課程設(shè)計(jì)：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真摘 要當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三部分組成，包括控制部分、功率部分、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡(jiǎn)單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點(diǎn)，一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。 微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)基于微機(jī)控制的雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個(gè)將微機(jī)和

2、電力拖動(dòng)控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對(duì)控制對(duì)象全面回顧的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)控制部分展開(kāi)研究，它包括對(duì)實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。在硬件方面充分利用微機(jī)外設(shè)接口豐富，運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。 論文分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)、吸收、保護(hù)控制等關(guān)鍵技術(shù).在微機(jī)控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測(cè)速、數(shù)字PWM調(diào)制器、雙極式H型PWM變換電路、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理,并給出了軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速 目 錄前 言1第1章 直流P

3、WM-M調(diào)速系統(tǒng)2第2章 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析4第3章 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)63.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)63.2 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算73.3 參數(shù)校驗(yàn)83.3.1 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：83.3.2 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件83.3.3 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件83.3.4 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件93.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容9第4章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)114.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)114.2 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇114.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算144.4 參數(shù)校驗(yàn)144.4.1 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)條件154.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近

4、似處理?xiàng)l件154.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容154.6 調(diào)速范圍靜差率的計(jì)算16第5章 系統(tǒng)仿真175.1 仿真軟件Simulink介紹175.2 Simulink仿真步驟175.3 雙閉環(huán)仿真模型175.4 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖18結(jié) 論19參考文獻(xiàn)20前 言直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)幾年來(lái)發(fā)展很快，直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動(dòng)小，有很大的優(yōu)越性，在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的不同主要在變流主電路上，采用了脈寬調(diào)制方式，轉(zhuǎn)速和電流的控制盒晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)

5、一樣。 直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)的PWM變換器有可逆和不可逆兩類，二可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。這里主要研究H型主電路雙極式的PWM_M調(diào)速系統(tǒng)和受限單極式PWM_M調(diào)速的仿真，并通過(guò)仿真分析直流PWM_M可逆調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)程。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)行了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線形組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)

6、更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心部分。 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，二者之間實(shí)行串級(jí)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。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測(cè)部分中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)速還則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到了比較理想的檢測(cè)效果。第1章 直流PW

7、M-M調(diào)速系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖4-1所示。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，二者之間實(shí)行串級(jí)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。從閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了校正。檢測(cè)部分中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)速還則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到了比較理想的檢測(cè)效果。主電路部分采用了以GTR為可控開(kāi)關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。控

8、制PWM脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來(lái)控制H電路中對(duì)電機(jī)速度的控制。 圖1-1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如上圖所示，其中UPE是電力電子器件組成的變換器，其輸入接三相(或單相)交流電源，輸出為可控的直流電壓鑄。對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P一MOSFET組成的PWM變換器;對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如GTO、IGCT等;對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管裝置。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。圖1-2橋式可逆PWM變化器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波

9、形如圖2-1它們的關(guān)系是： 。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) 時(shí)， ，電樞電流 沿回路1流通；當(dāng) 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)， 沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流， 。因此， 在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。第2章 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析圖2-1雙極式控制時(shí)的電壓和電流波形。電動(dòng)機(jī)電樞電壓的平均值則體現(xiàn)

10、在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， ，則 的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖相等， ，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。圖4所示的波形是電動(dòng)機(jī)工作在正向電動(dòng)時(shí)的情況。 圖2-1式控制可逆PWM變換器波形直流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓的正、負(fù)變化，使電流波形隨之波動(dòng)。電流波形存在兩種情況，如圖2的和。相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重的情況，這時(shí)負(fù)載電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電動(dòng)機(jī)始終工作在第象限的電動(dòng)狀態(tài)。相當(dāng)于負(fù)載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，于是二極管終止續(xù)流，而反向開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。電流中的線段3和4是工作在第象限的制動(dòng)狀

11、態(tài)。電樞電流的方向決定了電流是經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管VD還是經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)器件VT流動(dòng)。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為若占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為，相應(yīng)地，。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。第3章 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)在上圖點(diǎn)劃線框的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) 遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) ，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化

12、慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即 ，這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如圖4-4。圖3-1 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化成圖3-2。圖3-2 小慣性環(huán)節(jié)近似處理3.2 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性的，要校正成典型型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成式中

