单闭环直流调速系统的MATLAB计算与仿真

1、1绪论直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛围平滑调速，在轧钢机、矿井卷 扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切割机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖 动的领域中得到了广泛的应用。近年来直流调速系统发展很快，然而直流拖动控制系 统毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度來看，它乂是交流拖 动控制系统的基础，所以首先应该很好的掌握直流系统。我们可以首先从单闭环转速负 反馈直流调速系统來研究。由于系统需要观察较多的性能，计算参数较多，而MATLAB 中的Simulink实用工具可直接构建其动态模型，省去大量的计算，通过修改动态模型 可完善系统性能。1.1直流调速系统概述从生产

2、机械要求控制的物理量來看，电力传动自动控制系统有调速系统、位置伺服 系统、力控制系统等其他多种类型，各种系统往往是通过控制转速來实现的，因此调速 系统是最基本的驱动控制系统。调速系统目前分为交流和直流调速控制系统，由于直流 调速系统的调速围广，静差率小、稳定性好并且具有良好的动态性能。因此在相当长的 时期，高性能的调速系统儿乎都采用了直流调速系统。相比于交流调速系统，直流调速 系统在理论上和实践上更加成熟。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的自动控制系统。在20世纪60 年代发展起来的电力电子技术，使电能可以转换和控制，产生了现代各种高效、节能的 新型电源和交直流调速装置，为工业生产

3、，交通运输，建筑、办公、家庭自动化控制设 备提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，因此，人类社会的生 产、生活发生了巨大变化。随着新型电力电子器件的研究和开发，先进控制技术的发展, 电力电子和电力传动控制装置的性能也不断优化和提高，这一变化的影响将越來越大。单闭环直流电机调速系统在现代日常生活中的应用越來越广泛，其良好的调速性 能、低廉的价格越來越被大众接受。单闭环直流调速系统由整流变压器、平波电抗器、晶闸管整流调速装置、电动机- 发电机、闭环控制系统组成。我们可以通过调节晶闸管的控制角來调节转速，非常方便, 高效。1.2 MATLAB 简介在1980年前后，美国的克利夫博士

4、在新墨西哥大学讲授线性代数课程时，发现应 用其它高级语言编程非常不方便，他们构思和开发了 Mat lab （MATrix LABoratory,即 矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大 学进行了儿年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，它使的矩阵的运算变 得异常容易。MATLABSGI是由美国MathWorks公司开发的大型软件。在MATLAB软件中，包括了两 个主要部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和绘图功能。 1998年，MATLAB增加了电力系统模块库，该模块库以Simulink为运行环境，是建立在 Simuli

5、nk标准模块和M语言基础上的一个附加模型库，它提供为电力系统仿真分析专用 的各种线性与非线性元件和模块。尤其是在MATLAB6. X之后的版本中，SimPowerSysterns 的元件库进行了扩种，用户可以在库中找到例如IGBT、MOSFET、GT0等儿乎所有常用的 新型电力电子器件模型，给使用带來极大的方便。可视化图形仿真功能实在SIMULINK环境下进行的。进入MATLAB系统后打开浏览窗 口到模块库，用鼠标左键双击其中的SimPowerSysterns即可弹出电力系统工具箱模块库。 它主要包含以下儿类：电源库、元件库、机组模型、电力电子元件库、测量元件、连接 元件、其他元件、电力图形用

6、户界面、演示系统等，基本涵盖了电路、电力电子、电气 传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，其元件和模块是由电 力工业领域的专家提供并得到实际证明的，符合电力专业分析软件的要求。这些模块库 包含了大多数常用电力系统元件的模块。利用这些模块及其他库模块，用户可方便、直 观地建立各种系统模型并进行分析。直流电动机具有调速性能好，起动转矩大，易于在大围平滑调速等优点，其调速控 制系统历來在工业控制中占有及其重要的地位。随着电力技术的发展，特别是在大功率 电力电子器件问世以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势，但 在中、小功率的场合，常釆用永磁直流电动机，只需对电枢

