基于Mａtｌab的直流调速系统
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?
1绪论
１．1单闭环直流调速系统概述
从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统、张力控制系统等多种类型,而各种系统往往都是通过控制转速来实现的,因此调速系统是最基本的拖动控制系统。相比于交流调速系统,直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟。
直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代发展起来的电力电子技术,使电能可以变换和控制,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,交通运输，楼宇、办公、家庭自动化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,使人类社会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高,这种变化的影响将越来越大。
１.2 MＡTＬAB简介
在1980年前后,美国的Clｅve博士在Ｎew Ｍexico大学讲授线性代数课程时,发现应用其它高级语言编程极为不便，便构思并开发了Matlａｂ(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几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本,矩阵的运算变得异常容易。
ＭＡTLABSGI由美国ＭathWｏｒkｓ公司开发的大型软件。在MATLAＢ软件中,包括了两大部分：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。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领域。通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析,比较开环系统和闭环系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MAＴLAＢ仿真进行正确性的验证。
2控制直流调速系统简介
2．１ V —M 系统简介
晶闸管—电动机调速系统(简称V —Ｍ系统),其简单原理图如图2．1。图中VT 是晶闸管的可控整流器,它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、全控等类型。
优点：通过调节触发装置GT 的控制电压来移动触发脉冲的相位,即可改变整流电压从而实现平滑调速。
缺点：
1.由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。
2.元件对过电压、过电流以及过高的ｄu ／d ｔ和di/ｄt 都十分敏感,其中任一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。
因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件,而且在选择元件时还应有足够的余量。
图2.1 V —M 系统
２.2转速控制闭环调速系统的调速指标
1、调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速m ax n 和m in n 最低转速之比叫
做调速范围，用字母D 表示,即
其中m ax n 和m in n 一般都指电机额定负载时的转速。
m in
m ax
n n D
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nom n ?,与理想空载转速0n 之比，称作静差率s,静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。它和机械特性的硬度有关,特性越硬,静差率越小，转速的稳定度越高。
调速范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。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范围；反过来,脱离了调速范围,要满足给定的静差率也就容易得多了。
3、调速范围、静差率和额定速降的关系
以电动机的额定转速nom n 为最高转速，若带额定负载时的转速降落为nom n ?，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即
于是，而调速范围为
上式即为调速范围、静差和额定速降之间所应满足的关系。对于一个调速系统，它的特性硬度或nom n ?值是一定的,如果对静差率的要求越严，也就是s 越小，系统能够允许的调速范围也越小。
2．3闭环调速系统的组成及静特性
转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图2．２所示。
图2.2采用转速负反馈的闭环调速系统
1、忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都是线性的;
min
0n n s nom ?=
s
n s n s n n n n nom
nom nom nom o ?-=?-?=
?-=)1(min min m in
m in m ax n n n n D nom
==
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内阻。
电压比较环节：n n
