【正文】 模型。2．2系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。(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)等裝置的參數(shù)設(shè)置原則是：如果針對某個(gè)具體的裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，則對話框中的有關(guān)參數(shù)應(yīng)取該裝置的實(shí)際值：如果是不針對某個(gè)具體裝置的一般情況，可先取這些裝置的參數(shù)默認(rèn)值進(jìn)行仿真。(3)給定信號的變化范圍、調(diào)節(jié)器的參數(shù)和反饋檢測環(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，其一般方法是通過仿真實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行參數(shù)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。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更好，這需要逶過仿真實(shí)踐，從仿真能夠進(jìn)行、仿真的速度、仿真的精度等方面進(jìn)行比較選擇。由于同步脈沖觸發(fā)器與晶聞管整流橋是不可分割的兩個(gè)環(huán)節(jié)，通常作為一個(gè)組合體來討論。(1)三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。為了得到三相對稱交流電壓源，其參數(shù)設(shè)囂方法及參數(shù)設(shè)置如下：在電壓源參數(shù)設(shè)置對話框(Ac Voltage Source)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00、頻率(Frequency)為50Hz、其它為默認(rèn)值，如圖2．4所示。外，其它與A相相同。(2)晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。當(dāng)采用三相整流橋時(shí)，橋臂數(shù)(Number ofbridgearms)取3；A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端(Prot configuration)；過渡電阻(Snubber resistance RS)為50000 Ohms；過渡電容(Snubber capacitance Cs)為inf；電力電子元件(Power Electronic device)選擇晶閘管；導(dǎo)通電容(Lon)為0 H，正向電壓(Forward voltage vf)為0 V。首先在元件模塊組中選取“Series RLCBranch模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“平波電抗器”；然后對平波電抗器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如圖2．6所示。其中，電阻值(Resistance R)為0 Ohms，電感值(Inductance L)為5e．03 H，電容值(Capacitance C)為inf。首先在電機(jī)系統(tǒng)模塊組中選取“DCMachine”模塊，并將模塊標(biāo)簽改為“直流電動(dòng)機(jī)”；直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組接直流恒定勵(lì)磁電源，勵(lì)磁電源選取直流電壓源模塊；電樞繞組”經(jīng)平波電抗器接晶闌管整流橋的輸出；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“示波器’’模塊觀察仿真輸出。其中，電樞繞組電阻和電感(Armature resistance and inductance)為f0．6 0。(5)同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。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，U。、Ub、U。至此，根據(jù)圈2．2主電路的連接關(guān)系，可建立起主電路的仿真模型，如圖2。圖中觸發(fā)器開關(guān)信號為“0時(shí)，開放觸發(fā)器；為“l(fā)時(shí)，封鎖觸發(fā)器。實(shí)際調(diào)速時(shí)，給定信號是在一定范圍內(nèi)變化的，可通過仿真實(shí)踐，確定給定信號允許的變化范圍。2。在“Simulation parameters?”菜單中對仿真參數(shù)進(jìn)行如圖2．10所示。2．3仿真分析根據(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50，勵(lì)磁電壓為100伏，仿真結(jié)果如圖2．1l所示，可以看出，開環(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。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。觀察波形可見，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秒以內(nèi)轉(zhuǎn)速就達(dá)到了穩(wěn)態(tài)值。本章以轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，對轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB與Simulink環(huán)境建模與仿真，并分析其性能。多環(huán)系統(tǒng)的控制電路較復(fù)雜。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速，故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán)，以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確跟隨給定轉(zhuǎn)速，把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作為內(nèi)環(huán)，以實(shí)現(xiàn)在最大電流約束下的轉(zhuǎn)速過渡過程最快的最優(yōu)控制。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套(或稱串級)聯(lián)接，如圖3．1所示。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。為了便于MATLAB與Simulink環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)和建?？刂?，根據(jù)圖3．2調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖，建立調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，見圖3．3所示。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用如下：1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速刀很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。(3)其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。(2)對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起到及時(shí)抗擾的作用。3．2多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3．2．1多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路的一般步驟是：(1)先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)后設(shè)計(jì)外環(huán)，然后將設(shè)計(jì)好的內(nèi)環(huán)等效成一個(gè)環(huán)節(jié)；在設(shè)計(jì)外環(huán)時(shí)，將等效內(nèi)環(huán)作為本環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)來處理，直到設(shè)計(jì)完整個(gè)系統(tǒng)。3．2．2多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖3．4是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)建的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型。3．2．3系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置1．主電路的建模和參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)主電路的建模和模型參數(shù)設(shè)置與開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)絕大部分相同，詳細(xì)設(shè)置與實(shí)現(xiàn)步驟如本論文的第二章所述，這里僅僅說明了平波電抗器參數(shù)設(shè)置和SCR整流橋參數(shù)設(shè)置，如圖3．5和翻3．6所示。2．控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙}i：l環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR、限幅器、偏置電路、反向器、電流反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)等。雙閉環(huán)系統(tǒng)有兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器一一ACR和ASR，參數(shù)設(shè)置分別是：ACR：KP=20，K，=1．2，上下限幅值為【1000，．1000】；ASR：KP=10，K，=2．5，上下限幅值為【40，．40】。3．系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置通過對仿真算法的比較實(shí)踐，本系統(tǒng)選擇的計(jì)算方法為ode23tb(兩階段隱式龍格一庫塔公式)；仿真Start time設(shè)為0，Stop time設(shè)為2．5。圖3．8是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電壓、電流和轉(zhuǎn)速曲線。仿真結(jié)果分析如下：啟動(dòng)過程的第一階段是電流上升階段。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線性增長。轉(zhuǎn)速超調(diào)之后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使速度保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。當(dāng)調(diào)節(jié)器參數(shù)選取不合適時(shí)，其特性也將發(fā)生很大的變化，有時(shí)，仿真出來的波形超調(diào)量偏大，建立時(shí)間偏長，這不滿足調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求，所以在仿真過程中，必須反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。3．4小結(jié)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)以其快速性好、高穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)在直流調(diào)速系統(tǒng)中占有主要地位。通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，不僅能將一些抽象的問題變得直觀易懂，加強(qiáng)了理論和實(shí)際的結(jié)合，而且使系統(tǒng)參數(shù)選擇更加科學(xué)準(zhǔn)確