7、回路进行控制，相对比较简 单。特别是在高精度位置伺服控制系统、在调速性能要求高或要求大转矩的场所，直流 电动机仍然被广泛采用，直流调速控制系统中最典型一种调速系统就是速度、电流双闭 调速系统。直流调速系统的设计要完成开环调速、单闭环调速、双闭环调速等过程，需 要观察比较多的性能，再加上计算参数较多，往往难以如意。如在设计过程中使用Matlab 中的SimuLink实用工具来辅助设计，由于它可以构建被控系统的动态模型，直观迅速 观察各点波形，因此调速系统性能的完善可以通过反复修改其动态模型來完成，而不必 对实物模型进行反复拆装调试。本文运用MATLAB中的SimuLink实用工具对设计电路进 行

8、了仿真。1.3从1971年开始到目前的这个阶段，直线电机进入了独立的应用时代，在这个时代, 各类直线电机的应用得到了迅速的推广，制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如 直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、 电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车，其速度己超 500km/h,接近了航空的飞行速度，且试验行程累计己达数十万千米。在这个时期，直线电机领域的研究人员通过对直流电机在历史发展中多次起落的分 析，终于选择了一条适合直流电机自身发展的独特思路，它不再与旋转电机直接对抗， 不以单机的形式与旋转电机竞争，而以直线电机系统与旋转

9、电机系统相比，从而找到适 合于自己的系统与旋转电机展开竞争，在旋转电机无能为力的地方寻找自己的位置。例 如，直线电机应用于磁悬浮列车，液态金属的输送和搅拌，电子缝纫机和磁头定位装置, 直线电机冲压机等等。直线电机走自己的道路，在满足人类需求的过程中求得自身的发 展。在世界上一些发达国家，许多人和不少著名电气企业均在研究和开发直线电机产品, 例如美国的西屋（Westinghouse）公司、徳国的西门子（SIEMENS）公司、英国、法国、 瑞典，特别是日本，其人员之多和围之广是世界首屈的。我国直线电机的研究和应用发 展是从20世纪70年代初开始的。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、

10、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计 算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、 炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但与国外相比，其推广应用方面 尚存在很大差距。在70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学基金的资助下开发了调 用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库.EISPACK是特征值求解的F0ETRAN程序库， UNPACK是解线性方程的程序库。在当时，这两个程序库代表矩阵运算的最高水平。到70年代后期，身为美国New Mexico大学计算机系系主任的Cleve

11、 Moler,在给学 生讲授线性代数课程时，想教学生使用EISPACK和LINPACK程序库，但他发现学生用 FORTRAN编写接口程序很费时间，于是他开始自己动手，利用业余时间为学生编写 EISPACK和LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名为MATLAB,该名为 矩阵(matrix)和实验室(labotatory)两个英文单词的前三个字母的组合.在以后的数年 里,MATLAB在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。1984 年，Cleve Moler 和 John Little 成立了 Math Works 公司，正式把 MATLAB

12、 推 向市场，并继续进行MATLAB的研究和开发。在当今30多个数学类科技应用软件中，就软件数学处理的原始核而言，可分为两大 类。一类是数值计算型软件，如MATLAB, Xmath, Gauss等，这类软件长于数值计算，对 处理大批数据效率高；另一类是数学分析型软件,Mathematica, Maple等。这类软件以符 号计算见长，能给出解析解和任意精确解，其缺点是处理大量数据时效率较低。 MathWorks公司顺应多功能需求之潮流，在其卓越数值计算和图示能力的基础上，乂率 先在专业水平上开拓了其符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，开发了适 合多学科、多部门要求的新一代科技应用软件M