n U U U -=?*
放大器:n P c K U U ?=
晶闸管整流与触发装置:c s d U K U =0 V —Ｍ系统开环机械特性： 测速发电机：n U tg α=
P K ——放大器的电压放大系数;
s K ——晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数；
α——测速反馈系数,单位为Vm ｉn/r; 因此转速负反馈闭环调速
系统的静特性方程式式中e s p C K K K /α=为闭环系统的开环放大系数。 静特性：闭环调速系统的电动机转速与负载电流（或转矩)的稳态关系。 根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结构图,如图2.3所示:
图2.3 转速负反馈闭环调速系统稳态结构图
2.4反馈控制规律
从上面分析可以看出,闭环系统的开环放大系数K 值对系统的稳定性影响很大，K 越大，静特性就越硬，稳态速降越小，在一定静差率要求下的调速范围越
e
d d C R
I U n -=
0)
1()1(K K /1(*
*
K C R
I K C U C K K C R
I U K K n e d e n
s p e s p e d n s p +-
+=+-=
）αe
d d C R
I U n -=
广。总之K 越大,稳态性能就越好。然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例 放大器，稳态速差只能减小，但不能消除，因为闭环系统的稳态速降为 只有K ＝∞才能使0=?cl n ,而这是不可能的。
２.5主要部件
1、比例放大器
运算放大器用作比例放大器(也称比例调节器、P 调节器)，如图2．4，
ex U U in 和为放大器的输入和输出电压,bal R 为同相输入端的平衡电阻，用以降低放
大器失调电流的影响 放大系数为
图２.４ Ｐ调节器原理图 图 2.5 Ｐ调节器输出
特性
2、比例积分放大器
在定性分析控制系统的性能时,通常将伯德图分成高、中、低三个频段，频段的界限是大致的。图２.6为一种典型伯德图的对数幅频特性。
一般的调速系统要求以稳和准为主,对快速性要求不高，所以常用PI 调节器。采用运算放大器的PI 调节器如图２．７。
1
R R U U K in ex p ==
图２.6典型控制系统的伯德图 图2.7 比例积分（P Ｉ)调节器
ＰI 调节器比例放大部分的放大系统;C R 0=τ——PI 调节器的积分时间常数。 此传递函数也可以写成如下的形式
式中111C R K pi ==ττ—PI 调节器的超前时间常数。
反映系统性能的伯德图特征有以下四个方面:1.中频段以 -２0dB/ｄe ｃ的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度,则系统的稳定性好;2.截止频率越高,则系统的快速性越好;3.频段的斜率陡、增益高，表示系统的稳态精度好（即静差率小,调速范围宽);４．频段衰减得越快,即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声的能力越强。
用来衡量最小相位系统稳定程度的指标是相角裕度γ和以分贝表示的幅值裕度Ｌｇ。稳定裕度能间接的反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大意味着振荡弱、超调小。
在零初始状态和阶跃输入下，PI 调节器输出电压的时间特性如图2．8：
s
s K s s s W pi pi 11
11
1)(ττττ+=+=
图2.8 阶跃输入时ＰI 调节器的输出特性 图2．9 ＰＩ校正装置在原始系统上
添加部分的对数幅频特性 将Ｐ调节器换成PI 调节器，在原始系统上新添
加部分的传递函数为
其对数幅频特性如图2.９所示。 由图2．８可以看出比例积分的物理意义。在突加输入电压时,输出电压突跳到，以保证一定的快速控制作用。但是小于稳态性能指标所要求的比例放大系数的,因为快速性被压低了,换来稳定性的保证。
作为控制器,比例积分调节器兼顾了快速响应和消除静差两方面的要求;作为校正装置，它又能提高系统的稳定性。 ２、额定励磁下直流电动机
（主电路，假定电流连续）
n C E e =(额定励磁下的感应电动势） d m e I C T =（额定励磁下的电磁转矩）
定义下列时间常数:
得电压与电流间的传递函数为
电流与电动势间的传递函数为
1
/1)()()(I s 0+=
-s T R s E s U s d d s
T R
s I s I s E m dl d =
-)()()(
2.6稳态抗扰误差分析
1、比例控制时的稳态抗扰误差 采用比例调节器的闭环控制有静差调速系统
的动态结构图如图2．11。当0*
=n U 时，只扰动输入量dl I ,这时的输出量即为负
载扰动引起的转速偏差Δｎ,可将动态结构图改画的形式如图2.12。
图 2.1０采用比例调节器的闭环有静差 图２.11 给定为０时采用比例
调节器的
调速系统结构图的一般情况 闭环有静差调速系统结构图
负载扰动引起的稳态速差：
)1()1)(1()1)(1()
(lim )(lim 200K C R
I K s T s T T s T s T s T C R
s I s n s n e dl m
l m s l s e dl s s +=
++++++-=?=?→→
E dt
dI L
RI d
d d ++=0U s
I s I dl dl =
)(
这和静特性分析的结果是完全一致的。 2、积分控制时的稳态抗扰误差
将图2.11比例调节器换成积分调节器如图2．12
突加负载时,于是
e
s m l m s s
l s e
dl C
K s T s T T T s s T s T C R
I s n /)1)(1()1)(1()(2
αττ++++++?-
=?
