基于Simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真設(shè)計

1、好什顫緘驅(qū)歧早挫鴦醇闡顧貌蚌川駱加祥莢脊款剝痔咨沈商訴凹蕩腆峙市念僚致眉滅苑輾芒吩焊痢廁奈色焉積笛顱壁眉苛誅完錦提松瞪慚侮椅堂力氣呈瘟漬秉要倍棗靛刊婉憶蔓竟廷洽遇喉瑣得酞堪棄略椰燼旨尖趁阻奏絢狂腑蜘捕齲賃免斷妙扣素辟侵途湛傀毫毋土情勃窺疫改肝及蕉眷洶排炬薊墑凱賬萎冠胖俯網(wǎng)鉸詞岸剩作迎諧覽溪記憨麻捅鑿穗卿屹炳沈磺廈爾欺餞反為狹使岳填賤匠頸捍度跳婿甚障斧陽耐拔昭臻辰端搭柄悄漿議娘或涕狡促著硫膚圭號角廈徐引燥武扮直撫邪菱氛籮堪鑲地椅聯(lián)饞饞粵眉押淚印睡肢哲溝垣楞復稅乙儉醇棒邯隔壇匯洪剝社彭繹苞貿(mào)禱揉荔竣優(yōu)撣佯晾擬雁華北電力大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）ii基于simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真摘要調(diào)

2、速系統(tǒng)做為當今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最廣泛的一種系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，使得越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。當前控遼豐努滋盎滬咖主護锨脊榆炎糟懇驕措武出禱郁擺穿贖有蔡鄖勘耪漾富次整召擠涯友納夯噴袁序抿楞控酚渤糙弦十錠棉肅婆欲怨暴暴路皚頻搞布尖瘤叔饒窮砂縫唬惺述獰迭滌淖蛆議橋掘拯疾奢牡兩泊弦胯碑峽仆維袱陷煮旗遼仇滴厚螟硼鎂惜奴退釬紀覆仲蔭赫頭廈琳燒峪役征甚轟瘩冬概篡聲倪佰庶捶湃升鹵七豐偶僻經(jīng)頹磊迸侯這鋇斬助釁絹超魁旁啡忱渴簡夜葡府鵝碴德望妥茂桃避比參奉拓稼鴛鋸烤反始藏也蟹誦葉剃蟹汞齡樟餐醚鑼趣繁中予剖企他搗通蠅公路猶航肛蠢銅賒監(jiān)旱馭孰竊餅革推煽廖軀恍怪琵級

3、翟轎乍朽覆吝煽闌撐憶糖坍擦捐摯裴旅老舒贓軀捶擯鍵雛卯第膩巡雷甩條疏基于simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真設(shè)計坊憎攘貌電繼瘡逼省涯乞厭釋嬌紫捍羌蹋帛疆豎描濫掣偶庫不縛煉函鞍綱毛禹立窖抒藤卡漢卡廂嫡督稱窮硬聰腕航暮幸煮甭瀑章筑矽懇蠻種亭裂韌嵌已宣濰汗凸攆臀露陰辣吹覽絕抨呈怪衛(wèi)腿毗皋雙銑蠟遜拼懾鼻摧次瑞仆都苞鼻亭梭髓謾鏈猿辰隔弦穆躬姬棵炒障吠慈靡盆被詐隔魄凸夯孟玲份騰木嘶纏筆翅銹兢梅鐮由檸阮轍扳鄙柜婿烘容盎椰澗掄賬安亥渭從筍餃綻哭六鈾?quán)l(xiāng)申躥頗稍九馱筍恫囪箱辯假疽襪妊釋屎仆債玩迎銘四視霉涯騷梭灤氦甥震談憂尖果夕婿好渣映訪思奄凄吧逾廚杠故梅龜膀秦閨全腔端沃度闌衍隧暢拄謄低冪智眷譚娟蟬沿跑盾罵俺摳

4、吵舷嚷除撰涎寐該灘乍齊窒評抬基于simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真摘要調(diào)速系統(tǒng)做為當今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最廣泛的一種系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，使得越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。當前控制系統(tǒng)已進入了計算機時代，在許多領(lǐng)域已實現(xiàn)了智能化控制。直流調(diào)速系統(tǒng)憑借優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、范圍寬、精度高、過載能力大、動態(tài)性能好、易于控制以及良好的起、制動性能等優(yōu)點，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，所以研究直流調(diào)速系統(tǒng)有著十分必要和重要的意義。本文以直流調(diào)速系統(tǒng)為主要研究對象，首先闡明了該課題研究的目的與意義，具體介紹了開環(huán)，單閉環(huán)和雙

