【正文】 建立仿真模型(1)打開MATLAB中的Simulink工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。(6)在結(jié)構(gòu)圖上激活相應(yīng)的單元，完成對各單元的參數(shù)設(shè)置于修改。(4)激活輸出顯示模塊組Sinks，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。(2)激活信號源模塊組Sources，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。 結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所需要的模塊單元，構(gòu)成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。同時，在右邊會打開該模塊的子窗口，用于選擇需要的模塊。 Simulink的菜單窗口的最上方一欄是Simulink的主菜單，各選項有：File，Edit，View等打開一個文件后，主菜單欄還會增加Simulation，F(xiàn)ormat，Tools等選項。以下為用MATLAB編寫以上兩個小程序的具體過程。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級語言編寫至少需要好幾十行。解線性方程的麻煩在于要對矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試都不容易。例如，如果用戶想求解一個線性代數(shù)方程，就得編寫一個程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法（例如追趕法）編寫一個程序塊來求解方程，最后再輸出計算結(jié)果。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等產(chǎn)品系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如control、toolbox、signal processing toolbox、munication toolbox等。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實時交互功能。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。⑧功能強勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。⑦MATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。在FORTRAN和C語言里，繪圖都很不容易，但在MATLAB里，數(shù)據(jù)的可視化非常簡單。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的計算機和操作系統(tǒng)上運行。④語法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。由于MATLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短，具體運算符見附表。可以說，用MATLAB進行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。MATLAB程序書寫形式自由，利用其豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。以下簡單介紹一下MATLAB的主要特點。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。另外，Simulink還提供一套圖形動畫的處理方法，使用戶可以方便地觀察到仿真的整個過程。Simulink是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機模型的，特別對于復(fù)雜的非線性，它的效果更為明顯。系統(tǒng)也能夠是多采樣頻率的(Multirate)，也就是不同的系統(tǒng)能夠以不同的采樣頻率結(jié)合起來?！辉~表明它可以用于計算機仿真，而“Link”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(fù)雜的系統(tǒng)模型。Simulink是MathWorks公司于1990年推出的產(chǎn)品，是用于MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真的環(huán)境。MATLAB是由MathWorks公司1984年推出的一套數(shù)值計算軟件，分為總包和若干個工具箱，可以實現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計、偏微分方程數(shù)值、自動控制、信號處理、圖像處理等各個領(lǐng)域的計算和圖形顯示功能。隨著計算機的發(fā)展，仿真的發(fā)展經(jīng)歷模擬仿真、混合仿真、數(shù)字仿真的歷史過程。簡單地說，仿真是建立相應(yīng)物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計算機上解算的過程?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。直流調(diào)速器PWM 調(diào)速系統(tǒng)主要使用Simulink和SimPower Systems兩個模型庫進行建模仿真。Simulink能支持線性和非線性系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)和離散系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)離散混合系統(tǒng)的仿真。由于其使用方便，運算高效，適應(yīng)人的思維方式并且有繪圖功能，它已經(jīng)成為科技界廣為使用的軟件。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。15腳背光正極，16腳背光負極。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。因為1602識別的是ASCII碼，試驗可以用ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如39。本設(shè)計選用霍爾傳器進行轉(zhuǎn)速的檢測與反饋。信號輸出端每輸出一個周期的方波，代表轉(zhuǎn)過了一個齒。該電勢稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。直流電機控制使用H橋驅(qū)動電路（），當(dāng)PWM1為低電平,通過對PWM2輸出占空比不同的矩形波使三極管6同時導(dǎo)通Q5截止，從而實現(xiàn)電機正向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng)PWM2為高電平,通過對PWM1輸出占空比不同的矩形波使三極管6同時導(dǎo)通，Q6截止，從而實現(xiàn)電機反向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制。電源電路采用78系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。如下圖，鍵盤控制電路用單片機的P2口來完成。當(dāng)然，在某種特定的環(huán)境下，還需改變電機的轉(zhuǎn)速，此時，你可以按一下swap鍵，以達到改變電機轉(zhuǎn)向的目的。5個按鈕開關(guān)分別控制直流電機的開始、停止、轉(zhuǎn)向、加速、減速的5個狀態(tài)；當(dāng)按下open鍵時，電機開始工作。