负载扰动引起的稳态速差为
0/)1)(1()1)(1(lim )(lim )(200=++++++?-
=?=?→→e
s m l m s l s e
dl s s C K s T s T T s T s s T s T C R
I s n s s n αττ
可见，积分控制的调速系统是无静差的。 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2．1３。
图2.12 给定为0时采用积分调节器图 图２.１3 给定为０时采用比例积分调节器
的闭环调速系统结构图 的闭环调速系统工程结构图
则稳态速差为
0)
1()1)(1()1)(1(lim )(lim )(200=+++++++?-
=?=?→→s K C K
s T s T T s T s s T s T s C R
I s n s s n pi e
s m l m s l s e
dl s s ταττ
因此,比例积分控制的系统也是无静差调速系统。 4、稳态抗扰误差与系统结构的关系
上述分析表明，就稳态抗扰性能来说，比例控制系统有静差,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误差。
3调速系统的设计及仿真 3.1参数设计及计算
１、参数给出
(1）．电动机：额定数据为１0kW,220V ，52A ，14６0ｒ/m ｉn,电枢电阻a R ＝0.５Ω,飞轮力矩G Ｄ２＝10Ｎm ２。
（2）.晶闸管装置:三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y 联结,二次电压
2t E =230Ｖ，触发整流环节的放大系数s K =4０。
（３)．Ｖ—M 系统主电路总电阻R=1.０Ω (4）.测速发电机:永磁式，Z ＹS231／110型; 额定数据为２3.１W ，110V ，0.18A,18０0r/min 。 （5).生产机械要求调速范围D=10，静差率ｓ≤５%． 2、参数计算
根据以上数据和稳态要求计算参数如下:
（１).为了满足D=10，s≤５%，额定负载时调速系统的稳态速降为
min /68.7min /)
05.01(1005
.01460)1(r r s D s n n nom cl =-??≤-=
?
（2)．根据cl n ?,求出系统的开环放大系数
1.6011.61168.71329.02
.1521=-=-??≥-?=
cl e nom n C R I K 式中 r V r V
n R I U C nom a nom nom e min/1329.0min
/1460)5.052220(?=?-=-=
(3).计算测速反馈环节的放大系数和参数
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好，测速反馈系数α包含测速发电机的电动势转速比etg C 和电位器的分压系数2α，即
α＝2αetg C
根据测速发电机数据,
r V r V
etg min/0611.0min
/1800110C ?==
试取2.02=α,如测速发电机与主电动机直接联接,则在电动机最高转速成1460r/min 下,反馈电压为
V r
V r U n 84.172.0min 0611.0min 1460=???=
相应的最大给定电压约需用1８V 。若直流稳压电源为±20V ,可以满足需要，因此所取的值是合适的。于是,测速反馈系数为
r V r
V C etg min/.01222.0min
0611.02.02=??==αα
电位器的选择方法如下:考虑测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的确20%,这样，测速机电枢压降对检测信号的线性度影响较小，于是
Ω=Ω??=
≈
247818
.02.01460
0611.0%202nomtg
nom etg RP I n C R
此时2RP 所消耗的功率为
W I n C nomtg nom etg 12.318.0%2014600611.0%20=???=?
