【正文】 e等人首先提出的矢量控制(vecto疋ontr01)理論【弘叭，它應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效成兩相系統(tǒng)，經(jīng)過按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)了定子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對交流電動機(jī)的磁鏈和電流分別控制的目的，從而解決了交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問題。受矢量控制的啟迪，近年來又派生出諸如多變量解耦控制、變結(jié)構(gòu)滑?？刂?、自適應(yīng)控制【協(xié)12】等方法，豐富了矢量控制的內(nèi)涵。近年來，各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)【I168。另外，智能控制，如專家控制、神經(jīng)元控制、模糊控制和神經(jīng)模糊控制等是自動控制理論發(fā)展的高級階段，在解決受控對象復(fù)雜、難以獲得數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜過程的問題上，具有經(jīng)典和現(xiàn)代控制理論不能達(dá)到的優(yōu)勢，為提高交流調(diào)速系統(tǒng)性能、提高系統(tǒng)的魯棒性和抗干擾性提供了有效的控制方法，這一研究方向也成為目前交流電動機(jī)控制的研究熱點(diǎn)。在功率驅(qū)動裝置中，低頻的半控器件——晶閘管在中小功率范圍將會被高頻的全控器件——大功率晶體管所代替，這既可提高系統(tǒng)性能，又可改善電網(wǎng)的功率因素。由于交流電機(jī)本身的優(yōu)勢，交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。(3)網(wǎng)絡(luò)化。隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大和系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，單機(jī)的控制系統(tǒng)越來越少，取而代之的是大規(guī)模多機(jī)協(xié)同工作的高度自動化系統(tǒng)，這就需要計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持，傳動設(shè)備及控制器作為一個節(jié)點(diǎn)連到現(xiàn)場總線或工業(yè)控制網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)集中或分散的生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控。智能控制如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、解耦控制等，已深入到運(yùn)動控制系統(tǒng)的各個方面，各種智能觀測器和辨識技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)控制系統(tǒng)中，大大改善了控制系統(tǒng)的性能，為電機(jī)控制系統(tǒng)的智能化提供了可能。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。因此，凡是要用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，幾乎都可以用計(jì)算機(jī)仿真來研究被仿真系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案。目前，比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件是MATLAB[1920]，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink T具箱【2l】對其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。使用MATLAB軟件對各種調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)，可以大大縮短控制系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)開發(fā)周期。算法設(shè)計(jì)是仿真的一項(xiàng)重要應(yīng)用。就調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB建模方式而言，主要有三種類型，即基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)建模、面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)建模和編制MATLAB語言源程序建模。這幾種方式各有特點(diǎn)，研究者大多使用基于系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建模方式。近年來，面向電氣原理圖結(jié)構(gòu)的構(gòu)建調(diào)速系統(tǒng)模型的方法得到了越來越多的應(yīng)用，以此進(jìn)行各種交直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真，該方法由于使用了Simulink／Power System工具箱中的電力模塊，所以搭建的仿真模型正如其名稱，與系統(tǒng)的電氣原理圖結(jié)構(gòu)相似，很直觀；但系統(tǒng)模型規(guī)模較大，仿真時間較長。在研究方法上，考慮到上述提到的幾種仿真方式的特點(diǎn)，進(jìn)行了多種方式的仿真研究。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，有級或無級地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。以一定的精度在要求的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，不因各種可能的外來擾動(負(fù)載變化、電網(wǎng)電壓波動等)而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。對頻繁啟、制動的設(shè)備要求盡可能快地加、減速，縮短啟、制動時間，以提高生產(chǎn)效率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械，則要求啟、制動盡可能的平穩(wěn)。其中主程序包括MATLAB語言、工作環(huán)境、句柄圖形、數(shù)學(xué)函數(shù)庫和應(yīng)用程序接口五部份：工具箱實(shí)際就是用MATLAB的基本語句編寫的各種子程序集和函數(shù)庫，用于解決某一方面的特定問題，實(shí)現(xiàn)某一類的新算法：SIMULINK是一個用于動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的集成軟件包，允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬一個系統(tǒng)，并能動態(tài)地控制該系統(tǒng)。1．2．1運(yùn)用MATLAB／SIMULINK建模的特點(diǎn)MATLAB憑借其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力、簡便的繪圖功能、可視化的仿真環(huán)境以及豐富的算法工具箱，己成為國際控制界最為流行的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及教學(xué)工具軟件。而MATLAB提供的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具SIMULINK，則是眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。另外，使用MATLAB中的各種分析工具，還可以對仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化。最近幾年，隨著計(jì)算機(jī)仿真軟件的發(fā)展，調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模及其穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的仿真分析己成為對電機(jī)系統(tǒng)研究的一個重要方面。運(yùn)用MATLAB／SIMULINK來建立的調(diào)速系統(tǒng)的模型，其通用性強(qiáng)、構(gòu)造模型簡單、修改參數(shù)容易、界面友好、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，適宜于系統(tǒng)動態(tài)分析，減少了重復(fù)勞動，對分析和設(shè)計(jì)有較高的實(shí)用價值?！癝imu”一詞表明它可以用計(jì)算機(jī)模擬，而“Linl(一詞表明它能進(jìn)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環(huán)境下可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫(Power System Blockset)主要是由加拿大的Hydro Quebec和TECSIM International公司共同開發(fā)的，其功能非常強(qiáng)大，可以用于電路、電力電子系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域的仿真，提供一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)模型的繪制。在Simulink模塊庫中，包含連續(xù)模塊組(Continuous)、離散模塊組(Discrete)、函數(shù)與表模塊組(Functionamp。Systems)、輸出模塊組(Sinks)、輸入源模塊組(Sources)和子系統(tǒng)模塊組(Subsystems)在MATLAB，已經(jīng)封裝好了電系統(tǒng)模塊庫，在該模塊庫中有很多模塊組，如圖1．1所示，主要有電源(Electrical sources)、元件(Elements)、電力電子(PowerElectronics)、電機(jī)系統(tǒng)(Machines)、連接器(Connectors)、測量(Measurements)、演示(Demos)模塊組等，雙擊每一個圖標(biāo)都可打開一個模塊組。電源模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．2所示。測量模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．3所示。革個的電阻、電容和電感元件只能通過串聯(lián)和并聯(lián)的RLC分支以及它們的負(fù)載形式來定義。元件模塊組中各基本模塊及其圖標(biāo)如圖1．4所示。電力電子模塊組中各基本模塊及其圈標(biāo)如圖l。5．電動機(jī)系統(tǒng)模塊組電動機(jī)系統(tǒng)模塊組包括簡單同步電動機(jī)(Synchronous Machine)、永磁同步電動機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Machine)、直流電動機(jī)(DC Machine)、異步電動機(jī)(Asynchronous Machine)、勵磁系統(tǒng)(Excitation System)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PowerSystem Stabilizer，PSS)和輸出信號測量分配器(Machies Measurement Demax)等模塊。7．附加模塊組圖1．8是附加測量子模塊所包含的模塊圖標(biāo)。以上，我們簿要介紹了MATLAB的Simulink和Power System模塊庫所包含的摸塊內(nèi)容。本章以開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，對典型的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。為了使系統(tǒng)得到好的性能，通常要根據(jù)仿真結(jié)果來對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整。20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了晶閘管可控整流裝置，它具有效率高、體積小、成本低、無噪聲等特點(diǎn)，其中，晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上。由晶閘管整流裝置給直流電動機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)稱為vM系統(tǒng)【241，圖2．2是晶閘管．直流調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，圖2．3是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真