转速电流双闭环直流调速系统的设计电拖课设

1、. . . . 目录摘要1第1篇直流电动机调速系统的设计21 绪论22直流调速系统的方案确定32.1 系统技术数据与要求32.2 调速系统的方案选择33主电路设计与计算53.1 主电路的设计53.2整流变压器的设计53.3晶闸管元件的选择73.4 主电路的保护设计与计算73.5 平波电抗器的计算113.6 励磁电路元件的选择124 触发电路的设计144.1 触发电路的选择144.2 同步变压器设计154.3 控制电路的直流电源165 双闭环的动态设计和校验175.1电流调节器的设计和校验175.2转速调节器的设计和校验186 直流调速系统MATLAB仿真186.1 电流环系统的建模与参数设置1

2、86.2 系统仿真结果的输出与结果分析186.3转速环系统的建模与参数设置18第2篇交流调速系统建模与仿真181 闭环控制的变压调速系统与其静特性182 闭环变压调速系统的近似动态结构框图183 交流调压调速系统的Matlab仿真183.1 交流调压调速系统的建模184 交流调压调速系统的仿真18小结18参考资料1836 / 38摘要本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数与控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践发现，如果

3、在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效与可靠性高等优点。关键词：双闭环直流调速系统，晶闸管，直流电动机，MATLAB，仿真AbstractThis paper presents the speed-current double closed-loop DC speed control system

4、design, experimental results can be accurate visual observation of speed - current double closed-loop speed control system startup process can be designed to facilitate the regulation of the various parameters and control strategies and to analyze their multi-system performance and achieved good res

5、ults. But how to handle the speed control and current control between the relationship? After repeated study and practice, and finally found that if in the system set up two regulators, respectively, regulate speed and current in series connection between the practice, that is, the output of speed r

6、egulator as the input current regulator ACR, and then current regulator's output as the control voltage thyristor triggering device, then the regulatory role of these two will be able to complement one another by. In this paper, MATLAB software components of the simulink pairs of closed-loop spe

7、ed control system of the DC simulation results show that the application of MATLAB for system simulation is convenient, efficient and high reliability. Key words: Double-Loop DC Motor Control systems, thyristor, DC motors, MATLAB, simulation第1篇 直流电动机调速系统的设计1 绪论在现代工业中，为了实现各种生产工艺过程的要求，需要采用各种各样的生产机械，这些

8、生产机械大多采用电动机拖动。随着工艺技术的不断发展，各种生产机械根据其工艺特点，对生产机械和拖动的电动机也不断提出各种不同的要求，这些不同的工艺要求，都是靠电动机与其控制系统和机机械传动装置实现的。可见各种拖动系统都是通过控制转速来实现的，因此，调速控制技术是最基本的电力拖动控制技术。由于直流调速控制系统具有良好的启制动、正反转与调速等性能，目前在调速领域中仍占主要地位。按供电方式，它可分交流机组供电、水银整流供电和晶闸管供电三类。晶闸管供电的直流调速控制系统具有良好的技术经济指标。因此，在国外已取代了其他两种供电方式。目前，我国的直流调速控制主要在以下几个方面进行着研究。 提高调速的单机容量

9、。我国现有最大单机容量为7000kW，国外单机容量已达14500kW。 提高电力电子器件的生产水平，增加品种。20世纪50年代末出现的无自关断能力的半控型普通晶闸管是第一代电力电子器件。70年代以后，出现了能自关断的全控型器件，如电力晶体管（GTR）、门极可关断晶闸管（GTO）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、电力场效应管（MOSFET）、静电感应晶体管（SIT）和静电感应晶闸管（SITH）等称之为第二代电力电子器件，使得变流器结构变得简单、紧凑。80年代后，出现了电力集成电路（PIC），属于第三代电力电子器件，在PIC中，不仅含有主电路的器件，而且把驱动电路以与过压、过电流保护、电流检测甚至