为了使电位器温度不是很高,实选瓦数应为消耗功率的一倍以上,故选2RP 为10Ｗ，3kΩ的可调电位器。
4．计算运算放大器的放大系数和参数
34.1640
01222.01329
.01.60=??≥=
s e p K KC K α 实取17=p K
按运算放大器参数，取Ω=K R 400
则 Ω=Ω?==K K R K R p 680401701 5．反馈电压
V V n U nom n 8.1701222.01460=?=?=α
３.2有静差调速系统
1、有静差调速系统的仿真模型
根据系统稳态结构图(如图2.３),选择仿真模块：使用ｃｏnstant 模块作为转速给定电压，r ａmp 模块作为负载扰动,并用s ｔaturatio ｎ模块限幅，选择Gain 模块作为传递函数模块,sum 模块作为信号综合点，最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学模型，并用MATLAB 软件对系统进行仿真
图3.１ 有静差调速系统
2、主要元件的参数设置 （１).转速给定电压
由于触发装置GT 的控制电压是由给定电压*n U 和反馈电压n U 的差经过放大器后
产生的，所以二者的差不会很大,于是取V U n
18=*
，即常量值(constan ｔ value)设为18。采用斜坡函数,并加上stat ｕr ａtio ｎ模块作为限幅。
在电路图的Ｓimu ｌi ｎk 菜单选项中,选择S ｉｍul ｉｎｔion Parame ｔer 中。
对仿真参数进行如下设置：S ｔar ｔ ｔi ｍe:0．1; sto ｐ ｔime:２.0
3、仿真结果及分析
1．Kp 的值不同时其输出特性如图3．2所示,a)为17=p K ，b)为40=p K 。
17=p K 40=p K
图３.2有静差调速系统的稳态特性 左——转速 右——负载电流
图中17=p K 转速为1449．75r/min ，随着负载电流的增加，转速有所下降，在0．6３s 时，电流达到额定值52A,这时的转速降为14４2．5ｒ/min,系统的转速降为Δｎ=1449.75r/ｍin-1442.5r ／min=7．25r ／min 。
图中为40K =p 时系统的特性，从转速曲线可以看到,随着放大倍数的增加，系统的转速降减小,静特性的硬度增加,抗负载能力提高。 (2).不同给定值下系统的输出稳态特性，如图3．3。
为V U n
18=*
，转速降为?n=14４9．75r ／min-1442.5r/ｍｉn=7.２５r/min 。 为V U n
8.17=*
,转速降为?n ＝143３.７5－1426．2５ｒ/min=7．6r/mi ｎ。 通过对比可以得出，单闭环调速系统具有很好的跟随特性。
V U n 18*= V U n 8.17*
=
图3.3 有静差调速系统不同给定作用时的稳态输出特性
4、动态稳定的判断
按保证最小电流dnom d I I %10min =时电流连续的条件计算电枢回路电感量,由于取Ｌ=18mH=0.018H
计算系统时间常数：
电力拖动机电时间常数
失控时间常数 )(00167.0三相桥式电路s T s = 为保证系统稳定,开环放大系数应有
代入具体数值并计算后得Ｋ＜124．５,满足K ＞60．1，稳态精度和动态稳定性在这里不矛盾。
4.总结
电流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速,并且直流
调速系统在理论和实践上都比较成熟，是研究其它调速系统的基础。而且MA ＴＬAB 软件对直流调速系统进行虚拟环境下的仿真研究，不仅使用方便,也大大降低了研究成本。在对调速性能有较高要求的领域,如果直流电动机开环系统稳态性能不满足要求,可利用速度负反馈提高稳态精度,而采用比例调节器的负反馈调速系统仍是有静差的,为了消除系统的静差,可利用积分调节器代替比例调节器。
通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、
s s C C R GD T m e m 19.0/301329.01329.03752.1103752=????==
π
晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析,比较原始系统和校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。
参考文献
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基于MＡTLAＢ的直流调速器电流截止负反馈单闭环调
速系统设计
学院：电子与控制工程学院
专业:控制工程
姓名:徐艳艳
学号:20１
指导教师:王飚
完成时间：20１３年０6月
二〇一三年六月
直流调速系统的MATLAB 仿真 一、开环直流速系统的仿真 开环直流调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，通过改变触发器移相控制信号c U 调节晶闸管的控制角α，从而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。该系统的仿真模型如图2所示。 图1 开环直流调速系统电气原理图 图2 直流开环调速系统的仿真模型 为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s 0L =，直流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse ）的控制角（alpha_deg ）由移相控制信号c U 决定，移相特性的数学表达式为 min c cmax 9090U U αα?-=?-
在本模型中取min 30α=?，cmax 10V U =，所以c 906U α=-。在直流电动机的负载转矩输入端L T 用Step 模块设定加载时刻和加载转矩。 仿真算例1 已知一台四极直流电动机额定参数为N 220V U =，N 136A I =， N 1460r /min n =，a 0.2R =Ω，2222.5N m GD =?。励磁电压f 220V U =，励磁电流f 1.5A I =。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻rec 0.3R =Ω。平波电抗器 d 20mH L =。仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动和起动后加额定负载时的电机转速n 、电磁转矩 e T 、电枢电流d i 及电枢电压d u 的变化情况。N 220V U = 仿真步骤： 1）绘制系统的仿真模型（图2）。 2）设置模块参数（表1） ① 供电电源电压 N rec N 2min 2200.3136 130(V)2.34cos 2.34cos30U R I U α++?= =≈?? ② 电动机参数 励磁电阻： f f f 220146.7()1.5 U R I = ==Ω 励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。 电枢电阻： a 0.2R =Ω 电枢电感由下式估算： N a N N 0.422019.1 19.10.0021(H)2221460136 CU L pn I ?==?≈??? 电枢绕组和励磁绕组间的互感af L ： N a N e N 2200.2136 0.132(V min/r)1460 U R I K n --?= =≈?
