線電壓；CA為C、A兩相線電壓；Block為時(shí)鐘；Out1為輸出脈沖信號(hào)。 (a)同步6脈沖觸發(fā)器 (b)封裝后的子系統(tǒng) 同步脈沖觸發(fā)器和封裝后的子系統(tǒng)符號(hào)至此，可建立起主電路的仿真模型。上圖中若想要封鎖觸發(fā)器，則該觸發(fā)器的開(kāi)關(guān)信號(hào)為“1”；若想開(kāi)放觸發(fā)器，則該觸發(fā)器的開(kāi)關(guān)信號(hào)為“0”。 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個(gè)給定環(huán)節(jié)，在輸入源模塊組中選取 Constant”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“Signal”，然后雙擊該模塊，將參數(shù)設(shè)置為某個(gè)值，此處設(shè)為150。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。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。 系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置通過(guò)設(shè)置在MATLAB模型窗口的“Simulation”菜單參數(shù)，完成對(duì)仿真參數(shù)的設(shè)置。 仿真參數(shù)設(shè)置 在“Simulation parameters…”。 仿真參數(shù)設(shè)置對(duì)話框及參數(shù)設(shè)置仿真中所選擇的計(jì)算方法為ode23s(2階Rosebrock算法)、由于實(shí)際系統(tǒng)的多樣性，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，可通過(guò)仿真實(shí)踐進(jìn)行比較選擇；仿真Start time一般設(shè)為0：Stop time根據(jù)實(shí)際需要而定，一般只要能夠仿真出完整的波形就可以了。 仿真結(jié)果輸出及分析仿真一：勵(lì)磁電壓為100V時(shí) 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（注：轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te曲線） 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流曲線 勵(lì)磁電壓為100V時(shí)轉(zhuǎn)速、電流曲線根據(jù)上述參數(shù)設(shè)置和控制器設(shè)置，可以進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB 、Simulink仿真研究，其中，給定信號(hào)150，勵(lì)磁電壓為100伏，可以看出，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速度比較慢，轉(zhuǎn)速在第5秒才接近穩(wěn)態(tài)值。其轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值比較大。仿真結(jié)果分析：上圖的仿真參數(shù)和普通的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)完全一樣，而從仿真結(jié)果可以看出，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，可以抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)。所以帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)比普通的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠更快的達(dá)到平衡。仿真二：勵(lì)磁電壓為220V時(shí) 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)曲線圖（注：轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、勵(lì)磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te曲線） 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流曲線 勵(lì)磁電壓增大到220V時(shí)轉(zhuǎn)速、電流曲線由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和勵(lì)磁磁通成反比易知，調(diào)節(jié)勵(lì)磁磁通可以改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性。、電流曲線。觀察波形可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)值隨著勵(lì)磁電壓的增大而明顯降低，且調(diào)節(jié)速度明顯加快，1秒以?xún)?nèi)轉(zhuǎn)速就達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值。 小結(jié) 本章節(jié)描述了一種開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB與Simulink仿真研究，詳細(xì)給出了主電路的建模，控制電路的建模，并說(shuō)明了相關(guān)參數(shù)和變量的取值和設(shè)定。3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 問(wèn)題的提出采用PI調(diào)節(jié)器、帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和無(wú)靜差調(diào)速，又限制了啟動(dòng)時(shí)的最大電流。這對(duì)一般要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)基本滿(mǎn)足要求了。但是由于電流截止負(fù)反饋只能限制最大啟動(dòng)電流，而不能保證在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中維持最大電流，隨著轉(zhuǎn)速的上升，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)增加，使啟動(dòng)電流達(dá)到最大值后又迅速降下來(lái)，電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，必然影響啟動(dòng)的快速性。為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管元件及電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)。即在整個(gè)過(guò)程中，使啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值迅速下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。為了實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)過(guò)程，工程上常采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變