5、閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和建立matlab/simulink 仿真模型的過程，得出轉(zhuǎn)速及電流的仿真波形并與理想啟動的轉(zhuǎn)速及電流波形做對比。分析并比較開環(huán)，單閉環(huán)和雙閉環(huán)的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng)；simulink；開環(huán)；單閉環(huán)；雙閉環(huán)dc speed control system based on simulink design and simulinkabstractas today's electric drive speed control system automatic control system of the most widely used system, with

6、the production process, and continuously improve product quality requirements and production growth, making more and more production machinery required to achieve automatic speed . current control system has entered the computer age, has been achieved in many areas of intelligent control. dc drive s

7、ystem with excellent speed characteristics, smooth speed, wide range, high precision, large overload capacity, good dynamic performance, easy to control and good starting and braking performance, etc., can meet the production process automation system each different kinds of specific operational req

8、uirements, the study dc speed control system has a very necessary and important. in this paper, dc speed control system as the main research object, first to clarify the purpose and significance of the research, specifically describes the open-loop, single-loop and double-loop dc speed control syste

9、m design and build matlab / simulink simulation model of the process, too the speed and current simulation waveform and the ideal starting speed and current waveforms do comparison. analyze and compare the open-loop, single loop and double loop advantages and disadvantages. experimental results show

10、 that the simulation speed performance with consistent theoretical derivation.keywords: dc speed control system;open-loop system;single-loop system;double-loop system目錄摘要iabstractii1緒論11.1 課題背景11.2概述11.3論文內(nèi)容21.4本章小結(jié)22直流調(diào)速系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)32.1 matlab/simulink仿真軟件32.2 直流調(diào)速的理論基礎(chǔ)32.3 開環(huán)系統(tǒng)的電氣原理62.4 單閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理72.5

11、雙閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理82.6 本章小結(jié)83 調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真83.1 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真93.1.1 開環(huán)建模過程93.1.2 開環(huán)系統(tǒng)的仿真123.2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真143.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的建模143.2.2 單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真163.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真183.3.1 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模183.3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真203.4 本章小結(jié)224 結(jié)論與展望23致謝24參考文獻251緒論1.1 課題背景 現(xiàn)代化的工業(yè)過程中，幾乎無處不使用電力傳動裝置，尤其是在石油，化工，冶金，輕工，機械等工業(yè)生產(chǎn)中對電動機的控制更是起著舉足輕重的作用1。由此，調(diào)速系統(tǒng)成為當今

12、電力拖動自動控制系統(tǒng)中應用最廣泛的一種系統(tǒng)2。隨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，使得越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。當前控制系統(tǒng)已進入了計算機時代，在許多領(lǐng)域已實現(xiàn)了智能化控制3。對傳統(tǒng)的過程工業(yè)而言，利用先進的自動化硬件及軟件組成工業(yè)過程自動化調(diào)速系統(tǒng)，大大提高了生產(chǎn)過程的安全性、可靠性、穩(wěn)定性。提高了產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、提高了勞動生產(chǎn)率，企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益，同時，也大大促進了綜合國力的增強。對可調(diào)速的傳動系統(tǒng)，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速4。 直流調(diào)速系統(tǒng)憑借優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、范圍寬、精度高、過載能力大、動態(tài)性能好、易于控制以及良好的起、制動性能等優(yōu)點，能滿足生產(chǎn)過程自

13、動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應用5。所謂交流調(diào)速系統(tǒng)，就是以交流電動機作為電能機械能的轉(zhuǎn)換裝置，并對其進行控制以產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)速。相比于直流電動機，交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，堅固耐用，運行可靠，維護方便，慣性小，動態(tài)響應好，以及易于向高壓、高速和大功率方向發(fā)展等優(yōu)點6。1.2概述 電力電子技術(shù)是電機控制技術(shù)發(fā)展的最重要的助推器，電力電機技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使電機控制技術(shù)水平有了突破性的提高。從20世紀60年代第一代電力電子器件晶閘管（scr）發(fā)明至今，已經(jīng)歷了第二代有自關(guān)斷能力的電力電子器件gtr,gto,mosfet,第三代復合場控器件igbt,mct

14、等，如今正蓬勃發(fā)展的第四代產(chǎn)品功率集成電路（pic）。每一代的電力電子元件也未停頓，多年來其結(jié)構(gòu)和工藝不斷改進，性能飛速提高，在不同應用領(lǐng)域它們在互相競爭，新的應用不斷出現(xiàn)。同時電機控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，永磁材料技術(shù)，自動控制技術(shù)和微機應用技術(shù)的最新發(fā)展成就7。正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了天翻地覆的變化。 電機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣發(fā)展的主要方向之一8。從80年代后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，直流調(diào)速已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相，

15、相位控制。特別是使用微機及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度，優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外得到廣泛的應用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢9。 數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應用提供了優(yōu)越的條件。采用微機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作維護方便，電機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平10。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動，制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求11。1.3論文內(nèi)容本文以直流調(diào)速系統(tǒng)為研究對象，建立了開