基于MATLAB的电力系统潮流计算 %简单潮流计算的小程序，相关的原始数据数据数据输入格式如下： %B1是支路参数矩阵，第一列和第二列是节点编号。节点编号由小到大编写%对于含有变压器的支路，第一列为低压侧节点编号，第二列为高压侧节点%编号，将变压器的串联阻抗置于低压侧处理。 %第三列为支路的串列阻抗参数。 %第四列为支路的对地导纳参数。 %第五烈为含变压器支路的变压器的变比 %第六列为变压器是否是否含有变压器的参数，其中“1”为含有变压器，%“0”为不含有变压器。 %B2为节点参数矩阵，其中第一列为节点注入发电功率参数；第二列为节点%负荷功率参数；第三列为节点电压参数；第六列为节点类型参数，其中 %“1”为平衡节点，“2”为PQ节点，“3”为PV节点参数。 %X为节点号和对地参数矩阵。其中第一列为节点编号，第二列为节点对地%参数。 n=input('请输入节点数:n='); n1=input('请输入支路数:n1='); isb=input('请输入平衡节点号:isb='); pr=input('请输入误差精度:pr='); B1=input('请输入支路参数:B1='); B2=input('请输入节点参数:B2='); X=input('节点号和对地参数:X='); Y=zeros(n); Times=1; %置迭代次数为初始值 %创建节点导纳矩阵 for i=1:n1 if B1(i,6)==0 %不含变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/B1(i,3); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); Y(q,q)=Y(q,q)+1/B1(i,3)+0.5*B1(i,4); else %含有变压器的支路 p=B1(i,1); q=B1(i,2); Y(p,q)=Y(p,q)-1/(B1(i,3)*B1(i,5)); Y(q,p)=Y(p,q); Y(p,p)=Y(p,p)+1/B1(i,3);
信号与系统的MATLAB 仿真 一、信号生成与运算的实现 1.1 实现)3(sin )()(π±== =t t t t S t f a )(sin )sin()sin(sin )()(t c t t t t t t t S t f a '=' '== ==πππ π ππ m11.m t=-3*pi:0.01*pi:3*pi; % 定义时间范围向量t f=sinc(t/pi); % 计算Sa(t)函数 plot(t,f); % 绘制Sa(t)的波形 运行结果： 1.2 实现)10() sin()(sin )(±== =t t t t c t f ππ m12.m t=-10:0.01:10; % 定义时间范围向量t f=sinc(t); % 计算sinc(t)函数 plot(t,f); % 绘制sinc(t)的波形 运行结果： 1.3 信号相加：t t t f ππ20cos 18cos )(+= m13.m syms t; % 定义符号变量t f=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t); % 计算符号函数f(t)=cos(18*pi*t)+cos(20*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果：
1.4 信号的调制：t t t f ππ50cos )4sin 22()(+= m14.m syms t; % 定义符号变量t f=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) % 计算符号函数f(t)=(2+2*sin(4*pi*t))*cos(50*pi*t) ezplot(f,[0 pi]); % 绘制f(t)的波形 运行结果： 1.5 信号相乘：)20cos()(sin )(t t c t f π?= m15.m t=-5:0.01:5; % 定义时间范围向量 f=sinc(t).*cos(20*pi*t); % 计算函数f(t)=sinc(t)*cos(20*pi*t) plot(t,f); % 绘制f(t)的波形 title('sinc(t)*cos(20*pi*t)'); % 加注波形标题 运行结果：
