基于MATLAB_SIMULINK的交流電動機調速系統的仿真

1、1緒論1.1課題研究背景及目的1.1.1研究背景直流調速系統的主要優(yōu)點在于調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能。在相當長時期內，高性能的調速系統幾乎都是直流調速系統。盡管如此，直流調速系統卻解決不了直流電動機本身的換向和在惡劣環(huán)境下的不適應問題，同時制造大容量、高轉速及高電壓直流電動機也十分困難，這就限制了直流拖動系統的進一步發(fā)展。交流電動機自1985年出現后，由于沒有理想的調速方案，因而長期用于恒速拖動領域。20世紀70年代后，國際上解決了交流電動機調速方案中的關鍵問題，使得交流調速系統得到了迅速的發(fā)展，現在交流調速系統已逐步取代大部分直流調速系統。目前，交流調速已具備了寬調

2、速范圍、高穩(wěn)態(tài)精度、快動態(tài)響應、高工作效率以及可以四象限運行等優(yōu)異特性，其穩(wěn)、動態(tài)特性均可以與直流調速系統相媲美。與直流調速系統相比，交流調速系統具有以下特點：（1）容量大；（2）轉速高且耐高壓；（3）交流電動機的體積、重量、價格比同等容量的直流電動機小，且結構簡單、經濟可靠、慣性小；（4）交流電動機環(huán)境使用性強，堅固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用；（5）高性能、高精度的新型交流拖動系統已達同直流拖動系統一樣的性能指標；（6）交流調速系統能顯著的節(jié)能；從各方面看，交流調速系統最終將取代直流調速系統。1.1.1研究目的本課題主要運用MATLAB-SIMULINK軟件中的交流電機庫對交流電動機調

3、速系統進行仿真，由仿真結果圖直接認識交流系統的機械特性。本文重點對三相交流調壓調速系統進行仿真研究，認識PID調節(jié)器參數的改變對系統性能的影響，認識該系統動態(tài)及靜態(tài)性能的優(yōu)劣及適用環(huán)境。在實際應用中，電動機作為把電能轉換為機械能的主要設備，一是要具有較高的機電能量轉換效率；二是應能根據生產機械的工藝要求控制和調節(jié)電動機的旋轉速度。電動機的調速性能如何對提高產品質量、提高勞動生產率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調速技術一直是研究的熱點12。而交流調速系統憑著其絕對的優(yōu)勢，最終必將取代直流調速系統3。近幾年來，科學技術的迅速發(fā)展為交流調速技術的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術條件和物質基礎。交流電

4、動機的調速系統不但性能同直流電動機的性能一樣，而且成本和維護費用比直流電動機系統更低，可靠性更高4。目前，國外先進的工業(yè)國家生產直流傳動的裝置基本呈下降趨勢，交流變頻調速裝置的生產大幅度上升。在日本，1975年在調速領域，直流占80%，交流占20%；1985年交流占80%,直流占205。到目前為止，日本除了個別的地方還繼續(xù)采用直流電機外，幾乎所有的調速系統都采用變頻裝置67。計算機仿真技術在交流調速系統的應用，使得對交流調速的性能分析和研究變的更為方便。傳統的計算機仿真軟件包用微分方程和差分方程建模，其直觀性、靈活性差，編程量大，操作不便。隨著一些大型的高性能的計算機仿真軟件的出現，實現交流調

5、速系統的實時仿真可以較容易地實現。如：matlab軟件已經能夠在計算機中全過程地仿真交流調速系統的整個過程。matlab語言非常適合于交流調速領域內的仿真及研究，能夠為某些問題的解決帶來極大的方便并能顯著提高工作效率。隨著新型計算機仿真軟件的出現，交流調速技術必將在成本控制、工作效率、實時監(jiān)控等方面得到長足進步910。交流調速技術發(fā)展到今天，相對而言已經比較成熟，在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但是隨著一些新的電力電子器件和一些新的控制策略的出現，工業(yè)應用對交流調速系統又提了新的要求，現代交流電機調速技術的研究和應用前景十分廣闊。20世紀80年代中期研制開發(fā)出一種新型交流調速系統開關磁阻電動機調速系

