【正文】 INK軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿真是十分簡單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK環(huán)境中的菜單直接啟動(dòng)系統(tǒng)的仿真過程，同時(shí)將結(jié)果在示波器上顯示出來。掌握了強(qiáng)大的SIMULINK工具后，會(huì)大大增強(qiáng)用戶系統(tǒng)仿真的能力。MATLAB下的SIMULINK軟件具有強(qiáng)大的功能，而且在不斷地得到發(fā)展，隨著它的版本的更新，各個(gè)版本的模塊瀏覽器的表示形式略有不同，但本書所采用的都是基本仿真模塊，可以在有關(guān)的組中找到，在進(jìn)一步地學(xué)習(xí)和應(yīng)用SIMULINK軟件的其它模塊后，會(huì)為工程設(shè)計(jì)帶來便捷和精確。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先根據(jù)典型I型系統(tǒng)或典型Ⅱ型系統(tǒng)的方法計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后利用MATLAB下的SIMULINK軟件進(jìn)行仿真，靈活修正調(diào)節(jié)器參數(shù)，直至得到滿意的結(jié)果。也可用MATLAB仿真軟件包的設(shè)計(jì)工具箱設(shè)計(jì)其它各種控制規(guī)律的調(diào)節(jié)器，鑒于篇幅不一一展開。電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的巨大成就之一。它對(duì)科學(xué)計(jì)術(shù)的幾乎一切領(lǐng)域，特別對(duì)數(shù)值計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)計(jì)分析，人工智能以及自動(dòng)控制等方面產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。熟練掌握利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究和工程應(yīng)用的技術(shù)，已經(jīng)成為廣大科研設(shè)技人員必須具備的基本能力之一。大部分從事科學(xué)研究和工程應(yīng)用的讀者朋友可能都已經(jīng)注意到并為之所困擾的是，當(dāng)我們的計(jì)算涉及矩陣運(yùn)算或畫圖時(shí)，利用FORTRAN和C語言等計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很麻煩的工作。Matlab正是為了免除無數(shù)類似上述的尷尬局面而產(chǎn)生的。在1980年前后，美國的Cleve博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用其它高級(jí)語言編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了Matlab（MATrix LABoratory，即矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是集命令翻譯，科學(xué)計(jì)算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過在該大學(xué)進(jìn)行了幾年的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本，矩陣的運(yùn)算變得異常容易。 仿真軟件操作過程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，是描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。描述系統(tǒng)諸變量間靜態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為靜態(tài)模型；描述自控系統(tǒng)諸變量間動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為動(dòng)態(tài)模型。常用最基本的數(shù)學(xué)模型是微分方程與差分方程，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)各變量之間所遵循的物理、化學(xué)基本定律，例如牛頓定律、克希霍夫定律、運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)定律、焦耳楞次定律等來列寫出變量間的數(shù)學(xué)模型。這是解析法建立數(shù)學(xué)模型。對(duì)于很多復(fù)雜的系統(tǒng)，則必須通過實(shí)驗(yàn)方法并利用系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)，考慮計(jì)算所要求的精度，略去一些次要因素，使模型既能準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)本質(zhì)，又能簡化分析計(jì)算的工作。這是實(shí)驗(yàn)法建立數(shù)學(xué)模型?？刂葡到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)仿真的主要依據(jù)。原始的自控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型比如微分方程，并不能用來直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。還得將其轉(zhuǎn)換為能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真的模型。對(duì)于連續(xù)控制系統(tǒng)而言，有像微分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型，在零初始條件下進(jìn)行拉普拉斯變換，求得自控系統(tǒng)傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型。以傳遞函數(shù)模型為基礎(chǔ)，等效變換為狀態(tài)空間模型，或者將其圖形化為動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型，這些模型都是自控系統(tǒng)的仿真模型。對(duì)于離散控制系統(tǒng)而言，有像差分方程這樣的原始數(shù)學(xué)模型以及類似連續(xù)系統(tǒng)的各種模型，這些模型都可以對(duì)離散系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。對(duì)于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)的仿真，可以用一般的高級(jí)語言，例如Basic、Fortran或C等語言編制仿真程序。對(duì)于快速的實(shí)時(shí)系統(tǒng)的仿真，往往用匯編語言編制仿真程序。當(dāng)然也可以直接利用仿真語言。如果應(yīng)用MATLAB的Toolbox工具箱及其Simulink仿真集成環(huán)境作仿真工具，這就是MATLAB仿真?？刂葡到y(tǒng)的MATLAB仿真是控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真一個(gè)特殊軟件工具的子集。第四步，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并輸出仿真結(jié)果進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)仿真模型與仿真程序進(jìn)行檢驗(yàn)和修改，而后按照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結(jié)果。第8章 仿真設(shè)計(jì) 由于本文只進(jìn)行了理論性設(shè)計(jì)，故在系統(tǒng)安裝與調(diào)試階段只對(duì)控制電路部分進(jìn)行了MATLAB仿真，以分析直流電機(jī)的啟動(dòng)特性。采用MATLAB中的simulink工具箱對(duì)系統(tǒng)在階躍輸入和負(fù)載擾動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（主要為轉(zhuǎn)速和電樞電流）進(jìn)行仿真。仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。： 速度 電樞電流 勵(lì)磁電流 電磁轉(zhuǎn)矩第9章 仿真結(jié)果分析圖上部為電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，下部為電機(jī)電流曲線。加電流啟動(dòng)時(shí)電流環(huán)將電機(jī)速度提高，并且保持為最大電流，而此時(shí)速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時(shí)間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)速換起主要作用，保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。9．1 電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線在電流上升階段，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時(shí)，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性增長直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，ASR的輸入偏差為0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時(shí)電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，極性發(fā)生了變化，則ASR推出飽和。其輸出電壓立即從限幅值下降，主電流也隨之下降。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用下減速，轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)突加給定負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時(shí)經(jīng)過ASR和ACR的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復(fù)為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負(fù)載能力很強(qiáng)。9．2 電機(jī)電流曲線直流電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，達(dá)到限幅值，迫使電流急速上升。當(dāng)電流值達(dá)到限幅電流時(shí)，由于電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR起主要的調(diào)節(jié)作用，因此，電流調(diào)節(jié)器ACR電流有所下降，同啟動(dòng)時(shí)一樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，達(dá)到限幅值，使電流急速上升。但是由于電流值達(dá)到限幅電流時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使電流不再增加。當(dāng)擾動(dòng)取電以后，電流調(diào)節(jié)器ACR電流又有所增加，此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用下減速，電流也在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。設(shè) 計(jì) 總 結(jié)通過本次對(duì)一個(gè)VM雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)使我對(duì)電力電子技術(shù)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)。對(duì)所學(xué)內(nèi)容有了更深刻的印象，并且進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到工程設(shè)計(jì)時(shí)與實(shí)際相聯(lián)系的重要性，比如在計(jì)算元件參數(shù)時(shí)計(jì)算出來的值往往與實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)不符，這就需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行取舍。另外，做設(shè)計(jì)時(shí)信息十分重要，我運(yùn)用文件檢索工具查閱了大量的相關(guān)資料，這對(duì)設(shè)計(jì)大有益處。本次課程設(shè)計(jì)為對(duì)我將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作需要打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。以前一些不懂的知識(shí)點(diǎn)現(xiàn)在明白了。比如，電路可逆與不可逆的異同，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理與性能分析等。但是也有幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)不知如何處理。超調(diào)量怎么分析，調(diào)整時(shí)間Ts與振蕩次數(shù)N的關(guān)系。該系統(tǒng)中調(diào)速系統(tǒng)采用比例積分調(diào)節(jié)器?？蓪?shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速，有采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起（制）動(dòng)時(shí)的最大電流。該系統(tǒng)具有許多特點(diǎn)：具有良好的靜特性（接近理想“挖土機(jī)特性”）；具有較好的動(dòng)態(tài)特性，啟動(dòng)時(shí)間短，超調(diào)量也??；系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好的克服電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，而速度環(huán)能抑制被它包圍的各個(gè)環(huán)節(jié)擾動(dòng)的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差；由兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別調(diào)整，調(diào)整方便。由于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)，靜態(tài)特性均很好，所以在許多部門獲得廣泛的應(yīng)用。參 考 文 獻(xiàn)[1] 王兆安，黃俊 主編 電力電子技術(shù)第四版,機(jī)械工業(yè)出版社，2003[2] 楊威,張金棟 主編電力電子技術(shù),重慶大學(xué)出版社，2002[3] 陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，2003[4] 莫正康，電力電子應(yīng)用技術(shù)，第三版，機(jī)械工業(yè)出版社，2000[5] 張東力、陳麗蘭、仲偉峰，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999[6] 朱仁初、萬伯任，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1994[7] 機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)，電機(jī)工程手冊(cè)第九卷自動(dòng)控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，1982[8] 機(jī)械工程手冊(cè)、電機(jī)工程手冊(cè)編輯委員會(huì)，電機(jī)工程手冊(cè)，第二版，基礎(chǔ)卷（二），機(jī)械工業(yè)出版社，199635