13、ATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB 以经占据了数值软件市场的主导地位。在MATLAB进入市场前，国际上的许多软件包都是直接以F0RTRANC语言等编程语言 开发的。这种软件的缺点是使用面窄，接口简陋，程序结构不开放以及没有标准的基库, 很难适应各学科的最新发展，因而很难推广。MATLAB的出现，为各国科学家开发学科软 件提供了新的基础。在MATLAB问世不久的80年代中期，原先控制领域里的一些软件包 纷纷被淘汰或在MATLAB上重建。MathWorks 公司 1993 年推出 了 MATLAB 4。0 版，1995 年推出 4。2C 版(for win3o X) 1997年推出5。0

14、版。1999年推出5。3版。MATLAB 5。X较MATLAB 4。X无论是界 面还是容都有长足的进展，其帮助信息采用超文本格式和PDF格式，在Netscape 3。0 或IE 4。0及以上版本，Acrobat Reader中可以方便地浏览。时至今日，经过MathWorks公司的不断完善，MATLAB己经发展成为适合多学科，多 种工作平台的功能强大大大型软件。在国外，MATLAB己经经受了多年考验。在欧美等高 校，MATLAB己经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分 析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士 生必须掌握的基本技能。在

15、设计研究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解 决各种具体问题。在国，特别是工程界，MATLAB 定会盛行起来。可以说，无论你从事 工程方面的哪个学科，都能在MATLAB里找到合适的功能。To因为两个电刷静止不动，电流i总是从正极性电刷流入，经过旋转的换向片，由另 一个电刷负极性电刷流出。故当导体旋转而交替的处于两个磁极下时，导体中的电流将 随其所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，并 使电动机持续旋转。此时电刷和换向器起到把外部电源流入的直流，改变成线圈的交流 的“逆变”作用。这就是直流电动机的工作原理。2.2电动机调速指标稳态指标：主要是要求系统

16、能在最高和最低转速进行平滑调节，并且在不同转速下 工作时能稳定运行，而在某一转速下稳定运行时，尽量少受负载变化及电源电压波动的 影响。因此稳态指标就是调速系统的调速围和静差率。2.2.1调速围生产机械要求电动机提供的最高转速心返和最低转速Gm之比叫做调速围，用字母D表示，即D =基(2.2)%其中山藏和Gm 一般都指电机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如 精密磨床，也可用实际负载时的转速。2.2.2静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落 叽,与理想空载转速佻之比，称作静差率s,即(2.3)静差率是用來衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。它和机械

17、特性的硬度有 关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度就越高。调速围和静差率两项指标并不是彼此孤立的必须同时提才有意义。一个调速系统的 调速围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转速可调围。脱离了对静差率的要 求，任何调速系统都可以得到极高的调速围；反过來，脱离了调速围，要满足给定的静 差率也就容易得多了。2.2.3调速的平滑性相邻两级转速的接近程度叫做调速的平滑性。可用平滑系数卩來衡量，它是相邻两级转速之比，即n.0=(2.4)卩越接近于1,平滑性越好。卩在1.06以下时，可认为转速基本上连续可调，级数 接近无穷多，称作无级调速。2.3直流电动机的调速直流电动机分为他励直流电动机和自励直流

18、电动机，本文以他励直流电动机为例来 说明直流电机的调速。他励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个独立的直流电 源供电。在励磁电压r的作用下，励磁绕组过励磁电流，从而产生主磁通。在电枢 电压匕的作用下，电枢绕组过电枢电流匚。他励直流电动机的转速公式为：E U-IR(2.5)n =C C伸式(2.5)中：E为电枢电动势；U为他励电动机的电枢电压;I为电枢电流；R为电枢回路的总电阻； 0为励磁磁通;n为电机的转速；。为电动势系数，由电机结构决定。由此，直流电动机有三种调速方式：电枢回路串电阻的变电阻调速，改变电枢电压 的变电压调速以及减小气隙磁通量的弱磁调速。(1) 电枢回路串电阻调速该调速方法