6、統，它將新型的電機、現代電力電子技術與控制技術融為一體，形成一個典型的機電一體化的調速系統。由于它在效率、調速性能和成本方面都具有一定的優(yōu)勢，已成為當代電力拖動的一個熱門課題，將會在調速領域占有一席之地。交流調速的控制策略近年來發(fā)展非常迅速，諸如轉差矢量控制，自適應控制（磁通自適應、斷續(xù)電流自適應、參數自適應等模型參考自適應控制），狀態(tài)觀測器（磁通觀測器、力矩觀測器等），為補償速度降以提高精度的前饋控制，以節(jié)能、平穩(wěn)、快速等為目標函數的優(yōu)化控制，線性二次型積分控制，滑模變結構控制，直接轉矩控制及模糊控制等已見諸國內外有關文獻及雜志中1.3論文主要工作1.分析各種調速系統在實際運用中的優(yōu)缺點，分

7、析各種調速方式適用的場合。2.重點分析掌握三相交流調壓調速原理，機械特性等，然后對其進行MATLAB的仿真實現，通過修改系統各部分的參數，可以輸出穩(wěn)定的波形。根據示波器輸出結果，對系統的性能進行分析。1.4論文章節(jié)安排第一章緒論：主要介紹本課題的研究背景和研究內容，以及交流調速系統在國內外的發(fā)展和前景展望；介紹了文章的主要工作安排以及論文章節(jié)安排。第二章交流調速系統：比較交流調速系統的各種調速方案，重點分析了交流調壓調速系統的原理及機械特性，及對交流調壓調速電路以及閉環(huán)調壓調速系統進行了重點的研究分析。第三章交流調壓調速系統的MATLAB仿真：運用MATLAB的SIMULINK工具箱分別對異步

8、電動機調壓調速系統的主電路與控制電路進行建模和參數設置，最終建立了異步電動機調壓調速系統電路的仿真模型，并對其進行了仿真分析和研究，給出仿真結果，通過對仿真結果的分析驗證了交流調壓電路的工作原理和所建模型的正確性。第四章結論：對全文進行總結，指明異步電動機調壓調速系統的發(fā)展方向。2交流調速系統原理與特性2.1交流調速系統交流電機包括異步電動機和同步電動機兩大類。對交流異步電動機而言，其轉速為：n=6°f(I(r/min)(2-1)p從轉速公式可知改變電動機的極對數P，改變定子供電功率f以及改變轉率s都可達到調速的目的。對同步電動機而言，同步電動機轉速為：n=60f(r/min)(2-

9、2)1p由于實際使用中同步電動機的極對數p是固定的，因此只有采用變壓變頻(VVVF)調速，即通常說的變頻調速。運用到實際中的交流調速系統主要有：變級調速系統、串級調速系統、調壓調速系統、變頻調速系統1。(1) 變極調速系統：調旋轉磁場同步速度的最簡單辦法是變極調速。通過電動機繞組的改接使電機從一種極數變到另一種極數，從而實現異步電動機的有級調速。變極調速系統所需設備簡單，價格低廉，工作也比較可靠，但它是有級調速，一般為兩種速度，三速以上的變極電機繞組結構復雜，應用較少。變極調速電動機的關鍵在于繞組設計，以最少的線圈改接和引出頭以達到最好的電機技術性能指標。(2) 串級調速系統：繞線轉子異步電動

10、機串級調速是將轉差功率加以利用的一種經濟、高效的調速方法。改變轉差率的傳統方法是在轉子回路中串入不同電阻以獲得不同斜率的機械特性，從而實現速度的調節(jié)。這種方法簡單方便，但調速是有級的，不平滑，并且轉差功率消耗在電阻發(fā)熱上，效率低。自大功率電力電子器件問世后，采用在轉子回路中串聯晶閘管功率變換器來完成饋送轉差功率的任務，這就構成了由繞線異步電動機與晶閘管變換器共同組成的晶閘管串級調速系統。轉子回路中引入附加電勢不但可以改變轉子回路的有功功率轉差功率的大小，而且還可以調節(jié)轉子電流的無功分量，即調節(jié)異步電動機的功率因數。(3) 調壓調速系統：異步電動機電機轉矩與輸入電壓基波的平方成正比，所以改變電機