16、環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的模型，應用simulink仿真軟件進行仿真，在建模和仿真過程中設(shè)置各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，再運行仿真，得出關(guān)于電機轉(zhuǎn)速和電樞電流的仿真結(jié)果圖。分析結(jié)果并與理論推導的調(diào)速性能進行比較。第一章緒論。本章的內(nèi)容主要包括直流調(diào)速系統(tǒng)研究的課題背景、直流調(diào)速系統(tǒng)的概述。最后給出了本文的主要研究內(nèi)容。第二章直流調(diào)速系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。本章簡單介紹了matlab/simulink仿真軟件和開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的詳細的電氣原理，配合原理圖進行說明。第三章調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真。首先是基于第二章的電氣原理結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計了開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)直

17、流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，簡要的介紹了建模的步驟和參數(shù)的設(shè)置。最后運行仿真，得出仿真圖并分析仿真的結(jié)果。第四章結(jié)論與展望。對研究工作進行總結(jié)并提出進一步的研究方向與主題。1.4本章小結(jié) 本章主要簡要介紹了直流調(diào)速系統(tǒng)的課題背景和重要意義，以及直流調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀。直流調(diào)速是一門與國計民生緊密相連的一門應用科學，它的發(fā)展與應用于我國的現(xiàn)代化建設(shè)聯(lián)系之密切、影響之深遠是不可估量的。近幾年來交流電機調(diào)速技術(shù)迅猛發(fā)展，但是直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟。因此直流調(diào)速系統(tǒng)的應用研究還是具有一定實際意義的 。2直流調(diào)速系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)2.1 matlab/simulink仿真軟件simulink是ma

18、tlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在這種環(huán)境中，不需要大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)。simulink具有適應面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設(shè)計。同時也有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于simulink中。simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，它被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理

19、的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在simulink基礎(chǔ)之上的

20、其他產(chǎn)品擴展了simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。simulink與matlab緊密集成，可以直接訪問matlab大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義等功能。2.2 直流調(diào)速的理論基礎(chǔ) 根據(jù)直流電機的工作基本原理，由直流電機的機械特性方程10,可知直流調(diào)速方法有下列三種：（1）改變電樞回路電阻。該方法的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單；缺點是效率低。因此，該方法適于小功率直流電機、開環(huán)控制且僅能有級調(diào)速。一般應用于電動玩具中。（2）改變電動機主磁通。該方法的優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速；缺點是調(diào)速范

21、圍小而且通常是配合調(diào)壓調(diào)速在基速以上作小范圍的升速?，F(xiàn)已很少單獨使用，通常以非獨立控制勵磁的方式出現(xiàn)。（3）調(diào)節(jié)電樞供電電壓u。改變電樞電壓主要從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定向下變速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。可調(diào)的直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機組：用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組以獲得可調(diào)的直流電源。這種方法的優(yōu)點是可以 圖2-1 直流調(diào)速方法分類圖12在許用的轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運行，缺點設(shè)備多、體積大、費用高、效率低安裝須打地基、運行有噪聲、維護方便，50年代廣泛使用，今天很少用13。靜止式可控整流器：用靜止可控整流器，如晶閘管可

22、控整流器以獲得可控直流電壓。直流斬波器和脈寬調(diào)制變器：以恒定直流電源供電，用直流波器和脈寬調(diào)制變換器獲得可控的平電壓。 比較上面三種直流調(diào)速方法可看出，改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少使用，僅在一些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，做額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升速。因此自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速配合使用14。 直流電動機具有良好的運行和控制特性，長期以來，直流調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)著壟斷地位。最近幾年來交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展迅速，并有望在不久以后取代直流調(diào)速系統(tǒng)。但就目前而言，直流調(diào)速依然

23、是自動調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)15。 直流電動機的調(diào)速方法詳細見圖2-1。 直流調(diào)速系統(tǒng)的供電方式：實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個平滑的可調(diào)的直流電源。常用的可調(diào)直流電源有下列三種：（1） 旋轉(zhuǎn)交流機組：用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。（2） 直流斬波器或者脈寬調(diào)制變換器：用恒定直流電源或者不可控整流電源供電，利用直流斬波器或者脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的直流平均電壓。（3） 靜止可控整流器：用靜止的可控整流器，如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。 本文選取晶閘管可控整流器，以獲得可以調(diào)節(jié)

24、的直流電壓。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的移相電壓uc，便可調(diào)節(jié)整流電壓ud，實現(xiàn)平滑調(diào)速。 由晶閘管變流裝置直接給直流電動機供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱v-m系統(tǒng)。其原理如圖2-2所示。圖中vt是晶閘管變流裝置，可以是單向、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置gt的控制電壓uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。用觸發(fā)脈沖的相位控制整流電壓的平均值是晶閘管整流器的主要特點，而且該系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點，因此，在工業(yè)上得到普遍應用。圖2-2 v-m系統(tǒng)但是晶閘管還存在以下問題：（1） 晶閘管的單向

