【導(dǎo)讀】研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以。已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。其次根據(jù)調(diào)壓器的原理搭建了調(diào)壓電路的仿真模型。之后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出發(fā)電機(jī)調(diào)壓。能進(jìn)行了仿真分析，為進(jìn)一步研究發(fā)電機(jī)調(diào)壓系統(tǒng)提供了有力的依據(jù)。

　　

【正文】 ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 電壓方程： 0 0 0p r +d d q dq q d qf f f fD D D DQ Q Q Quiu p r iu p r iu p r iu p r iu p r i? ? ?? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 轉(zhuǎn)矩可表達(dá)為： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 18 ? ?d3= i 2e p d q qT p i?? 同步電機(jī)的 Simulink 模型 在 MATLAB/Simulink 中， 中推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型可以用如圖 所示的 Simulink 模型來表示。模型的輸入量為電機(jī)的電壓 Uf、 Ud、 Uq、 U0、 ω，而輸出變量則為電機(jī)的電流 if、 id、iq、 i0，我們稱之為核心模型。 Uqi 0id1 / LfifM a fM a f1 / LdUdP h i qRaRa 1 / Lq 1 / L 0RaP h i 0if5Ef4P h i f3P h i d q 02i d q 011s1s1s1s K K K K K K 3 . 1 K K K Uf3w2U d q 01Ph i fPh i diqiqU 0 圖 同步電機(jī)的核心模型 同步電機(jī)的 Simulink 模型如圖 所示。其中 CoreDQ0 是上面已經(jīng)得到的核心模型。加上了 dq 變換和 dq 反變換后，模型的輸入量就變成了 Ua、 Ub、 Uc、 ω,而輸出變量則變?yōu)榱?ia、ib、 ic、 if。另外，為了進(jìn)行派克變換，還加入了轉(zhuǎn)子位置信號 theta。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 19 ef4Te3if2i a b c1dq 0 abci d q 0T h e t ai a b cabc dq 0UabcT h e t aUdq 0T e r m i n a t o rf ( u ) du / dtC o r e D Q 0Udq 0wUfi d q 0Ph i d q 0Ph i fEfifUf4T h e t a3w2U a b c1 圖 同步電機(jī)的 Simulink模型 其中 dq 變換和 dq 反變換部分（即圖 中 abcdq0 和 dq0abc 部分）分別如圖 和圖 所示。 dq 變換部分作用是將輸入的電壓信號 Uabc 轉(zhuǎn)化為 Udq0， dq 反變換部分作用是將輸出的電流信號 idq0轉(zhuǎn)化為 iabc。 U d q 01abc _ to _ dq 0T r a n s f o r m a t i o nabcs i n _ co sdq 0c o ss i nT h e t a2U a b c1 圖 dq變換部分 i a b c1dq 0 _ to _ abcT r a n s f o r m a t i o ndq 0s i n _ co sabcc o ss i nT h e t a2i d q 01 圖 dq反變換部分 同步電機(jī)的 PSB模型 PSB 中的電壓 /電流檢測模塊和 受控電壓源 /電流源是溝通 Simulink 模型和 PSB 模型的橋梁。通過這些器件模型就可以把 Simulink 信號轉(zhuǎn)化為 PSB 信號，或反之。這使得電機(jī)的狀態(tài) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 20 方程模型和電路的拓?fù)淠Ｐ湍軌蛳嗷ソ粨Q信息，從而結(jié)合在一個(gè)混合模型中。 圖 是同步電機(jī)的 PSB 模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中 2 號輸入端是勵(lì)磁繞組的接線端，而 6 號輸出端子是電機(jī)電樞繞組的接線端， 7 號輸出端子是三相繞組的中點(diǎn)，這些都是PSB 端子，應(yīng)與 PSB 電路模型連接。 3 號輸入端是電機(jī)轉(zhuǎn)速的給定，由拖運(yùn)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)決定； 3 輸出端分別是電機(jī)三相電流、電壓 和轉(zhuǎn)矩的檢測端，這幾個(gè)都是 Simulink 端，可以與 Simulink 模型相連接。 U o u t3if2I o u t1g n d7C6B5A43Uf 2Uf +1三相電壓測量Muabcgnd三相電流源iab cMiiaibicm a ch i n eUabcwT he taUfiab cTeifv+A B CA B CS u b syst e mnwT he tano d e 10n3 圖 同步電機(jī)的 PSB模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 中 machine 的部分就是圖 所示的同步電機(jī)的 Simulink 模型，以它為核心，分別控制電樞和勵(lì)磁兩套繞組。