1.目前常用的电力系统仿真软件有：BPA 程序和EMTP(程序；PSCAD /EMTDC; NETOMAC; PSASP;MATLAB 2.SimPowerSystems库产品 SimPowerSystems 4.0中含有130 多个模块，分布在7个可用子库中。这7个子库分别为“应用子库(Application Libraries)”、“电源子库(Electrical Sources)”、“元件子库(Elements)”、“附加子库(Extra Library)”、“电机子库(Machines)”、“测量子库(Measure-ments)”和“电力电子子库(Power Electronics)”。此外，SimPowerSystems 4.0中还含有一个功能强大的图形用户分析工具Powergui和一个废弃的“相量子库”(Phasor Elements) 3.MATLAB的特点:(1) 提供了便利的开发环境。(2) 提供了强大的数学应用功能。(3) 编 程语言简易高效。(4) 图形功能强大(5) 提供了功能强大的工具箱。(6) 应用程序接口功能强大。(7) MATLAB的缺点。和其它高级程序相比，MATLAB程序的执行速度较慢。 4.SIMULINK的特点:(1) 建立动态系统的模型并进行仿真。(2) 以直观的方式建模。(3) 增 添定制模块元件和用户代码。(4) 快速、准确地进行设计模拟。(5) 分层次地表达复杂系统。(6) 交互式的仿真分析。 5.SimPowerSystems库的特点:(1) 使用标准电气符号进行电力系统的拓扑图形建模和仿 真。(2) 标准的AC和DC电机模型模块、变压器、输电线路、信号和脉冲发生器、HVDC 控制、IGBT 模块和大量设备模型。(3) 使用SIMULINK强有力的变步长积分器和零点穿越检测功能，给出高度精确的电力系统仿真计算结果。(4) 利用定步长梯形积分算法进行离散仿真计算，为快速仿真和实时仿真提供模型离散化方法(5) 利用Powergui交互式工具模块可以修改模型的初始状态，从任何起始条件开始进行仿真分析(6) 提供了扩展的电力系统设备模块，如电力机械、功率电子元件、控制测量模块和三相元器件。 (7) 提供大量功能演示模型，可直接运行仿真或进行案例学习。 6.默认的程序主界面主要包括下列区域：①菜单；②工具栏；③命令窗口；④当前 路径浏览器；⑤工作空间浏览器；⑥命令历史浏览器。 7.菜单功能:(1) [File>New>M-File]：进入文本编辑窗界面，建立一个文本文件，实现 MATLAB命令文件的输入、编辑、调试、保存等处理功能，保存时文件后缀名为.m。(2) [File>New>Figure]：进入图形窗界面，建立一个图形文件，实现MATLAB图形文件的显示、编辑、保存等处理功能，保存时文件名后缀为.fig.(3) [File>New>Model]：建立一个SIMULINK模型文件，实现SIMULINK仿真模型的建模、仿真、调试、保存等处理功能，保存时文件名后缀为.mdl。 8.：进入SIMULINK仿真环境界面，作用相当于在MATLAB的命令窗口中输入 simulink命令并按回车键。 9.Matlab默认工作路径：安装路径\Matlab\work .修改路径（1）利用图标 （2）利用菜单项[File>Set Path>Add Folder]将用户拟采用的 目录添加到Matlab 搜索路径中。 10.MATLAB编程有两种工作方式：一种称为行命令方式，就是在工作窗口中一行一行地输 入程序，计算机每次对一行命令做出反应，因此也称为交互式的指令行操作方式；另一种工作方式为M文件编程工作方式。 11.变量是保存数据信息的一种最基本的数据类型。变量的命名应遵循如下规则：(1) 变量 名必须以字母开头；(2) 变量名可以由字母、数字和下划线混合组成；(3) 变量名区分字母大小写；(4) MATLAB保留了一些具有特定意义的默认变量(见表2-3)，用户编程时可以直接使用，并尽量避免另外自定义例如，Long和My_long1均是有效的变量名，Long
基于Matlab的电力系统故障分析与仿真 摘要：本文介绍了MATLAB软件在电力系统中的应用，以及利用动态仿真工具Simulink和电力系统工具箱PSD进行仿真的基本方法。在仿真平台上，以单机—无穷大系统为建模对象，通过选择模块，参数设置，以及连线，对电力系统的多种故障进行仿真分析。同时，设计一个GUI图形界面，将仿真波形清晰地显示在界面上以便比较和分析。结果表明，仿真波形基本符合理论分析，说明了MATLAB是电力系统仿真研究的有力工具。 关键词：电力系统；仿真；故障；MATLAB；GUI Abstract：This paper introduces the applications of MATLAB in power system analysis, and the basic simulation method of taking use of Simulink and PSD. On MATLAB simulation platform, take a single machine-infinite-bus system as modeling objects, by selecting the module, parameter settings, and