11、端電壓(基波)可以改變異步電動機的機械特性以及它和負載特性的交點，來實現調速。異步電動機調壓調速是一種比較簡單的調速方法。在20世紀50年代以前一般采用串飽和電抗器來進行調速。近年來隨著電力電子技術的發(fā)展，多采用雙向晶閘管來實現交流調壓。用雙向晶閘管調壓的方法有兩種：一是相控技術，二是斬波調壓。采用斬波控制方法可能調速不夠平滑，所以在異步電機的調壓控制中多用相控技術。但是采用相控技術在輸出電壓波形中含有較大的諧波，會引起附加損耗，產生轉矩脈動15。(4) 變頻調速系統：在各種異步電機調速系統中，效率最高、性能最好的系統是變壓變頻調速系統。變壓變頻調速系統在調速時，須同時調節(jié)定子電源的電壓和頻率

12、，在這種情況下，機械特性基本上平行移動，轉差功率不變，它是當前交流調速的主要方向16。調壓調速系統的優(yōu)點是線路簡單，價格便宜，使用維修方便，本文主要針對交流調壓調速系統進行MATLAB仿真。下面對交流調壓調速系統的原理及機械特性進行介紹。2.2交流異步電動機調壓調速系統2.2.1三相交流調壓電路交流調壓調速需要三相交流調壓電路，晶閘管三相交流調壓電路的接線方式很多，工業(yè)上常用的是三相全波星形連接的調壓電路。如圖2.1所示。這種電路的接法特點是負載輸出諧波分量低，適用于低電壓大電流的場合11。圖2.1三相全波星形連接的調壓電路要使得該電路正常工作，必須滿足下列條件：(1) 在三相電路中至少有一相

13、的正向晶閘管與另一相得反相晶閘管同時導通。(2) 要求采用脈沖或者窄脈沖觸發(fā)電路。(3) 為了保證輸出電壓三相對稱并且有一定的調節(jié)范圍，要求晶閘管的觸發(fā)信號除了必須與相應的交流電源有一致的相序外，各個觸發(fā)信號之間還必須嚴格的保持一定的相位關系。即要求U、V、W三相電路中正向晶閘管(即在交流電源為正半周時工作的晶閘管)的觸發(fā)信號相位互差120°，三相電路中的反向晶閘管的觸發(fā)信號相位互差120°；在同一相中反并聯的兩個正、反向晶閘管的觸發(fā)脈沖相位應互差180°。由上面結論，可得三相調壓電路中各晶閘管觸發(fā)的次序為VT、VT。、VT、VT,、VT、VTr、VT以此類推。1

14、234561相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)信號相位差60°。在晶閘管交流調壓中，晶閘管可借助于負載電流過零而自行關斷，不需要另加換流裝置，故線路簡單、調試容易、維修方便、成本低廉，從而得到廣泛的應用。2.2.2調壓調速原理根據異步電動機的機械特性方程式”P3PR'T=M=I'22=Gco2swiii3pf1R?/丫訂1+R/s+o2*+l'仏1211112(2-3)其中p電動機的極對數電動機定子相電壓和供電角頻率轉差率R、R'定子每相電阻和折算到定子側的轉子每相電阻12L、L'定子每漏感和折算到定子側的轉子每相漏感1112可見，當轉差率S一定時，電磁轉矩

15、T與定子電壓U的平方成正比。改變定子電壓可得到一組不同的人為機械特性，如圖2.2所示。在帶恒轉矩負載T時，可以得到不同的穩(wěn)定轉速，如圖中的A，B，C點，其調速范圍較小，而帶風機泵類負載時，可得到較大的調速范圍，如圖2.2中的D，E，F點。圖2.2異步電動機在不同定子電壓時的機械特性所謂調壓調速，就是通過改變定子外加電壓來改變電磁轉矩T，可得到較大的調速范圍，從而在一定的輸出轉矩下達到改變電動機轉速的目的13。為了能在恒轉矩負載下擴大調壓調速范圍，使電機在較低速下穩(wěn)定運行又不致過熱，可采用電動機轉子繞組有較高電阻值時的機械特性。在恒轉矩負載下的交流力矩電動機的機械特性。圖2.3顯示此類電動機的調

16、速范圍增大了，而且在堵轉轉矩下工作也不致燒毀電動機14。soI'-0.7U1N:0.5U1N1_0圖2.3交流力矩電機在不同定子電壓時的機械特性2.2.3閉環(huán)控制的調壓調速系統2.2.3.1系統的組成及其靜特性異步電動機調壓調速時，采用普通電機的調速范圍很窄；并且在低速運行時候穩(wěn)定性很差，在電網電壓、負載有擾動時候會引起較大的轉速變化。解決這些矛盾的根本方法是采用帶轉速負反饋的閉環(huán)控制，以達到自動調節(jié)轉速的目的。在調速要求不高的情況下，也可采用定子電壓負反饋閉環(huán)控制。圖2.4(a)是帶轉速負反饋的閉環(huán)調壓調速系統原理圖，圖2.4(b)是相應的調速系統靜特性。如果系統帶負載-在A點穩(wěn)定運