用電壓檢測模塊測得電機(jī)電樞的三相輸出電壓和勵(lì)磁繞組的輸入電壓，反饋回電機(jī)模型，求得相應(yīng)的電流后，用受控電流源來驅(qū)動(dòng)輸出，從而實(shí)現(xiàn)了 Simulink模型和 PSB 模型的連接。由于電流源不能開路，模型中還接了一個(gè)假負(fù)載。其阻值為 10Ω，對模型的影響是可以忽略的。 另外，圖 中的 ωTheta 模塊用來把電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電機(jī)角速度和轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置。其內(nèi)部如圖 所示。將其進(jìn)行封裝，即為圖 中 ωTheta 模塊。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 21 T h e t a2w11s2 * pi1 / 30n1 圖 ωTheta模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 為三相電流源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 Mi1ic3ib2ia1n o d e 10C u r r e n t M e a s u r e m e n t 2i+C u r r e n t M e a s u r e m e n t 1i+C u r r e n t M e a s u r e m e n ti+C o n t r o lled V o lt ag e S o u r c e 2s+C o n t r o lled V o lt ag e S o u r c e 1s+C o n t r o lled V o lt ag e S o u r c es+i a b c1 圖 三相電流源內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 為三相電壓測量的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 22 Mu1gnd4c3b2a1v+v+v+ 圖 在 MATLAB/Simulink 應(yīng)用這一同步電機(jī)的 PSB 模型，可方便與其他的電路、控制模型組合，進(jìn)行混合仿真。用 MASK 功能對同步電機(jī)的模型進(jìn)行封裝，在接下來的仿真中，可以把電機(jī) 作為一個(gè)整體來對待。 電磁式 無刷 交流發(fā) 電機(jī)的 PSB模型 三級無刷交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)和主發(fā)電機(jī)均為電勵(lì)磁式同步電機(jī)， 應(yīng)用上面得到的同步電機(jī) PSB 模型，與 MATLAB 提供的三相整流橋相連，就形成了無刷勵(lì)磁同步電機(jī)的 PSB 模型。 圖 是由勵(lì)磁機(jī)、整流器、主發(fā)電機(jī)聯(lián)合起來構(gòu)成兩級 式無刷交流發(fā)電機(jī)，可以看做三級電機(jī)的簡化模型。 if1p o w er g u iD i s c r et e ,T s = 1 e 006 sv+v+U n i v er s al B r i d g eABC+T h r ee P h as eABCABCS co p e 9S co p e 7S co p e 6S co p e 5S co p e 2S co p e 1M a i n G e nnUoutI ou tifUf +Uf ABCgndE x i t e rnUoutI ou tIfUf +Uf ABCgndD C n1 圖 電磁式無刷交流發(fā)電機(jī)模型 其輸入輸出接口中，僅有轉(zhuǎn)速是 Simulink 信號，其余的均為 PSB 信號，可以直接與其他 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 23 PSB 模塊相連。它表示的是模塊之間的電氣連接關(guān)系， 既有電壓又有電流，而不再是 Simulink中單一、單向的信號傳遞關(guān)系。 本章小結(jié) 本章先 簡單介紹了三級無刷交流發(fā)電機(jī)和二級無刷交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理， 建立了同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，用派克變換推導(dǎo)出其狀態(tài)方程 ，接下來對其進(jìn)行了 Simulink 建模和 PSB建模。最后將兩個(gè)同步電機(jī)的模型串聯(lián)，用直流電源代替副勵(lì)磁機(jī)，建立了簡化的三級式無刷交流電機(jī)的 PSB 模型。為下面的調(diào)壓系統(tǒng)的建模奠定了基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 24 第三章 調(diào)壓器建模 調(diào)壓器的作用及原理 調(diào)壓系統(tǒng)的基本組成如圖 所示。 系統(tǒng)由調(diào)壓器和發(fā)電機(jī)組成，發(fā) 電機(jī)是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象，調(diào)壓器是系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器。 調(diào)壓器的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面： 的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)特性滿足技術(shù)指標(biāo)； 降低輸出電壓。