19、的原理可用图2.2來说明。图2.2电枢回路串电阻调速设电动机带恒转矩负载，原來运行与A点，转矩为现欲将速，在电枢回路中 串入电阻兀1,从图中可看出到达新的稳态后，转速将降为切，所串电阻越大，稳态转 速越低。忽略电磁惯性，调速过程可大致说明如下：电动机原來运行于A点，转速为负载转矩为7V1,串入电阻兀1以后，电动机的 机械特性将变为直线n0B。电动机的转速不能发生突变，于是，电动机旳运行点将由A 点变为C点，C点所对应的电磁转矩为，显然T2ri,即在C点电磁转矩小于负载 转矩，电动机将减速。随着转速下降，反电动势将减小，电流将增大，电磁转矩亦将增 大,但在到达B点以前，T始终小于几1,故减速过程

20、将沿机械特性“OB由C点向B点 进行，如图1中箭头所示。到达B点以后，T=Ti,进入新的稳态，于是电动机的转速 由调至从机械特性还可以看出，当空载或轻载时，调速围很小，调速效果不明显；而在 低速时，特性变软，转速的相对稳定性较差（即很小的负载波动将引起速度较大的波动）; 此外，这种调速方法只能实现有级调速，调速的平滑性较差。这种调速方法的优点是设备不太复杂，操作比较简单。（2）降低电源电压调速该调速方法的原理可用图2.3來说明。图2.3降压调速原理设电动机带恒转矩负载（几1）,在额定电压下运行于A点，转速为5,先将电 源电压降为，忽略电磁惯性，电动机的机械特性由图中的特性1变为特性2,转速不

21、能突变，于是，电动机的运行点由A点变为C点。在（2点，对应的电磁转矩为T2tT2TLlf 电动机将减速。随着转速的下降，反电动势减小，电流增加，电磁转矩亦增大，但在到 达B点以前，T总小于几1,故减速过程将沿特性2由C点至B点进行。到达B点以后, T=*i,电动机进入新的稳态以转速切运行（还有一种可能，降压后，开始阶段电动机 运行于第二象限）。降压调速可以得到较大的调速围，只要电源电压连续可调，就可实现转速的平滑调 节，即无级调速。这种系统性能较为优越，但设备总投资大大增加。（3）弱磁调速弱磁调速的原理可由图2.4來说明。图2.4弱磁调速原理设电动机带恒转矩负载（几1）,运行于固有特性上的A点

22、，转速为n4,弱磁并达到 新的稳态后，电动机的转速将提高为71。达到新的稳态后，因负载转矩不变，故电磁转 矩亦不变，磁通减小，故/需增大。式（2.6）中，分子因J增大而减小，分母因0减小而减小，n到底是增大还是减小, 取决于分子、分母减小的相对程度，一般电机中-“仅占电压U个很小的比例，所以 分子减小相对较小，而分母减小的比例等于磁通减小的比例，故一般弱磁用于升速。忽略励磁电流和电枢电流的过渡过程，对弱磁升速过程简单分析如下：弱磁后，机械特性变为直线BC,转速不能突变，电动机的运行点由A点变为C点, 因磁通减小，故反电动势减小，导致电枢电流增大。尽管磁通减小，但电枢电流增加很 多，使电磁转矩大

23、于负载转矩，电动机将加速，随着n增加，匚将减小，但在到达B点 以前，应有T 几1,故电动机将在特性BC上沿箭头方向由C点一直加速到新的稳态 运行点B点。弱磁调速是在励磁电路中实现调节，较为方便，但调速围一般较小。一般在额定转 速“N以下用降压调速，而在nN以上用弱磁调速。串电阻调速在空载或轻载时，调速围很小，调速效果不明显；而在低速时，特性变 软，转速相对稳定性较差，这种调速方法只能实现有级调速，调速的平滑性较差。弱磁 调速的调速围也比较小。因此，本文采用降电压调速，此方法可以得到较大的调速围， 只要电源电压连续可调，就可实现转速的平滑调节，即无级调速。3单闭环直流调速系统3.1 V-M系统简