10、温度自动控制等电路都集成在一起，形成一个整体。当今，电力电子器件正在向大功率化、高频化、模块化、智能化发展。 提高控制单元水平。目前国使用较多的仍是小规模集成运放和组件构成的交直流调速控制系统，触发装置甚至仍是分立元件的，目前，国外的第四代产品以微处理机为基础，具有控制、监视、保护、诊断与自复原等多种功能。2直流调速系统的方案确定2.1 系统技术数据与要求技术数据：直流电机额定功率Pn=48KW；额定电压Un=230V, 额定电流In=209A,极对数2P=2,转速nn=1450r/min；电枢电阻Ra=0.3 ,励磁电压UL=220V, 励磁电流IL=1.6A。设计要求：电枢回路总电阻取R=

11、2Ra；总飞轮力矩：GD2=2.5GDa2系统调速围D=10,静差率S 5%；稳态无静差，电流超调量i% 5%；启动到额定转速时的转速退饱和超调量n10%。2.2 调速系统的方案选择因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。并设有电流反馈，以提高电机的动态快速性以与进行限流保护。调速系统的结构框图如图2-1所示。与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压，与给定电压相比较后，得到转速偏差电压，经转速调节器放大后，作为电流调节器的给定，与电流反馈信号相减后得到电流偏差，经电流调节器放大后，去控制触发器的导通角，从而改变输出电压，达到变压调速的目的。2.2.1

12、主电路的选择一般说来，对晶闸管整流装置在整流器功率很小时（4KW以下），用单相整流电路，功率较大时用三相整流电路。这样可以减小负载电流的脉动。由于所提供的电动机为10KW。故主电路采用三相整流电路。在三相整流电路中，主要有三相零式整流电路、三相全控桥式整流电路和三相半控桥式整流电路。三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少，触发器也少，对需要220V电压的用电设计直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器。但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输出电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变压器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗。因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大。而三相全控桥式整流电

13、路，在输出电流和电压一样时，电源相电压可较三相零式整流电路小一半。因此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求。变压器二次绕组电流中没有直流分量，种用率高。输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可以小一些。三相全控桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380电网直接供电，而要用整流变压器。三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合。综合上述三种三相整流电路，与根据系统设计要求，主电路选用三相全控桥式整流电路。又由于电动机的额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降

14、低；为避免三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用D/Y联结。2.2.2 触发电路的选择目前触发电路主要有阻容移相触发电路、单结晶体触发电路、正弦波同步触发电路、锯齿波同步触发电路，以与集成触发电路等。对常见的几种触电发电路进行综合考虑，集成触发电路具有明显的优点，因而选用集成触发电路。触发集成芯片采用目前比较常用的KC系列。3主电路设计与计算3.1 主电路的设计由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电。如图3-1所示。图3-1 晶闸管三相全控整流电路在图3-1中，SB1 为停止按扭，SB2为启动按扭。主电路的工作过程为：先合上开关QS1，

15、接通三相电源，经整流变压器变压后，一路经整流二极管VD1VD6组成的三相不可控桥式整流电路转换成直流电，作为直流电机的励磁电源。当励磁电流达到最小允许值后，过电流继电器吸合，此时按下启动按扭SB2，接触器KM得电吸合，其主触头闭合，从整流变压器输出的三相电压经热继电器后加到由晶闸管VT1VT6组成的三相全控整流电路上，在触发电路的控制下得到可调的电压，从而调节电机的转速。3.2整流变压器的设计3.2.1变压器二次侧电压U2的计算U2是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。一般可按下式计算，即： （3-1

16、）式中:A理想情况下，=0°时整流电压Ud0与二次电压U2之比，即A=Ud0/U2；B延迟角为时输出电压Ud与Ud0之比，即B=Ud/Ud0；电网波动系数，通常取=0.9；11.2考虑各种因数的安全系数；对于三相全控整流电路 A=2.34；取=0.9；角考虑10°裕量，则 B=cos=0.985，由式（3-1）可得，取=125V。电压比 K=U1/U2=380/120=3.04。3.2.2 一次、二次相电流I1、I2的计算整流变压器一次、二次相电流与负载电流之比分别为： （3-2） （3-3） 考虑变压器的励磁电流时，应乘以1.05左右的系数，即： （3-4）对于三相全控整