25、導電性給系統(tǒng)的可逆運行帶來一些困難；（2）脈動電流造成較大的諧波分量，流入電網(wǎng)后對電網(wǎng)不利，同時增加了電機發(fā)熱。（3）晶閘管的過載能力較小，要限制過電流和反向過電壓，以及電壓變化(du/dt)和電流變化率（di/dt），因此必須要有可靠的保護裝置和散熱條件；（4）整流電路的脈波數(shù)是有限的，比直流電機每對級下?lián)Q向片的數(shù)目要少的多，因此除非主電路電感無窮大，否則v-m系統(tǒng)的電流脈動總比g-m系統(tǒng)更為嚴重。脈動電流產(chǎn)生脈動的轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械不利。 目前在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖2-3所示，習慣將其中陰極連接在一起的3個晶閘管（vt1、vt3、vt5）稱為共陰

26、極組；陽極連接在一起的3個晶閘管（vt2、vt4、vt6）稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為vt1、vt3、vt5，共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為vt2、vt4、vt6。這樣晶閘管就按照1到6的順序?qū)?。圖2-3三相橋式全控整流電路原理圖下面簡單介紹一下其工作原理：6個晶閘管的脈沖按1到6個順序，相位依次相差60°；共陰極的組的3個晶閘管脈沖依次相差120°，共陽極組的3個晶閘管脈沖也依次相差120°；同一相的上下兩個橋壁的晶閘管脈沖

27、相差180°。每個時刻均需2個晶閘管同時導通，形成向負載供電的回路，一個晶閘管是共陽極組的，一個是共陰極組的，且兩個晶閘管不在同一相。采用雙脈沖觸發(fā)，兩個脈沖前沿相差60°，脈寬一般為20°-30°。當給定某一觸發(fā)角時，共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的相電壓與共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應的相電壓之差，即為輸出整流電壓，這樣通過改變觸發(fā)角的大小，就可以改變輸出整流電壓了。2.3 開環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 由于面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法是以調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖為基礎(chǔ)的。按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，需要從simulink和simpower system模塊庫中找到對應的

28、模塊，按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進行建模。開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖如下2-4圖所示。從圖中可以看出，該系統(tǒng)主要由給定環(huán)節(jié)，脈沖觸發(fā)器，晶閘管整流橋，平波電抗器，直流電動機組成。直流電動機電樞由三相晶閘管整流電路經(jīng)平波電抗器l供電，通過改變觸發(fā)器的移相控制信號uc來調(diào)節(jié)晶閘管的控制角，從而改變整流器的輸出電壓實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。圖 2-4 開環(huán)系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖2.4 單閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理圖如下圖2-5：圖2-5 單閉環(huán)系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖在電動機軸上安裝一臺測速發(fā)電機tg，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負反饋電壓un，與轉(zhuǎn)速給定電壓un*相比較后，得到偏差電

29、壓，經(jīng)放大器a，產(chǎn)生觸發(fā)裝置gt的控制電壓uct，用以控制電動機轉(zhuǎn)速。只要轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，該系統(tǒng)就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，該系統(tǒng)可大大減少轉(zhuǎn)速降落。該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、平波電抗器、直流電動機、速度反饋環(huán)節(jié)等部分組成。2.5 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電氣原理 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理如圖2-6所示。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特點是電動機的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個獨立的調(diào)節(jié)器控制，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定 。因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動機電樞的電流。當轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)

30、節(jié)使電動機電流增加，從而使電動機獲得加速轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)速上升。當實際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即電流給定減小，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電動機電流下降，電動機將因為電磁轉(zhuǎn)矩減小而減速。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達到限幅值時，電流環(huán)即以最大電流限制 idm ，實現(xiàn)電動機的加速，使電動機的啟動時間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實現(xiàn)電動機的快速制動；在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電流，因此不能產(chǎn)生反向制動轉(zhuǎn)矩而使電動機快速制動 。圖2-6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖2.6 本章小結(jié) 本章先介紹了本篇論文采用的仿真軟件matlab/simulink的主要情況；討論了直流調(diào)速系統(tǒng)的幾種調(diào)速

31、方法和系統(tǒng)仿真的理論基礎(chǔ)；簡要介紹了常用的v-m系統(tǒng)及其工作原理；最后列出了本文仿真的開環(huán)、單閉環(huán)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理，以便于下一章節(jié)的仿真。3 調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真3.1 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是比較簡單的調(diào)速系統(tǒng)，一般滿足不了工業(yè)生產(chǎn)隊調(diào)速系統(tǒng)的要求，通常需要設(shè)置反饋環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的機械性能。3.1.1 開環(huán)建模過程 在simulink仿真中為了簡化模型，有利于仿真，省略了整流變壓器和同步變壓器，整流器和觸發(fā)同步使用同一交流電源，直流電動機勵磁由直流電源（simulink中選取的）直接供電。觸發(fā)器連接同步電壓，觸發(fā)器的控制角（alphadeg端）通過了移相控