24、介由晶闸管变流装置直接给直流电动机供电的调速系统，称为晶闸管-电动机直流调 速系统，简称V-M系统。其原理图如图3.1所示。图中VT是晶闸管变流装置，可以是 单向、三相或者更多相数，半波、全波、半控、全控等类型，通过调节触发装置GT的 控制电压匕來移动触发脉冲的相位，以改变整流电压从而实现平滑调速。用触发脉 冲的相位控制整流电压的平均值是晶闸管整流器的主要特点，而且该系统具有调速围 广、精度高、动态性能好、效率高、易控制等优点，因此，在工业上得到普遍应用。但是晶闸管还存在以下问题：1）晶闸管的单向导电性给系统的可逆运行带來一些困难；2）晶闸管的过载能力小，要限制过电流和反向过电压，以及电压变化

25、（“心）和 电流变化率（/%）,因此必须要有可靠的保护装置和散热条件；3）整流电路的脉波数是有限的，比直流电机每对级下换向片的数目要少的多，因 此除非主电路电感L二3否则V-M系统的电流脉动总比G-M系统更为严重。脉动电流产 生脉动的转矩，对生产机械不利。4）脉动电流造成较大的谐波分量，流入电网后对电网不利，同时也增加了电机发 热。3.2三相桥式全控整流电路目前在各种整流电路中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图 3. 2所示，习惯将其中阴极连接在一起的3个晶闸管（UT】、“3、”5）称为共阴极组; 阳极连接在一起的3个晶闸管（4、”6、VT2）称为共阳极组。此外，习惯上希望晶

26、 闸管按从1至6的顺序导通，为此将晶闸管按图示的顺序编号，即共阴极组中与a、b、 c三相电源相接的3个晶闸管分别为仃1、VT3 VT5,共阳极组中与a、b、c三相电源相 接的3个晶闸管分别为丁6、VT2o这样晶闸管就按照1到6的顺序导通了。A OB图3.2三相桥式全控整 流电路原理图下面简单介绍一下其工作原理：6个晶闸管的脉冲按1到6个顺序，相位依次相差60 ；共阴极的组的3个晶闸管 脉冲依次相差120。,共阳极组的3个晶闸管脉冲也依次相差120 ；同一相的上下两 个桥壁的晶闸管脉冲相差180 o每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向负载供电 的回路，一个晶闸管是共阳极组的，一个是共阴极组的，

27、且两个晶闸管不在同一相。采 用双脉冲触发，两个脉冲前沿相差60，脉宽一般为20 -30 o当给定某一触发角时, 共阴极组中处于通态的晶闸管对应的相电压与共阳极组中处于通态的晶闸管对应的相 电压之差，即为输出整流电压，这样通过改变触发角的大小，就可以改变输出整流电压 To当60时的整流电压平均值为：(3. 1)当60 90时的电压平均值为:3 rn討鮎阿2血沁仙)COSC+G3=2.34U21+3 (3.2)3.3闭环调速系统的组成和静特性要维持电动机的转速稳定，可引入该物理量的反馈量，构成反馈闭环控制系统。常 用的反馈系统有转速反馈、电压反馈和电流反馈系统，本文采用转速反馈。图3.3采用转速负

28、反馈的闭坏调速系统在电动机轴上安装一台测速发电机TG,从而引出与被调量一转速成正比的负反馈电 压S，与转速给定电压：1相比较后，得到偏差电压 %,经过放大器A,产生触发装 置GT的控制电压St,用以控制电动机转速。其原理图如图3. 3所示。只要转速出现偏差，该系统就会自动产生纠正偏差的作用。 转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，该系统可大大减少转速降落。下面分析这个闭环调速系统的稳定性。为了突出主要矛盾，先作如下的假定：（1）忽略各种非线性因素，假定各环节的输入输出关系都是线性的；（2）假定只工作在V-M系统开环机械特性的连续段；（3）忽略直流电源和电位器的阻。各环节稳态关系如下：电压比较