17、行，當負載增大導致轉速下降時，通過L轉速反饋控制作用提高定子電壓，使得轉速恢復，即在新的一條機械特性上找到了工作點A'。同理，當負載減小使得轉速升高時，也可以得到新的工作點A。將工作點A、A、A連起來就是閉環(huán)系統的靜特性1。圖2.4轉速負反饋閉環(huán)控制的交流調壓調速系統在額定電壓U下的機械特性和最小電壓U下的機械特性是閉環(huán)系統靜特性左右兩邊的1N1min極限，當負載變化達到兩側的極限時，閉環(huán)系統便失去控制能力，回到開環(huán)機械特性上工作14。對圖2.4(a)所示的系統，可畫出系統靜態(tài)結構圖，見圖2.5所示：圖2.5異步電動機調壓調速系統的靜態(tài)結構圖圖中：K二U晶閘管交流調壓器VVC和觸發(fā)裝置

18、GT的放大系數；SUctU觸發(fā)裝置的控制電壓；cta=U/n為轉速反饋系數；nU測速發(fā)電機TG輸出的反饋電壓。n轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器；n=fUT)是由式(2-3)描述的異步電動機械特性方程，它是一個非線性函數。2.2.3.2近似的動態(tài)結構圖異步電動機調壓調速的近似動態(tài)結構圖如下所示：圖2.6異步電動機調壓調速系統的近似動態(tài)結構圖圖中各環(huán)節(jié)的傳遞函數為:(1)轉速調節(jié)器ASR常用PI調節(jié)器消除靜差并改善動特性，其傳遞函數為：W(S)=KTnS+1(2-4)ASRnTSn(2)晶閘管交流調壓器和觸發(fā)裝置GT-V假定該環(huán)節(jié)輸入輸出關系是線性的,在動態(tài)中可近似為一階慣性環(huán)節(jié)，其近似條件與晶閘

19、管觸發(fā)與整流裝置一樣。本環(huán)節(jié)傳遞函數可表示為:W（S）=GT-V2-5）KSTsS+1(3)測速反饋環(huán)節(jié)FBS考慮到反饋濾波的作用,傳遞函數為:2-6）W（S）=-FBSTS+1on(4)異步電動機MA由于描述異步電動機動態(tài)過程是一組非線性微分方程，只用一個傳遞函數來準確的表示異步電動機在整個調速范圍內的輸入輸出關系式不可能的。只有做出一定的假設，并用穩(wěn)態(tài)工作點附近微偏線性化的方法才能得到近似的傳遞函數。3交流調壓調速系統的MATLAB仿真3.1系統的建模和模型參數設置3.1.1主電路的建模和參數設置主電路主要由三相對稱交流電壓源、晶閘管、晶閘管三相交流調壓器、交流異步電動機、電機信號分配器等

20、部分組成。下面分別討論三相交流電源、三相交流調壓器、同步脈沖觸發(fā)器、交流異步電動機、電機測試信號分配器的建模和參數設置問題16。3.1.1.1三相交流電源的建模和參數設置首先從圖3.1中的電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊，再用復制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊，并把模塊名稱分別修改成A相、B相、C相。然后從圖3.2中的鏈接器模塊組中選取“ground”元件也復制成三份，按圖3.3所示連接即可SimullinkLibraryBrowse-ri=l回S3I圖3.1Simulink中的電源模塊FileEditEntersearchterm*aLibraries141士"SHmtve

21、ntsB-HSimpQwerSy-stemsit-ApplicationLibraries«j_.ElectricalSourcesEle-m&ritsi-i-ExtraLibrary=-Mectiiries-:MeasurementsD七Library:SimPowerSystems/Elemsnts-BreakerDiatrib-utEdPnthm&i&irsLinuGroundingTrsnsfcHrmejSearchResuUs:(no-nConnectionPs-rtGroLin-dLine-arTmnsfrmEJ圖3.2Simulink中的連接模塊