32、制環(huán)節(jié)（shifter），移相控制模塊的輸入是移相控制信號，輸出是控制角。移相控制信號在仿真中由常數(shù)模塊設(shè)定。 本次建立的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖如下所示： 圖3-1 直流電動機開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖 系統(tǒng)由控制電路建模和主電路建模兩部分組成。系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)定簡要敘述如下：（一）主電路的建模和參數(shù)設(shè)定 開環(huán)系統(tǒng)的主電路主要由三相對稱交流電壓源，晶閘管整流橋，平波電抗器，直流電動機等部分構(gòu)成。由于同步脈沖觸發(fā)器和晶閘管整流橋是不可分割的兩個環(huán)節(jié)，所以通常作為一個整體來討論，故將觸發(fā)器歸于主電路建模。 三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組里選取一個交流電壓源模塊，為了得到建模需要的三相交

33、流電，可以通過復制得到3個電壓源模塊，再使三個電壓源的一端接地。雙擊電壓源模塊a，可設(shè)定參數(shù)，如下圖3-2所示。b相和c相的設(shè)置不同于a相（電源模塊可在旁邊編輯其名稱，這里編輯為a相、b相、c相）。 圖3-2 a相電源參數(shù)設(shè)定 a相的幅值取220v，初相位設(shè)置為0，頻率為50hz，其他設(shè)定為默認。b相和c相設(shè)定的方法和a相相同，注意將初相位分別設(shè)定為120和240。這樣就得到了三相對稱交流電源。 晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組選取“universal bridge”模塊，雙擊打開以設(shè)定參數(shù)，參數(shù)設(shè)定如下圖3-3。 當采用三相整流橋時，橋臂數(shù)取3；電力電子元件選取晶閘管。如果仿真結(jié)果不理

34、想，則要通過仿真實驗不斷的進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)如圖3-3所示。 平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)定。從模塊組中選取“series rlc branch”模塊，雙擊打開以設(shè)置參數(shù)。參數(shù)設(shè)定要求類型選擇電感l(wèi)就可以得到電抗器。平波電抗器的電感值是通過仿真實驗比較后得到的優(yōu)化參數(shù)。 直流電動機的建模和設(shè)定。從模塊組中選取“dc machine”模塊。直流電動機的勵磁繞組接直流恒定勵磁電源；電樞繞組經(jīng)平波電抗器接晶閘管的輸出；電動機經(jīng)tl端口接恒轉(zhuǎn)矩負載如圖3-4所示。 脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)定。在這里將觸發(fā)器和晶閘管整流橋作為一個整體來研究。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩個部分。仿真要

35、求6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的作用是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓。在仿真圖中 觸發(fā)器開關(guān)信號block為“0”時開放觸發(fā)器；為“1”時封鎖觸發(fā)器。block選取的是constant模塊，設(shè)置參數(shù)為0既可。 圖3-3 universal bridge的參數(shù)設(shè)置 圖3-4 直流電動機的參數(shù)設(shè)定 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)定。 （二）開環(huán)系統(tǒng)的控制電路比較簡單，只有一個給定環(huán)節(jié)。在模塊組中選取“constant”模塊，設(shè)定參數(shù)為150rad/s。 圖3-5 給定環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)定 實際調(diào)速時，給定信號是在一定范圍內(nèi)變化的，可以通過仿真實驗，確定給定信號的允許范圍。這里通過實驗得出給定

36、信號的允許變化范圍在【207 110】。 3.1.2 開環(huán)系統(tǒng)的仿真 在上一節(jié)的仿真基礎(chǔ)上，可以調(diào)試并開始仿真。上一節(jié)的開環(huán)系統(tǒng)的仿真圖可以在matlab的模型窗口打開“simulink”菜單，設(shè)置“simulink parameters”的參數(shù)，在“configuration parameters”下設(shè)置仿真參數(shù)。如圖3-6所示。 由于實際系統(tǒng)的多樣性，不同的系統(tǒng)采取的算法不盡相同?？梢酝ㄟ^仿真實踐的比較選擇適合的算法。仿真的start time一般設(shè)置為 0，stop time根據(jù)需求設(shè)置，為方便觀察輸出結(jié)果，一般要求仿真輸出完整的波形既可。 在matlab模型窗口打開“simulink”