17、流电路 KI1=0.816,KI2=0.816，由式（3-3）、（3-4）可得：3.2.3变压器容量的计算； （3-5）； （3-6）； （3-7）式中m1、m2 -一次侧与二次侧绕组的相数；对于三相全控挢式整流电路m1=3，m2=3，则有：S1=m1U1I1=3×380×58.9=67.146 kVAS2=m2U2I2=3×120×170.54=61.394 kVA S=0.5(S1+S2)= 0.5×(67.146+61.394）=64.27kVA 取S=64.3kVA 3.3晶闸管元件的选择3.3.1晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰

18、值电压，并考虑（23）倍的安全裕量，参照标准晶闸管电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即 =（23）在三相全控桥式整流电路，每个晶闸管所承受的最大峰值电压为，则=V=V （3-8）这里UTN取800V。3.3.2晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值，即:=1.57> 或 >=K （3-9）考虑到（1.52）倍的裕量 =（1.52）K （3-10）式中K=/（1.57）电流计算系数。对于三相全控整流电路K=0.368，考虑1.52倍的裕量取。故选晶闸管的型号为KP150晶闸管元件。3.4 主电路的保护设计与计算在实

19、际的运行过程中，会受各种各样因素的引响，使电压或电流超出系统允许的围，如电网电压波动导致的过电压，过载或堵转引起的过电流等等，这时很容易损坏系统，因而需要设置相应的保护电路。3.4.1 过电压保护以过电压保护的部位划分，可分为交流侧过电压保护、直流侧过电压保护和器件两端过电压保护三种。（1）交流侧过电压保护 阻容保护 即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护，如图3-1中的1R11R3和1C1-1C3。对于单相电路 (3-11)电容C的耐压 (3-12) （3-13） （3-14） 式中：变压器容量（VA）变压器二次相电压有效值通过电阻的电流（A） 变压器励磁电流百分比，10100KVA的变

20、压器，对应的=104；变压器的短路比，101000KVA的变压器，对应的=510；阻容两端正常工作时交流电压峰值（V）。对于相电路，R和C的数值可按表3-1进行换算。表3-1 变压器和阻容装置不同接法时电阻和电容的数值变压器接法单相三相、二次Y联结三相、二次D联结阻容装置接法与变压器二次侧并联Y联结D联结Y联结D联结电容CC1/3C3CC电阻RR3R1/3RR本系统采用D-Y连接。S=64.3kvA, U2=125VIem取值：当 S10KVA时，取Iem=4。=µF=98.76µF耐压1.5Um =1.5×125×=459.28V由公式计算出电容量一般

21、偏大，实际选用时还可参照过去已使用装置情况来确定保护电压的容量，这里选CZ32-2型金属化纸介电容器，电容量160uF，耐压500V。=0.62，取R=1 =3.93A =W=W选取1、75W的金属膜电阻。 压敏电阻的选择压敏电阻标称电压=1.3××125=398V取电流量5KA，选MY41-400/5型压敏电阻。允许偏差+10（440V）。（2） 直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护一样保护一样的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成di/dt加大。因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。(1.82)=(1.

22、82.2) ×230=414506V 选MY31-500/5型压敏电阻，允许偏差+10。（500V）。（3）晶闸管与整流二极管两端的过电压保护抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。如图3-1中的1R41R9、1C41C9。阻容保护的数值一般根据经验选定，见表3-2 表3-2 阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/A1020501002005001000电容/F0.10.150.20.250.512电阻/1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.11.15倍。由于

23、由上表得C=0.5µF，R=10，电容耐压1.5=1.5×=1.5××125=459.28V选C为0.15µF的CZJD-2型金属化纸介质电容器, 耐压为500V。=50×0.15×=0.324W 选R为80，1W的普通金属膜电阻器。3.4.2 过电流保护本系统采用电流截止反馈环节作限流保护外，还设有与元件串联的快速熔断器作过载与短路保护。快速熔断器的断流时间短，保护性能较好，是目前应用最普遍的保护措施。快速熔断器可以安装在直流侧、交流侧和直接与晶闸管串联。 如图3-1中的FU1-FU7。 （1）交流侧熔断器的选择在交流则设