22、圖3.3三相交流電源的模型為了得到三相對稱交流電壓源，對其參數設置：雙擊A相交流電壓源圖標打開參數設置對話框，A相得參數設置分別是：幅值(peakamplitude)取220V、初相位(Phase)設置成0。、頻率(Frequency)設置為50HZ，其他為默認值。B、C的參數設置方法與A相相同，除了將初相位設置成互差120。以外，其它參數都與A相相同。由此可得到三相對稱交流電源4。3.1.1.2晶閘管三相交流調壓器的建模與參數設置晶閘管三相交流調壓器通常是采用三對反并聯的晶閘管元件組成，單個晶閘管元件采用“相位控制”方式，利用電網自然換流。圖3.4中所示為晶閘管三相交流調壓器的仿真模型。圖3

23、.4晶閘管三相交流調壓器仿真模型子系統觸發(fā)脈沖的順序為V1V2V3V4V5V6,其中V1V3V5之間和V4V6V2之間互差120度，V1V4之間、V3V6之間、V5V2之間互差180度。雙擊晶閘管對話框得到晶閘管參數設置圖，根據圖中要求及系統要求對其進行參數設置如下：電阻(ResistanceRon):40O;電感(InduetanceLon):0H；正向電壓(ForwardvoltageVf):0.8V;初始電流(InitialcurrentIc):0A；緩沖器電阻(SubberresistanceRs):1200O;緩沖器電容(SubbercapacitanceCs):250卩f。上圖是用

24、單個晶閘管元件按三相交流調壓器的接線要求搭建成仿真模型的，單個晶閘管的參數設置仍然遵循晶閘管整流橋的參數設置原則，具體如下：如果針對某個具體的變流裝置進行參數設置，對話框中的參數應取默認值進行仿真，若仿真結果理想，就可認可這些設置的參數，若仿真結果不理想，則通過仿真實驗，不斷進行參數優(yōu)化，最后確定其參數。這一參數設置原則對其它環(huán)節(jié)的參數設置也是適用的18。在使用Simulink進行系統仿真分析時，首先需要進行模塊參數設置，因此需要對系統中所有模塊進行正確的參數設置。如果逐一的對各個系統進行參數設置時很繁瑣的，因為子系統一般均為具有一定功能的模塊組的集合，在系統中相當于一個單獨的模塊，具有特定的

25、輸入和輸出關系。對于已經設計好的子系統而言，能夠像Simulink模塊庫中的模塊一樣進行參數設置，則會給用戶帶來很大的方便，這時用戶只需要對子系統參數選項中的參數進行設置，無需關心子系統的內部模塊的實現。具體封裝步驟如下：選擇需要封裝的子系統(Subsystem),然后單擊鼠標右鍵在彈出的菜單中選擇MaskSubsystem項，或者單擊Edit-MaskSubsystem項。這時將出現圖中所示的封裝編輯器。使用封裝編輯器子系統中的圖標、參數初始化設置對話框以及幫助文檔，從而可使使用戶設計出非常友好的模塊界面，以充分發(fā)揮Simulink的強大功能。打開Maskeditor:Subsystem對話

26、框，如圖3.5所示。使用此編輯器可以對封裝后的子系統進行各種編輯。在默認情況下，封裝子系統不使用圖標。但友好的子系統圖標可使子系統的功能一目了然。為了增強封裝子系統的界面友好性，用戶可以自定義子系統模塊的圖標。只需在途中編輯對話框中的“圖標和端口”選項卡中“繪制命令”欄中使用MATLAB中相應便可以繪制模塊圖標，并可設置不同的參數控制圖標界面的顯示20。圖3.5子系統封裝編輯器下圖為晶閘管三相交流調壓器子系統封裝圖如下所示：圖3.6三相交流調壓器子系統封裝圖圖中，Ua，Ub，Uc分別連接三相交流電源的三相，P連接從脈沖觸發(fā)器出來的觸發(fā)脈沖，輸出a，b，c分別連接交流電動機的A，B，C輸入。3.