29、环节：（3.3）(3.4)放大器：Uc严KQU“(3.5)V-M系统开环机械特性:晶闸管整流器与触发装置：Ud = K(3.6)(3.7)(3.8)匕n-7.R图3.4转速负反馈闭环调速系统稳态结构图测速发电机：Uts = an 以上各关系式中 + i）（TniT + Tms +1） + K这和静特性分析的结果是完全一致的。3. 7. 2积分控制时的稳态抗扰误差将图3. 12比例调节器换成积分调节器如图3.13 突加负载时1肿丄于是5（3. 18）一学心+1)4+1)A/7(5)=；吨;+ Tms +1) + aKs/Cc负载扰动引起的稳态速差为一誓心+ 1）（加+ 1）A/?（5）= Inn

30、 5A/?（5）= lun；= 0（3. 19）一。-5（7 + 1）（7；7；厂+7 + 1） + 必,可见，积分控制的调速系统是无静差的。3. 7. 3比例积分控制时的稳态抗扰误差用比例积分调节器控制的闭环调速系统的动态结构如图3. 14o图3.13给定为0时采用积分调节器图图3. 14给定为0时采用比例积分调节器的闭环调速系统结构图的闭坏调速系统工程结构图则稳态速差为($) = Inn 5A/7(5)= InnSTO$TOJ R-岸-f(7 + 1)(G + 1)aK巩 7 + )(TJts2 + 7 +1) + 于(KpiTs +1)=0(3. 20)因此，比例积分控制的系统也是无静差

31、调速系统。3. 7.4稳态抗扰误差与系统结构的关系上述分析表明，就稳态抗扰性能來说，比例控制系统是有静差的，而积分控制和比 例积分控制系统都没有静差。显然，只要调节器中有积分成份，系统就是无静差的。只 要在控制系统的前向通道上在扰动作用点以前含有积分环节，则外扰动便不会引起稳态4电路设计和仿真该系统的控制对象是直流电动机M,被控量是电动机的转速n,晶闸管触发及整流 电路为功率放大和执行环节，和晶闸管同步脉冲触发电路，用來调节晶闸管的控制角。 测速模块把测得的转速反馈到输入中。4.1电路原理选用转速为反馈量，采用变电压调节方式，设计单闭环直流调速系统，其原理图如 图4.1所示，该系统可实现对直流

32、电机的无级平滑调速。12图4.1单闭坏转速负反馈直流调速系统原理图该系统由整流变压器、平波电抗器、晶闸管整流调速装置、电动机-发电机和测速 反馈组组成。图中将反映转速变化的电压信号作为反馈信号，经速度变化后接到电流调 节器的输入端，与给定的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压匕，用其作为控 制整流桥的触发电路，触发脉冲经功放后加到晶闸管的门极和阴极之间，以改变三相全 控整流的输出电压，这就构成了速度负反馈闭环控制系统。电动机的转速随给定电压变 化，电动机最高转速由电流调节器的输出限幅所决定，电流调节器釆用比例（P）调节, 对阶跃输入有稳态误差，想要消除上述误差，须将调节器换成比例积分（PI）

33、调节。这 时当给定电压恒定时，闭环系统起到了抑制所用，当电动机负载或电源电压波动时，电 动机的转速稳定在一定的围之中。4.2參数设计及MATLAB仿真4. 2. 1系统仿真图应用MATLAB仿真工具对图4. 1所示单闭环直流调速系统进行仿真，其仿真图见附 录lo4.2.2系统的建模和参数设置（1）触发电路的建模和参数设置In2图4.2同步电源与6脉冲触发器1）六脉冲同步触发器模型：SimPowerSysternsExtra libraryControl blocks, 其参数为：同步电压的频率/Hz栏为50,脉冲宽度/degree栏为1,釆用双脉冲触发方 式，其参数设置如图4. 3所示。2 ）