24、有熔断器FU1，对整流变压器与后面的电路进行短路与过载保护，整流变压器一次侧的电流有效值为=56.49A。故可选取RW06-80低压熔断器，熔体的额定电流选为80A（2）晶闸管串连的快速熔断器的选择接有电抗器的三相全控桥电路，通过晶闸管的有效值=120.7 A选取RLS-150快速熔断器，熔体额定电流150A。（3）过电流继电器的选择因为负载电流为209A，所以可选用吸引线圈电流为30A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流取1.25×209=261.25A260A。3.4.3 缺相与无励磁或弱磁保护在发生缺相故障时，会使输出电压降低，电流和电压波动增大，使电机运行

25、时振动加大，增大了对生产机械的冲激，有必要设置缺相保护电路。对于他励直流电动机，启动时必须先加励磁电源，然后才能加电枢电压，以与在弱磁时，会使系统不稳定，因而应设置无励磁或弱磁保护。（1）缺相保护 缺相保护采用带缺相保护功能的热继电器实现，如图3-1中的FR。热继电器FR既作缺相保护，也可作过载保护。当发生缺相故障或负载过载时，热继电器FR动作，其常闭触头断开，KM线圈失电，KM的主触头断开整流电路的电源，从而实现缺相和过载保护。整流变压器二次侧的电流有效值为=170A.，可选用JR60，热元件选用4U，整定电流为180A。（2）无励磁或弱磁保护 无励磁或弱磁保护采用欠电流继电器实现，如图3-

26、1中的KA2。当发生无励磁或弱磁（励磁电流没达到最小允许值）时，KA2的常开触头断开，接触器KM失电，其主触头切断全控整流器的电源，从而实现无励磁或弱磁保护。励磁电流为1.6A，可选用JT18型欠电流继电器，额定电流取4.6A，吸合电流整定为1.2A。3.5 平波电抗器的计算为了使直流负载得到平滑的直流电流，通常在整流输出电路中串入带有气隙的铁心电抗器，称平波电抗器。其主要参数有流过电抗器的电流一般是已知的，因此电抗器参数计算主要是电感量的计算。（1）算出电流连续的临界电感量可用下式计算，单位mH。 （3-15）式中 与整流电路形式有关的系数，可由表查得；最小负载电流，常取电动机额定电流的51

27、0计算。根据本电路形式查得=0.695所以 =5.20mH （2）限制输出电流脉动的临界电感量L2由于晶闸管整流装置的输出电压是脉动的，因此输出电流波形也是脉动的。该脉动电流可以看成一个恒定直流分量和一个交流分量组成。通常负载需要的只是直流分量，对电动机负载来说，过大的交流分量会使电动机换向恶化和铁耗增加，引起过热。因此，应在直流侧串入平波电抗器，用来限制输出电流的脉动量。平波电抗器的临界电感量（单位为mH）可用下式计算 （3-15）式中系数，与整流电路形式有关，电流最大允许脉动系数，通常三相电路（510）。根据本电路形式查得=1.045,所以 =7.81mH （3）电动机电感量和变压器漏电感

28、量电动机电感量（单位为mH）可按下式计算 （3-16）式中 、n直流电动机电压、电流和转速，常用额定值代入；p电动机的磁极对数；计算系数。一般无补偿电动机取812，快速无补偿电动机取68，有补偿电动机取56。本设计中取=10、=230V、=82.55A、n=1450r/min、p=1= mH =3.79mH变压器漏电感量（单位为mH）可按下式计算 （3-17）式中计算系数，查表可得变压器的短路比，一般取510。本设计中取=3.9、=6所以= mH =0.14mH （4）实际串入平波电抗器的电感量考虑输出电流连续时的实际电感量： mH （3-18）（5) 电枢回路总电感:=3.743.792&#

29、215;0.14 mH =7.81mH3.6 励磁电路元件的选择整流二极管耐压与主电路晶闸管一样，故取700V。对于三相不可控桥式整流电路 K=0.367，=(1.52)K=(1.52)×0.367×1.2A=0.60.88A 图32主电路图电路可选用ZP型3A、700V的二极管。在图中，RW1和RW2是用来调节励磁电流的，可选择50，10W的可调电阻。4 触发电路的设计4.1 触发电路的选择根据设计要求，选用集成触发电路。触发集成芯片采用目前比较常用的KC系列。典型应用电路如图4-1所示。选用集成六脉冲触发器电路模块，其电路如电气原理总图所示。从产品目录中查得晶闸管的触发