27、1.1.3同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數設置通常，工程上將觸發(fā)器和晶閘管整流橋作為一個整體來研究，所以，在此處討論同步脈沖觸發(fā)器。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)器可以從圖3.7所示的附加模塊(ExtrasControlBlocks)子模塊組獲得。叵SimnulinlcLibraryBFileEditViewrisipD盲衛(wèi)E朮es&日ehternM直LibrariesLibrary:SinoPowerSystems,>'ExtraLibraiy/ControlBlocksi4-"i“-SignalProcessingBlock.SimEv

28、entsReakTimeWorkshopReakTimeWarkshopEm.口eportCeneratorRobustContrcITaolbaxSimPawer&ystemsApplicationLibrarie-s-ElectricalSources-Elements7-ExtraLibraryII-ControlBlocks-B-phss-ePi-nTa-mrnableEcu&3-phssePLLBistableMonDatabl-eEdgeDetEctarOnXOffDelayPWMGenEratorSynchrDnized©-PuheGen-eiBtEiE

29、>SamplE&Hn«ldTiEer圖3.7附加模塊(ExtrasControlBlocks)子模塊6脈沖觸發(fā)器需要三相線電壓同步，所以同步電源的任務是將三相交流電源的相電壓轉換成線電壓。同步電源與6脈沖觸發(fā)器符號圖如下所示：Synchronized6-PuleGesneratorLUst（宮）-!pha_d巳pABBCCAGu-11CD1Block圖3.8同步脈沖觸發(fā)器子系統同步脈沖觸發(fā)器封裝后子系統符合如下：圖3.9同步脈沖觸發(fā)器封裝后子系統符號然后根據主電路的連接關系，建立起主電路的仿真模型。圖3.10中l(wèi)n2為脈沖器開關信號，當脈沖器開關信號為“0”時，開放觸發(fā)

30、器；為“1”時，封鎖觸發(fā)器。3.1.1.4交流異步電動機的建模和參數設置在PowerSystem工具箱中有一個電機模塊庫，它包含了直流電機、異步電機、同步電機以及其他各種電機模塊。其中，模塊庫中有兩個異步電動機模型，一個是標幺值單位制(PIunit)下的異步電動機模型，另一個是國際單位制(SIunit)下的異步電動機模型，本設計中采用后者。國際單位制下的異步電動機模型符號如圖所示2：圖3.10異步電動機模塊其電氣連接和功能分別為：A，B，C:交流電機的定子電壓輸入端子；T：電機負載輸入端子，一般是加到電機軸上的機械負載；ma,b,c:繞線式轉子輸出電壓端子，一般短接，而在鼠籠式電機為此輸出端子

31、；m:電機信號輸出端子，一般接電機測試信號分配器觀測電機內部信號，或引出反饋信號2。異步電動機模型參數設置如下。雙擊異步電動機的模型，即了得到參數設置對話框。分別對其進行參數設置如下所示6:(1) 繞組類型(Rotortype):轉子類型列表框，分別可以將電機設置為繞線式(Wound)和鼠籠式(Squirrel-cage)兩種類型。在本文中用鼠籠式(Squirrel-cage)異步電動機；(2) 參考坐標系(ReferenceFrame):參考坐標列表框，可以選擇轉子坐標系(Rotor)、靜止坐標系(Stationary)、同步旋轉坐標系(Synchronous)。在本文中選擇同步旋轉坐標系(

32、Synchronous)；(3) 額定參數：額定功率P(KW)取30KW，線電壓V(V)為380V，頻率f(赫茲)nn為50HZ；(4) 定子電阻R(Stator)(ohm)取0.087Q和漏感L(H)取為0.8mH；sIs(5) 轉子電阻R(Rotor)(ohm)為0.028Q和漏感L(H)取為34.7mH；rlr其它設置為默認值3.1.1.5電動機測試信號分配器的建模和參數設置電動機測試信號分配器模塊的模型圖如下3.11所示：圖3.11MachinesMeasurementDemux電動機測試信號分配器模塊雙擊電動機測試信號分配模塊得圖3.12電機測試信號分配器參數設置圖。圖3.123電動

33、機測試信號分配器參數設置對話框及參數選擇圖中：ir_abc:轉子電流ira,irb,irc；ir_qd:同步d-q坐標下的q軸下的轉子電流ir_q和d軸下的轉子電流ir_d；phir_qd:同步d-q坐標下的q軸下的轉子磁通phir_q和d軸下的轉子磁通phir_d；vr_qd:同步d-q坐標下的q軸下的轉子電壓vr_q和d軸下的轉子電壓vr_d；is_abc:定子電流isa,isb,isc；is_qd:同步d-q坐標下的q軸下的定子電流is_q和d軸下的定子電流is_d；phir_qd:同步d-q坐標下的q軸下的定子磁通phis_q和d軸下的定子磁通phis_d；vs_qd:同步d-q坐標下