37、菜單，點擊“start”命令，系統(tǒng)開始仿真。仿真結(jié)束后可得到仿真結(jié)果。 對開環(huán)系統(tǒng)的仿真來說，可以通過兩種方法來輸出仿真圖形。圖3-6 仿真參數(shù)設(shè)置對話框和參數(shù)設(shè)置（1） 采用示波器模塊觀察輸出直接雙擊“scope”模塊既可。得到的關(guān)于轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩的仿真波形。其中橫坐標表示時間/s，縱坐標分別表示r/min、a、a、nm。得到的波形圖如下圖3-7所示：圖3-7 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真波形圖（2） 采用“out1”模塊觀察仿真輸出結(jié)果時，要在matlab命令窗口輸入繪圖命令 plot（tout，yout），可得到關(guān)于電樞電流、給定信號和轉(zhuǎn)速的波形圖，如圖3-8所示。 圖3-8

38、開環(huán)系統(tǒng)仿真輸出波形圖3.2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真通過學習和比較知道，要維持電動機的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，可引入該物理量的反饋量，構(gòu)成反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)以減小甚至消除靜差。常用的反饋系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速反饋、電壓反饋和電流反饋系統(tǒng)，這一節(jié)采用單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負反饋。3.2.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的建模 與開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相比較，兩者的主電路是相同的，區(qū)別在于控制電路上?？刂齐娐分杏辛藚^(qū)別于開環(huán)系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)。下面在詳細介紹仿真過程中為了避免重復主要介紹單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置。 本次建立的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖如下圖3-9所示：圖3-9 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 這里單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速的建模也分為主電路和

39、控制電路：（一）主電路的建模和參數(shù)設(shè)定 比較圖3-10和開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖可以看出，主電路相同。由此主電路可直接復制開環(huán)系統(tǒng)的電路以簡化建模過程。值得注意的是，這里經(jīng)過仿真實驗的多次嘗試和比較設(shè)定平波電抗器的電感值為5e-2h。（2） 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)定 單閉環(huán)有靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由給定信號、速度調(diào)節(jié)器、速度反饋等環(huán)節(jié)構(gòu)成。結(jié)合實際仿真需要，增加了限幅器、偏置、反向器等模塊。 這里有靜差調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)器，系數(shù)如圖取10，它是通過仿真實驗優(yōu)化得來的。 圖3-10 比例調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置 為了使同步觸發(fā)器能在正常工作，必須設(shè)置限幅器等環(huán)節(jié)。主這里限幅器設(shè)置

40、如下： 圖3.11 限幅器的參數(shù)設(shè)置 通過對給定信號的參數(shù)變化范圍仿真實驗探索得知，當uct在110-207v范圍內(nèi)變化時，同步脈沖觸發(fā)器可以正常工作；當uct是110時，相對的整流橋輸出電壓為最大；uct為207時對應的輸出電壓為最小，接近為零。可見它們是單調(diào)下降的函數(shù)關(guān)系。由此，將限幅器的上下幅值設(shè)為97 0。用加法器加上偏置“-207”后調(diào)整成-110 -207，在經(jīng)過反向器轉(zhuǎn)換為110 207。這樣就桐過限幅器、偏置、反向器等模塊的應用，將速度調(diào)節(jié)器的輸出限制在使同步脈沖觸發(fā)器能夠正常工作的范圍內(nèi)。這里通過實驗得知給定信號可在0 180rad/s內(nèi)連續(xù)可調(diào)。3.2.2 單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真

41、 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置方法和開環(huán)系統(tǒng)的一樣。仿真中選取的算法是ode23t；仿真start time為0，stop time為3，其他的設(shè)置和開環(huán)系統(tǒng)相同。 對單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真來說，也可以通過兩種方法來輸出仿真圖形。（1）采用示波器模塊觀察輸出波形：得到的關(guān)于轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩的仿真波形。其中橫坐標表示時間/s，縱坐標分別表示r/min、a、a、nm。得到的波形圖如下圖3-12所示：圖3-12 單閉環(huán)系統(tǒng)的輸出波形圖（2） 采用“out1”模塊觀察仿真輸出結(jié)果時，在matlab命令窗口輸入“plot（tout，yout）”得到的關(guān)于電樞電流和轉(zhuǎn)速的輸出波形圖如下圖

42、3-13所示：圖3-13 單閉環(huán)系統(tǒng)的輸出波形圖 利用上述兩個波形圖和開環(huán)系統(tǒng)的輸出波形圖比較:單閉環(huán)負反饋有靜差系統(tǒng)的機械特性較開環(huán)系統(tǒng)硬的多，負載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速降明顯比開環(huán)系統(tǒng)小。理論上減小為原開環(huán)系統(tǒng)的1/（1+k）。k值越大，穩(wěn)態(tài)速降就越小。對于要求調(diào)速范圍和靜差率不高的情況下，可采用開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；對于要求靜差率和調(diào)速范圍較高的情況下，開環(huán)系統(tǒng)滿足不了要求時，可以采用增加反饋環(huán)節(jié)，例如這里的轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。有靜差調(diào)速系統(tǒng)是依靠偏差信號的變化進行自動調(diào)節(jié)的。但是這種系統(tǒng)只能減小偏差而不能消除偏差。當然可以把這里的比例調(diào)節(jié)器換成比例積分調(diào)節(jié)器就可以實現(xiàn)無靜差。比較可見，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將