30、电流为250mA,触发电压。由已知条件可以计算出： V=7.49V因为=7.49V，3V，所以触发变压器的匝数比为取3:1。设触发电路的触发电流为250mA，则脉冲变压器的一次侧电流只需大于250/3=83.3mA即可。这里选用3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数.完全能满足要求。触发电路需要三个互差120°，且与主电路三个电压U、V、W同相的同步电压，故要设计一个三一样步变压器。这里用三个单相变压器接成三相变压器组来代替，并联成DY0型。同步电压二次侧取30V，一次侧直接与电网连接，电压为380V,变压比为380/30=12.7。图4-1 触发器电路原理图目录中查得KP100

31、晶闸管的触发电流为为10250mA,触发电压。在触发电路直流电源电压为15V时，脉冲变压器匝数比为21，可获得6V左右的电压，脉冲变压器一次电流只要大于75mA，即可满足晶闸管要求，这里选用3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数，完全能满足要求。4.2 同步变压器设计如图4-1所示的六路双脉冲触发电路需要三个互差120°，且与主电路三个相电压、同相的三个同步电压，因此需要设计一个三一样步变压器，但考虑到同步变压器功率很小，一般每相不超过1W，这样小的三相变压器很难买到，故可用三个单相变压器组来代替，并联成DY0，即可获得与主电路二次侧相电压同相的三个电压、。按电路要求，同步电压取

32、30V，因一次侧直接与电网相接，每相绕组电压为380V，考虑制造方便，功率的裕量留大一些，最后确定单相变压器参数为：容量为3VA，电压为380V/30V，数量为3只，同步变压器的联结如图4-2所示。图4-2 同步变压器联接图4-2 同步变压器联接4.3 控制电路的直流电源这里选用集成稳压电路CM7815和CM7915，如图4-3所示。图4-3 ±15V直流稳压电源原理图图4-3 ±15V直流稳压电源原理图5 双闭环的动态设计和校验5.1电流调节器的设计和校验 整流装置滞后时间常数对于三相全控桥式整流电路，可取。 电流滤波时间常数 对于三相全控桥式整流电路，可取。 电流环小时

33、间常数 按小时间常数近似处理，取。 电流调节器的选择图5-1 电流调节器因为电流超调量，并保证稳态电流无静差，可按典型系统设计电流调节器电流环控制对象是双惯性型的，故可用PI型电流调节器。式中电流调节器的比例系数：电流调节器的超前时间常数。图5-1 电流调节器其模拟电路图如图5-1所示。二极管3VD1和3VD2起运放输入限幅，保护运放的作用。二极管3VD3、4VD4和电位器3RW1、3RW2用于正负限幅，调节3RW1或3RW2就可以改变下输出幅值或负限幅值。3R1是为了避0免运算放大器长期工作产生零点漂移，其阻值较大，可取4.7M。 电流反馈系数电流调节器参数计算电枢回路电磁时间常数：。电流调

34、节器超前时间常数：。电流环开环增益：要求时，就取，因此于是，电流环的比类系数为 校验近似条件电流环截止频率：=135.14。晶闸管整流装置传递函数的近似条件：>满足条件。忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：，满足条件。电流环小时间常数近似处理条件：，满足条件。计算调节器的电阻和电容取运算放大器的3=40，有=1.9040=76，取100，取3，3，取0.2。故5.2转速调节器的设计和校验 电流环等效时间常数在前面的计算中，已取，则。 转速滤波时间常数根据所用没速发电机纹波情况，取。 转速环小时间常数。 转速调节器的选择按设计要求，选用PI调节器，其传函为，其模拟电路图如图5-2所示。其

35、结构与电流调节器一样。在此不再重述。图5-2 转速调节器 转速调节器的参数计算按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为：，转速环开环增益 。ASR的比例系数为：。 检验近似条件转速环截止频率为。电流环传递函数简化条件为，满足条件。转速环小时间常数近似处理条件为：，满足近似条件。 计算调节器电阻和电容：取=40，则Rn=Kn*Ro=52.97x40=618k,取620。3，取0.153，取1。故。 校核转速超调量：由h=4，查得，不满足设计要求，应使ASR 退饱和重计算。设理想空载z=0，h=5时，查得=81.2%，所以=2（）（）=，满足设计要求。6 直流调速系统MATL