34、的q軸下的定子電壓vs_q和d軸下的定子電壓vs_d；wm:電機的轉速wm；Te:電機的機械轉矩Te；Thetam:電機轉子角位移Thetami。3.1.2控制電路的建模和參數設置交流調壓系統的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、速度調節(jié)器、限幅器、速度反饋環(huán)節(jié)等。控制電路的有關參數設置如下：速度反饋系數設為20；調節(jié)器的參數設置分別是：ASR：K二30；t二300;上下限幅為400-0；pnn其它沒做說明的為系統默認參數。3.1.2.1給定環(huán)節(jié)的建模與參數設置在調壓調速的仿真模型中有幾個給定環(huán)節(jié)，它可以從圖3.13中的輸入源模塊組中選取“constant”模塊，模塊路徑為Simulink/Commonl

35、yUsedBlocks】14。*irriLlinkLbraiyEiD-wie-r回圖3.13輸入源模塊組然后雙擊該模塊的圖標，打開參數設置對話框，在該系統中用到兩個給定模塊，分別將給定值(Constentvalue)設置為-20以及0兩個。其它設置為默認值。實際調速時，給定信號是在一定的范圍內變化的，我們可以通過仿真實踐，確定給定信號允許的變化范圍4°3.1.2.2速度調節(jié)器的建模和參數設置速度調節(jié)器通常采用PI控制，比例和積分參數的設置要根據系統的仿真結果不斷地變化改動，以得到最穩(wěn)定的輸出特性以及動態(tài)特性。限幅器、速度反饋環(huán)節(jié)也一樣。具體方法是分別設置這些參數的一個較大和較小的值進

36、行仿真，弄清它們對系統性能影響的趨勢，據此逐步將參數進行優(yōu)化。PIDController位于SimulinkExtras/AdditionalLinear中，如圖3.14所示：斥SimulinkLibraryBrowserd回據！3.14SimulinkExtras/AdditionalLinear模塊組在此仿真中，經過不斷地變化改動，最終確定轉速調節(jié)器為(1) 比例常數Kp(Proportional)為30；(2) 積分時間常數K(Integral)為300；i(3) 微分時間常數K(Derivative)為0(PI控制)。d3.1.2.3限幅器的建模和參數設置限幅器模塊位于Simulink

37、/CommonlyUsedBlocks模塊庫中，如圖3.13戶斤示：限幅值的值設置為400-0。具體參數設置步驟如下：雙擊限幅器圖標，得到限幅器參數設置對話框，對其進行參數設置。根據題目要求，通過不斷地試驗，最后設定限幅器的參數值為Qi:最大值(Upperlimit):400最小值(Lowerlimit):03.1.3系統仿真參數的設置在MATLAB的模型窗口下打開“simulink”菜單，進行“simulinkparameters”設置，點擊“simulinkparameters”菜單后，得到仿真參數對話框，參數設置如圖3.15所示：S3ConfigurationParamet-era:ur

38、ititled/Configuration(Active圖3.15系統仿真參數的設置由于系統的多樣性，沒有一種仿真算法是萬能的。在不同的系統中需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一種算法更好，這需要實踐，從仿真能否進行仿真的速度、仿真的精度等方面進行比較選擇。在此仿真中，通過實踐我們在仿真中所選擇的算法為ode23s。仿真開始實踐Starttime一般設為0，Stoptime根據實際需要而定，一般只要能夠仿真出完整的波形就可以了。在此論文中，我Stoptime們設置Stoptime為默認值為304。3.1.4異步電機調壓調速系統仿真模型異步電動機調壓調速系統的仿真模型如圖3.16所示：Uh-JlUlM-3H3.16異步電動機調壓調速系統的仿真模型其中，轉速調節(jié)器的參數，限幅值參數，仿真參數設置都已經在前面介紹過，這里反饋參數K選擇為20，其他都設置為默認值。由上圖可得到交流調壓調速系統的轉速特性。如圖3.17所示。修改電機測試信號分配器的輸出端子，使其輸出端分別為電磁轉矩t、三相定子電e流輸出is_abc可以得到如圖3.18、3.19的波形。3.2仿真結果的輸出及結果分析當建模和參數設置完成后，即可開始進行仿真。在MATLAB的模型窗口打開“Simulink”菜單，點擊“Start”命令后，系統開始進行仿真，仿真結束后可輸出仿真結果