13、-電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) -電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 （3-3）則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖所示的典型形式，其中 （3-4）比例系數(shù)，可根據(jù)所需的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查表可選， 已知三相橋式電路的平均失控時(shí)間=電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)。各變量之間的關(guān)系： 令兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入和輸出最大值都是，額定轉(zhuǎn)速，額定電流，最大電流，為過(guò)載倍數(shù)，一般取為1.5。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 電流反饋系數(shù)： 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間：，則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)：3.3 參數(shù)校驗(yàn)3.3.1 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，查

14、表典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能都是可以接受的。電流截止頻率：3.3.2 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。3.3.3 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 機(jī)電時(shí)間： 滿足近似條件。3.3.4 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。3.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖3-3 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖4-6所示，按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值計(jì)算如下： 取 取 取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 滿足設(shè)計(jì)要求第4章 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)化簡(jiǎn)后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)，可知

15、：忽略高此項(xiàng)，可降階近似為：接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。這表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用。4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1所示。圖4-1 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成，時(shí)間常數(shù)和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中.圖4-2 等效成單位負(fù)反饋和小慣性的近似處理

16、為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中。至于階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，線性系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。由此可見(jiàn)也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：式中 -轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) -轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為：14 在典型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中，時(shí)間常數(shù)是控制對(duì)象固定的，待定的參數(shù)有和。為了分析方便，引入一個(gè)新的變量，令是斜率為的中頻段的寬度，稱作中頻寬在一般情況下，點(diǎn)處在特性段因此 在工程設(shè)計(jì)中，如果兩個(gè)參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰

17、值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合。只有一個(gè)確定的可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值，這時(shí)和，之間的關(guān)系是 以上兩式稱作準(zhǔn)則的“最佳頻比”，因而有確定之后根據(jù)上式即可分別求得和。可得可知轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為因此4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算已知，電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)： 令，則小時(shí)間常數(shù)近似處理的時(shí)間常數(shù)為：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則的超前時(shí)間常數(shù)為： 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為： 則的比例系數(shù)為： 4.4 參數(shù)校驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為： 4.4.1 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)條件滿足簡(jiǎn)化要求。4.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。4.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖4-3 含給定濾波與反饋

18、濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，取，則 取 取 取4.6 調(diào)速范圍靜差率的計(jì)算取靜差率： 調(diào)速范圍： 第5章 系統(tǒng)仿真5.1 仿真軟件Simulink介紹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(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(G

19、UI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)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(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)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(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.5.2 Simulink仿真步驟(1) 在MATLAB命令窗口中輸入simulink，桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。(2) 打開(kāi)MATLAB中的Simul

20、ink工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。(3) 將設(shè)計(jì)的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個(gè)模塊，運(yùn)調(diào)試功能，如果無(wú)誤后就可以運(yùn)行系統(tǒng)。(4) 運(yùn)行后便可通過(guò)模擬示波器觀察波形。5.3 雙閉環(huán)仿真模型電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖5-1所示。圖5-1 雙閉環(huán)仿真模型5.4 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖5-2所示。圖5-2 雙閉環(huán)仿真波形仿真中，ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過(guò)了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。電流調(diào)節(jié)起作用:自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，速度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可整定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速。仿真結(jié)果符合實(shí)際情況，說(shuō)明參

21、數(shù)的選擇設(shè)計(jì)較為合適。結(jié) 論轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。調(diào)整限幅值的小或調(diào)整電流反饋系數(shù)就可方便地改變最大電流 。在起、制動(dòng)過(guò)程中，速度調(diào)節(jié)器很快入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值，這時(shí)系統(tǒng)實(shí)際上為一個(gè)恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用使系統(tǒng)的起、制動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中電流的波形接近于理想的最佳過(guò)渡波形。當(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，對(duì)轉(zhuǎn)速起主要調(diào)節(jié)作用，電流環(huán)成為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效正的設(shè)計(jì)與調(diào)試是先按內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）后外環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)）的順序進(jìn)行的，因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)過(guò)程中可以認(rèn)為外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)幾乎沒(méi)有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個(gè)組環(huán)節(jié)。從快速起動(dòng)系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典