36、AB仿真本次系统仿真采用目前比较流行的控制系统仿真软件MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法有两种，一是以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。另外一种是面向控制系统电气原理结构图，使用Power System工具箱进行调速系统仿真的新方法。本次系统仿真采用后一种方法。6.1 电流环系统的建模与参数设置6.1.1 电流环的系统建模采用Simulink工具箱中的Power System模块组成的转速、电流双闭环直流调速系统如图6-1所示。图6-1 电流环的仿真模型模型由晶闸管-直流电动机组成的主回路和转速、电流调节器组

37、成的控制回路两部分组成。其中的主电路部分，交流电源、晶闸管整流器、触发器、移相控制环节和电动机等环节使用Power System模型库的模块。控制回路的主体是转速和电流两个调节器。模型中转速反馈和电流反馈均取自电动机测量单元的转速和电流输出端，减小了测速和电流检测环节，这不会影响仿真的真实性。电流调节器ACR的输出端其后面的环节运算后，得到移相控制电压，去控制整流桥的输出电压。而电流调节器ACR的输出限幅就决定控制角的最大和最小限制。6.1.2 模型参数设置按以上计得出的参数如下：KITi=0.5,KI=0.5/0.0037=135.14,R=0.6,=0.032,Ks=40,i=0.3,Ki

38、=( KI·R·i)/（Ks·）=1.90,Toi=0.002s,Tm=1.68,Ts=0.00176.2 系统仿真结果的输出与结果分析当建模和参数设置完成后，在开始仿真前，需要对仿真器参数进行设置，选择“Simulation”菜单中的“Simulation parameters”命令，出现仿真参数设置对话框。选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-6（1×10-3），开始时间设置为0.0，停止时间设置为0.16，然后点击“OK”退出设置。单击工具栏的按钮，即可进行仿真。启动仿真过程，用自动刻度（Autoscale）调整示波器模块所显示的曲线，得到

39、图6-2所示的曲线。阶跃响应过程和跟随性能在曲线中都完整地反映出来了。电流环的仿真结果如下：图6-2 电流环的仿真结果调整参数，令KITi=0.25，可得:,仿真结果如图6-3所示令KITi=1.0，可得:，仿真结果如图6-4所示图6-3KITi=0.25时电流环的仿真结果 图6-4 KITi=1.0时电流环的仿真结果启动过程的第一阶段是电流上升阶段，突加给定电压，ASR的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。第二阶段，ASR饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线形增长。第三阶段，当转速达到给定

40、值后。转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调后，ASR输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使转速保持恒定，实际仿真结果基本上反映了这一点。通过对结果的对比可知，超调大，上升时间较短，无超调，上升时间长。6.3 转速环系统的建模与参数设置KITi=0.5,1/Ce=1/0.12=8.33,Ton=0.01,=0.007,n=h Tn=5×0.0174=0.087s6.2.1 转速环的仿真模型如图6-5所示。图6-5 转速环的仿真模型（1）空载起动图6-6转速环空载高速起动波形图 双击阶跃输入模块把阶跃值

41、设置为10，得到起动时的转速与电流响应曲线，如图6-6所示，最终稳定运行于给定转速。图6-7转速环满载高速起动波形图（2）负载起动把负载电流的设置为209，满载起动响应曲线如图6-7所示，起动时间较长，退饱和超调量减少。第2篇 交流调速系统建模与仿真1 闭环控制的变压调速系统与其静特性采用普通异步电动机实行变电压调速时，调速围很窄，采用高转子电阻的力矩电动机可以增大调速围，但机械特性又变软，因此当负载变化时静差率很大，开环控制很难解决这个矛盾。为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速围大于2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统，如图1-1a所示。 a) b)图1-1 带转速负反馈闭环控制的交流变压