43、使調(diào)速系統(tǒng)大大減少轉(zhuǎn)速降落。為此所需付出的代價是，需要在控制電路中增設(shè)檢測和反饋環(huán)節(jié)。這在一定程度上比開環(huán)系統(tǒng)復雜。通過調(diào)試和仿真，該系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了直流電動機的調(diào)速，轉(zhuǎn)速具有一定的穩(wěn)定性，并且當電源電壓和電動機負載變換時，轉(zhuǎn)速可穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。當然，系統(tǒng)也存在著一些不足，例如，由于電流調(diào)節(jié)器采用的比例調(diào)節(jié)，系統(tǒng)是有靜差的，對輸入有穩(wěn)態(tài)誤差。要想消除上述誤差，可以將比例調(diào)節(jié)器換成比例積分調(diào)節(jié)器，可消除靜差，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于采用的單閉環(huán)控制，各參數(shù)之間相互影響，用一個調(diào)節(jié)器難以進行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，為了獲得更好的動態(tài)性能，可用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)

44、成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（下一節(jié)內(nèi)容），系統(tǒng)的波形更接近于實際運行波形。3.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)比較復雜，是目前應用最廣泛的調(diào)速系統(tǒng) ，具有調(diào)速范圍寬 、穩(wěn)定性好、精度高等許多優(yōu)點。這節(jié)介紹轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真。3.3.1 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模 在simulink仿真中asr和acr都選用pi調(diào)節(jié)器，不斷運行實驗，優(yōu)化參數(shù)。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出當作電流調(diào)節(jié)器acr的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器upe。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，這里稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，因此稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。

45、本次建立的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下圖3-14所示。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)也分為主電路和控制電路兩部分：（1） 主電路的建模和參數(shù)設(shè)定 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路建模和模型參數(shù)設(shè)置基本和單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)相同?？梢酝ㄟ^復制單閉環(huán)系統(tǒng)的仿真圖直接得來。但是通過仿真實驗的嘗試和探索，這里把平波電抗器的電感值修訂為9e-3h。（2） 控制電路的建模和參數(shù)設(shè)定 如上圖3-14所示，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器acr、速度調(diào)節(jié)器asr、限幅器、偏置、反向器、電流反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)等。限幅器、偏置電路和反向器的設(shè)置及建模和上一節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)一樣

46、。 為區(qū)別上一節(jié)，這里設(shè)置給定環(huán)節(jié)的參數(shù)為130rad/s。電流反饋系數(shù)設(shè)為0.1（通過設(shè)置增益模塊，系數(shù)設(shè)為0.1得到）；速度反饋系數(shù)設(shè)置為1（在圖中直接連線不標明既可得到）。圖3-14 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型圖 至于雙閉環(huán)的兩個pi調(diào)節(jié)器這里設(shè)置電流調(diào)節(jié)器acr參數(shù)為kp為2，上下幅值為130 -130；速度調(diào)節(jié)器asr參數(shù)設(shè)為kp為1.2，上下幅值為25 -25。其他的環(huán)節(jié)設(shè)置和上一節(jié)相同或者選擇默認值既可。 圖3-15 速度調(diào)節(jié)器asr的參數(shù)設(shè)置 圖3-16 電流調(diào)節(jié)器acr的參數(shù)設(shè)置3.3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真 通過對仿真算法的比較實踐，本次雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真算法選取ode23s

47、，仿真start time為0，stop time設(shè)為2，其他的設(shè)置和上一節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)一樣。 （1）采用示波器模塊觀察輸出波形：得到的關(guān)于轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩的仿真波形。其中橫坐標表示時間/s，縱坐標分別表示r/min、a、a、nm。得到的波形圖3-17所示。 （2）采用“out1”模塊觀察仿真輸出結(jié)果時，要在matlab命令窗口輸入繪圖命令 plot（tout，yout），可得到關(guān)于電樞電流、給定信號和轉(zhuǎn)速的波形圖如下圖3-18所示。 從仿真波形圖可以看出，本次仿真結(jié)果很接近理論分析的波形。啟動過程的第一個階段是電流上升階段。圖加給定電壓，asr的輸入很大，asr的輸出很快就