顯示部分用了1602LCD顯示器，利用AT89S52的P0口來完成顯示控制，顯示電機的轉(zhuǎn)速。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電機進行檢測，能達到比較理想的檢測效果。）集成控制器產(chǎn)生兩路互補的PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制H電路中的GTR通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機速度的控制?？刂撇糠植捎肁T89S52（脈寬調(diào)制芯片AT89S52具有欠壓鎖定、故障關(guān)閉和軟起動等功能,因而在中小功率電源和電機調(diào)速等方面應(yīng)用較廣泛。在此系統(tǒng)中有兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。 直流電機PWM調(diào)速基本原理PWM方式是在大功率開關(guān)晶體管的基極上，加上脈沖寬度可調(diào)的方波電壓，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間t，改變占空比，達到控制目的。絕大多數(shù)直流電動機采用開關(guān)驅(qū)動方式。VM在調(diào)速性能、可靠性、經(jīng)濟性上都具有優(yōu)越性，成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱VM系統(tǒng)，又稱靜止的WardLeonard系統(tǒng)，通過控制電壓的改變來改變晶閘管觸發(fā)控制角α。GM系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運行有噪音、維護不方便。改變電樞電壓主要有三種方式:旋轉(zhuǎn)變流機組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（PWM）變換器(或稱直流斬波器)。改變電樞電路電阻的方法缺點很多，目前很少采用:弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用。 直流電機的調(diào)速原理眾所周知，直流電機轉(zhuǎn)速n的表達式為: （3—1）式中:U電樞端電壓I電樞電流R電樞電路總電阻Φ每極磁通量K與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)由上式可知，直流電機轉(zhuǎn)速n的控制方法有三種:(1)調(diào)節(jié)電樞電壓U。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。 直流電機的基本工作原理 直流電機的基本工作原理圖，如果去掉原動機，并給兩個電刷加上直流電源，（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。(其中2個小圓圈是為了方便的表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。 直流電機 直流電機的結(jié)構(gòu)其中，固定部分有磁鐵，這里稱為主磁極；固定部分還有電刷。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù)可近似看成 （2—23）式中 脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)； PWM變換器的輸出電壓； 脈寬調(diào)制器的控制電壓。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關(guān)周期T?？赡骐娐返臋C械特性與此相仿，只是擴展到第三、第四象限而已。于是，式（2－17）、（2－18）的平均值方程都可寫成 （2—19）則機械特性方程式為 （2—20）或用轉(zhuǎn)矩表示 （2—21）其中理想空載轉(zhuǎn)速，與占空比成正比。脈寬調(diào)速系統(tǒng)在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下的機械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。 (a)基本電路結(jié)構(gòu) (b)脈寬調(diào)制原理 PWM基本電路結(jié)構(gòu)和調(diào)制原理 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機械特性在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)中電動機所承受的電壓仍為脈沖電壓，因此盡管有高頻電感的平波作用，電樞電流和轉(zhuǎn)速還是脈動的。如果三角波的線性度不好，那么PWM 的輸出將得不到對稱的波形。脈寬調(diào)制信號的質(zhì)量，對于PWM 調(diào)速系統(tǒng)是十分重要的。而PWM發(fā)生電路是采用三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波放大后與一路可調(diào)直流電壓（電流調(diào)節(jié)器輸出的uk） 進行比較，則電壓比較器輸出的是一系列方波信號。 雙極式PWM變換器的優(yōu)點如下：（1）電流一定是連續(xù)的；（2）可使電動機在四象限運行；（3）電機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；（5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達20000左右。這個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，陡然增大電機的損耗。當(dāng)ρ為正值時，電動機正轉(zhuǎn)；ρ為負值時，電動機反轉(zhuǎn)；ρ＝0時，電動機停止。如果正、負脈沖寬度相等，=，平均電壓為零，則電動機停止。當(dāng)正脈沖較寬時，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電動機正轉(zhuǎn)。與此相仿，在0≤t ≤期間，當(dāng)負載輕時，電流也有一次倒向。相當(dāng)于電動機負載較重的情況，這是平均負載電流大，在連續(xù)階段電流仍維持正方向，電機始終工作在第一象限的電動狀態(tài)。在一個周期內(nèi)正負相間，這是雙極式PWM變換器0的特征。這是，＋加在電樞AB兩端, =,電樞電流沿回路1流通。和同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電壓和；和同時動作，其驅(qū)動電壓= =。H型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種。由上式畫出轉(zhuǎn)速閉環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，將它簡化為單位負反饋形式并將兩個小慣性合并為一個小慣性，則在ASR中必須含有積分環(huán)節(jié)，取ASR為PI調(diào)節(jié)器，因此轉(zhuǎn)速環(huán)必然按典型II型系統(tǒng)設(shè)計。按二階最佳系統(tǒng)效正，在一般情況下，希望超調(diào)量σ%≤5%時，查表得阻尼比ζ=，=，因此 （2－9） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計由自動控制基本理論推導(dǎo)可得，電流環(huán)不論是典型I型花或是典型II型化在一定的近似條件下都可以等效為一個慣性環(huán)節(jié)，寫成通式為： （2—10）若典型I型化且ζ=，=，則a=2。另一方面電流環(huán)