為提高電源系統(tǒng)工作的安全可靠性，現(xiàn)代飛機(jī)調(diào)壓器往往除了基本調(diào)壓功能外，還包括一些擴(kuò)展功能，如：軟起動(dòng)；勵(lì)磁電流限制、保護(hù)；自檢測；過壓限制及各種故障保護(hù)等；有并聯(lián)要求的電源系統(tǒng)，調(diào)壓內(nèi)還應(yīng)有負(fù)載（無功功率）均衡電路及相關(guān)控制電路。 永 磁 副勵(lì) 磁 機(jī)整流橋執(zhí) 行環(huán) 節(jié)放 大環(huán) 節(jié)比 較環(huán) 節(jié)檢 測環(huán) 節(jié)交 流 勵(lì)磁 機(jī)旋 轉(zhuǎn) 整流 器主發(fā)電機(jī) 圖 三級式無刷交流電 機(jī)的調(diào)壓系統(tǒng)原理框圖 調(diào)壓器基于脈寬調(diào)制原理調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，通常由電壓檢測環(huán)節(jié)、比較控制環(huán)節(jié)、功率放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)等組成。電壓檢測環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)反映被調(diào)節(jié)量（調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓），并輸出至比較環(huán)節(jié)，與給定值進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓偏離給定值時(shí)，比較環(huán)節(jié)輸出偏差信號，此偏差信號經(jīng) PI 調(diào)節(jié)和放大環(huán)節(jié)后，通過執(zhí)行環(huán)節(jié)改變占空比改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，從而起到調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定電源系統(tǒng)電壓的作用。 發(fā)電機(jī)調(diào)壓器的設(shè)計(jì)與研究 發(fā)電機(jī)調(diào)壓控制模型 PI 控制是最早發(fā)展起來且目前在工業(yè)過程控制中仍然是應(yīng) 用最為廣泛的控制策略之一。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,在工業(yè)過程控制中 95%以上的控制回路都具有 PI 結(jié)構(gòu) ,而且許多高級控制都是以 PI控制為基礎(chǔ)的。 PI 控制能被廣泛應(yīng)用和發(fā)展 ,根本原因在于 PI 控制具有以下優(yōu)點(diǎn) :原理簡單 ,使用方便 ,PI 參數(shù) Kp 和 Ti 可以根據(jù)過程動(dòng)態(tài)特性及時(shí)調(diào)整 。適應(yīng)性強(qiáng) 。穩(wěn)定性強(qiáng) ,即其控制品質(zhì)對被 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 25 控對象特性的變化不太敏感。采用不同的 PI 參數(shù) ,對控制系統(tǒng)的性能將會(huì)不一樣 ,因此 PI 參數(shù)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化決定了控制系統(tǒng)最終能達(dá)到的控制性能 ,PI 參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。 根據(jù)電機(jī)模型以及電壓調(diào)節(jié)原理可以選擇 PI 單環(huán)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)或 PI 雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 對于變頻交流發(fā)電系統(tǒng)，要求其帶寬更寬，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。因此，選用加入勵(lì)磁電流反饋的雙環(huán)控 制，通過勵(lì)磁電流環(huán)對勵(lì)磁電流的快速調(diào)節(jié)來改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。雙環(huán) 系統(tǒng)調(diào)壓控制結(jié)構(gòu)如圖 所示。 圖 雙環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在 MATLAB 中 建立其仿真模型如圖 所示。 圖 雙環(huán) 調(diào)壓模塊仿真模型 雙環(huán)調(diào)制系統(tǒng)比單環(huán)調(diào)制系統(tǒng)多一個(gè)勵(lì)磁電流環(huán)，在調(diào)節(jié)點(diǎn)電壓 U+變化時(shí)，外環(huán)及內(nèi)環(huán)作用都會(huì)使勵(lì)磁電流 If 向相反方向變化。 雙環(huán)調(diào)節(jié)過程比較復(fù)雜，所需時(shí)間較長 。單環(huán)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)簡單，但 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較雙環(huán)會(huì)慢些，但不影響仿真目的 。 在此，我選用電壓單環(huán)調(diào)節(jié)。 根據(jù)交流發(fā)電系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理，可以得出如圖 所示的電