34、三相线电压模型：SimPowerSystems-MeasurementsVolt age Measurement , 分别命名为Vab、Vbc、Vcao3 ）三个连接端口 ： SinPowerSystemsElementsConnection Port,分别命名为 Ua、 Ub、 Uco4）两个输入模块：SimulinkSourcesIni分别命名为Uct、In2, Uct端口数设为5, In2端口数设为4。5）一个输出模块：SimulinkSinksOutl。图4. 3六脉冲同步触发器的参数设置找到各元件，按图4. 2所示连线，注意Vab、Vbc、Vca是呈三角形连接的。接好连线后，按Ctr

35、l+A全选，点击Edit Create Subsystem,对6脉冲同步触发器进行子系统封装。封装后如图4. 4所示。图4.4六脉冲触发封装子系统（2）主电路的建模和参数设置新建一个模型文件，将触发电路子系统复制到新文件中。1 ）三个交流电压源模块：PowerSystemsElectrical SourcesAC Voltage Source, 分别命名为Va、Vb、Vc,参数设置为：Peak amplitude栏为220, Frequency栏为50，Phase 栏分别为 0、120、240。图4.4三相交流电压源参数设置2 ) 一个接地模块：SinPowerSystemsElementsG

36、round3 )晶闸管整流桥和二极管：SinPowerSysternsPower ElectronicsUniversalBridgeo参数设置如图4. 5, 4. 6所示：图4. 5三极管参数设置图46二极管参数设置4) 励磁电源：S inPowerSystemsElectrical SourcesDC Volt age Sources, 电 压设为220Vo5 ) 平波电抗器：S inPower SystemsElementsSeries RLC Brancho参数设置如图4. 7所示：图47平波电抗器参数设置6）直流电动机：SinPowerSystemsMachinesDC Machin

37、e。 参数设置如图4. 8所示：图4.8直流电动机参数设置7）四个常数模块：SimulinkSourcesConstant, Constant Value 分别设为 120、 -180、 50、 0o8) 一个连接器：SimulinkSignal RoutingDemux,设为 4 个输出。9) 个示波器：SimulinkSinksScope。示波器参数设置如图4. 9所示：图49示波器参数设置10）两个加法连接器：SimulinkMath OperationsSum, List of signs 栏分别 设置为：l+-和1+。参数设置如图4. 10所示：图4. 10加法连接器参数设置11）两

38、个比例环节：SimulinkMath OperationsGain,其Gain栏参数设置如图 411所示:图4.11比例坏节参数设置12) 一个限幅器：SimulinkCommonly Used BlocksSaturation,其参数设置如图4. 12所示:图4. 13系统仿真参数设置4. 2. 3仿真结果点击运行，查看示波器，波形如图4. 14所示:图4. 14仿真波形图图4. 14表示转速、电枢电流、励磁电流、电磁转矩仿真波形，其中横坐标表示时 间/s,纵坐标分别表示r/min. A、A和Nm,通过分析可知，该仿真结果与实际运行结果 是相似的，说明系统的建模和仿真是成功的。本设计为单闭环直流调速系统，通过分析直流电动机的运行特点、调速方式和稳 态性能等，选定转速为反馈量，采用变电压调速方式，设计单闭环转速负反馈直流调速 系统，并用MATLAB仿真工具对其进行仿真。通过调试和仿真，该系统可很好的实现直流电机的调速，转速具有一定的稳定性, 并且当电源电压和电动机负载变换时，转速可稳定在一定的围。当然，系统也存在一些不足，由于电流调节器采用的比例调节，系统是有静差的, 对阶跃输入有稳态误差，要想消除上述误差，可以将比