42、调速系统a）原理图 b）静特性图图1-1b所示的是闭环控制变压调速系统的静特性。当系统带负载在A点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点。同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点。按照反馈控制规律，将、A 、 、连接起来便是闭环系统的静特性。尽管异步电动机的开环机械特性和直流电动机的开环特性差别很大，但是在不同电压的开环机械特性上各取一个相应的工作点，连接起来便得到闭环系统静特性，这样分析方法对两种电动机的闭环系统静特性却可以很硬。改变给定信号，则静特性平行的上下移动，达到调速目的。异步电动机闭环变压调速系统

43、不同于直流电动机闭环变压调速系统的地方是：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压下的机械特性和最小输出电压 下的机械特性。当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。2 闭环变压调速系统的近似动态结构框图对系统进行动态分析和设计时，须先绘出结构框图。由图1-1可以直接画出如图2-2所示的动态结构框图。其中多数环节的传递甘薯可以很容易地写出来，只有异步电动机传递函数的推导须费一番周折。转速调节器ASR常用PI调节器，用以消除静差并改善动态特性，其传递函数为晶闸管交流调压器和触发装置的输入-输出关系原则上是非线性的，在一定围可假定

44、为线性函数，在动态中可以近似成一阶惯性环节，正如直流调速系统中的晶闸管触发和整流装置那样，传递函数可写成其近似条件是：，对于三相全波Y联结调压电路，可取=3.3ms，对其他形式的调压电路则须另行考虑。考虑到反馈滤波作用，测速反馈环节FBS的传递函数可写成3 交流调压调速系统的Matlab仿真3.1 交流调压调速系统的建模 （1）三相电源的建模图3-1 三相交流电源的模型三相电源要可以由三个独的单相交流电压源组成，如图8-1所示，一个单相交流电压源主要有三个参数，1、峰值电压Peak amplitude；2、相位Phase；3、频率Frequency。在此需要的是线电压380V，50Hz的交流电

45、，顺因而每个交流电压源的幅应设为311V，频率设为50Hz，Va、Vb、Vc的相位分别设为0°、-120°和12°（2）晶闸管三相交流调压器的建模 a）一对反并联晶闸管的仿真模型 b）一对反并联晶闸管的仿真模型符号图3-2 一对反并联晶闸管的仿真模型与其模块符号晶闸管三相交流调压器通常是采用三对反并联的晶闸管元件组成，单个晶闸管元件采用“相位控制”方式，利用电网自然换流。每对反并联晶闸管的仿真模型如图3-2所示。（3）移相触发器的建模交流调压晶闸管控制角的移相围是180°，=0°的位置定在电源电压过零的时刻。在阻感负载时按控制角与负载阻抗角的关

46、系，电路有两种工作状态。1、时调压器输出电压和电流的正负半周是不连续的，在这围调节控制角，负载的电压和电流将随之变化。1、时调压器输出处于失控状态，即虽然控制角变化，但负载电压不变，且是与电源电压一样的完整正弦波。这是因为阻感负载电流滞后于电压，因此如果控制角较小，在一个晶闸管电流尚未下降到零前，另一个晶闸管可能已经触发（但不能导通），一旦电流下降到零，如果另一个晶闸管的触发脉冲还存在，则该晶闸管立即导通，使负上电压成为连续的正弦波，出现失控现象。正因为如此，交流调压器的晶闸管必须采用后沿固定在180°的宽脉冲触发方式，以保证晶闸管能正常触发。根据以上要求设计的交流调压器触发电路如图

47、3-3所示。其中In1为同步电压输入端，In2为移相控制电压输入端，Out2和Out3为两个差180°的触发脉冲输出端。图3-3 交流调压器触发模型与其符号（4）转速调节器（PI）的建模转速调节器采用PI调节器，其传函为：式中，为比例系数；为积分系数；。图3-4 带饱和、输出限幅的PI调节器与其模块符号由上述PI调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK中的传递函数或零极点模块。而考虑饱和输出限幅的PI调节器模型如图3-4所示。模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrate的限幅表示调节器的饱和限幅企，而调节器的输出限幅值由饱和模块 Saturation设定。当该调节器作转速调节器ASR时，在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退出饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。（5）由以上的一些模块可组成如图3-5所示的交流调压调速系统的仿真模型。图3-5 交流调压调速仿真模型4 交流调压调速系统的仿真在开始仿真前，需要对仿真器参数进行设置，选择“Simulat