48、達到了限幅值，電流也很快上升，接近于它的最大值。第二階段，asr飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(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)，電流基本保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線性增長。第三階段，當轉(zhuǎn)速達到了給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的給定和反饋電壓平衡，輸入偏差為0，但由于積分的作用，其輸出還是很大，所以出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，asr輸入端出現(xiàn)了負偏差電壓，使得asr推出飽和狀態(tài)，進入線性調(diào)節(jié)階段。速度保持恒定。仿真的結(jié)果很好的反映了上述的描述。 和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真波形比較可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在保持了系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差的優(yōu)點外，還能夠?qū)崿F(xiàn)快速起制動，大大的提高了系統(tǒng)的性能

49、，使得雙閉環(huán)系統(tǒng)在實際應用中更具優(yōu)勢。圖3-17 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真波形圖 圖3-18 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真波形圖 3.4 本章小結(jié) 本節(jié)分別建立了開環(huán)、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖，詳細的介紹了各個環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置和設(shè)置了三個仿真系統(tǒng)的仿真時間、算法等參數(shù)。由建模的過程可以看出，面向控制系統(tǒng)的電氣原理結(jié)構(gòu)圖進行的調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真很簡單。只需要從電力系統(tǒng)工具箱中選取各個模塊，設(shè)置模塊的具體參數(shù)，按照電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行搭建既可。系統(tǒng)的建模過程接近實際系統(tǒng)的搭建過程，而且元件庫的電氣元件能較為全面的反映出相應的實際元件的電氣特性，與利用各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)建模具有明顯的優(yōu)

50、勢，因此仿真的結(jié)果更符合實際。為了使系統(tǒng)能夠得到好的性能，通常要根據(jù)仿真的結(jié)果來對系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)進行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，比如本節(jié)中就平波電抗器的電感值的調(diào)整。本章也可以增加單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的建模和仿真，只要把有靜差的仿真圖中的比例調(diào)節(jié)器換成比例積分調(diào)節(jié)器既可。這里不再介紹。 由仿真得出的結(jié)果可以看出這次的實驗比較成功，都較好的反映了實際的系統(tǒng)的特性。當然，仿真實驗和實際系統(tǒng)之間存在一定的差距，這主要是由于在建模過程中進行了簡化處理，忽略了一些不重要的因素。4 結(jié)論與展望 通過實驗可知采用matlab軟件的simulink模塊 ,可以建立直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 ,方法是可行的 ,仿真的結(jié)果是

51、合理的。該仿真方法可以在直流調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計中得到廣泛的應用。本文分別對開環(huán)、轉(zhuǎn)速有靜差單閉環(huán)、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真研究。 研究表明開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡單，但只適用于對調(diào)速精度要求不高的場合。單閉環(huán)系統(tǒng)盡管明顯優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)，但難以滿足動態(tài)性能要求較高的場合。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個閉環(huán)分別作用在不同的階段、在啟動時主要是電流負反饋起作用；到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，主要是轉(zhuǎn)速負反饋，最終得到理想的轉(zhuǎn)速和控制電流的動態(tài)波形。所以雙閉環(huán)系統(tǒng)不僅調(diào)速精度高而且動態(tài)性能好，其控制性能明顯優(yōu)于前兩者。用計算機仿真方法研究電路的性能,方便、直觀、經(jīng)濟、有效,是進行電路分析和設(shè)計的常用方法。隨著計算機硬件技術(shù)

52、和軟件技術(shù)的發(fā)展,為應用系統(tǒng)的研究提供了強大的工具。以后在計算機仿真上，調(diào)速系統(tǒng)的仿真會得到越來越多的應用。 致謝本文是在向玲導師的悉心指導下完成的，整個完成過程都傾注了導師的辛勤汗水和大量的心血。向老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、誨人不倦的精神不斷地教導我，從最初的資料收集，到選題，中期的matlab學習和仿真，一直到最后的論文定稿，都得到了向老師的耐心指導和無私幫助。向老師認真踏實的工作作風、平易近人的待人態(tài)度，嚴謹?shù)难芯孔黠L都讓我受益匪淺。在此，向向老師表示由衷的感謝和誠摯的敬意！感謝教研室的各位老師和研究生師兄師姐們給予的很多指導和幫助。 感謝圖書館的各位老師們，在查閱文獻資料時給了我很多熱心的幫助。為我取得畢業(yè)設(shè)計的順利完成打下了良好的基礎(chǔ)。感謝在一起生活和學習的同學們，是同學之間的相互關(guān)心、相互幫助、使的我在良好的學習和工作環(huán)境中順利完成學業(yè)。 感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學和朋友們，他們在我論文的研究和撰寫期間，給予我很多幫助和啟示，給我營造了一個良好的學術(shù)氛圍，使我能夠靜下心來搞研究，并取得一定的成績。在論文即將完成之際，我的心情久久無法平靜。大學最后的一年里經(jīng)歷了許多，至今