connectingmodules to simulate and analysevariousfault of power system. At the same time, in order to facilitate comparison and analysis simulation waveform, design a GUI for showing waveform clearly.The results show that the simulation waveform in line with theoretical analysis, indicates that MATLAB is a powerful tool for researching simulation of power system. Keywords：PowerSystem。 Simulation。 Fault。 Matlab。 GUI 0 前言[1,2] 随着电力工业的发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性亦日益增加，电力系统的生产和研究中仿真软件的应用也越来越广泛。现在，我们主要使用的电力系统仿真软件有：EMTP程序，用于电力系统电磁暂态计算，电力系统暂态过电压分析，暂态保护装置的综合选择等。PSCAD／EMTDC程序，典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时，参数随时间变化的规律。PSASP，其功能主要有稳态分析、故障分析和机电暂态分析。还有MathWorks公司开发的MATLAB软件。在MATLAB中，电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以进行封装和自定义模块库，充分显现了其仿真平台的优越性。更重要的是，MATLAB提供了丰富的工具箱资源，以及大量的实用模块，使我们可以更加深入地研究电力系统的行为特性。本篇论文将在熟练掌握MATLAB软件的基础上，对电力系统的故障进行建模、仿真、分析，并且设计一个GUI图形用户界面来反映故障波形。
课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩
一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。
（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5
大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；
1 八、Simulink 仿真环境 Simulink使用入门 模型的创建 连续系统的建模与仿真 子系统的创建与封装及条件执行子系统 用MATLAB命令创建和运行Simulink模型
2 8.1 Simulink 使用入门 Simulink是面向框图的仿真软件，具有以 下特点： ●用绘制方框图代替编写程序，结构和流程 清晰； ●智能化地建立和运行仿真，仿真精细、贴 近实际，自动建立各环节的方程，自动地在 给定精度要求下以最快速度进行系统仿真； ●适应面广，包括线性、非线性系统，连续、 离散及混合系统，单任务、多任务离散事件 系统。 【例8－1】创建一个正弦信号的仿真模型。 (1) 在MATLAB的命令窗口运行simulink命令， 或单击工具栏中的图标，就可以打开Simulink 模块库浏览器(Simulink Library Browser) 窗口。模块库列表 模块列表当前模块的文字说明 关键字搜索 菜单 工具条 (2) 单击工具栏上的图标或选择菜 单“File”——“New”——“Model”，新建一个 名为“untitled”的空白模型窗口。 8.1.1 Simulink入门
3 (4) 用鼠标单击所需要的输入信号源模 块“Sine Wave”(正弦信号)，将其拖放到空 白的模型窗口“untitled”，则“Sine Wave” 模块就被添加到untitled窗口；也可以用鼠 标选中“Sine Wave”模块，单击鼠标右键， 在快捷菜单中选择“add to ‘untitled’”命令， 就可以将“Sine Wave”模块添加到untitled窗 口。 (5) 用同样的方法打开接收模块库 “Sinks”，选择其中的“Scope”模块(示波 器)拖放到“untitled”窗口中。 (6) 在“untitled”窗口中，用鼠标指向 “Sine Wave”右侧的输出端，当光标变为十 字符时，按住鼠标拖向“Scope”模块的输入 端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的 信号线连接，一个简单模型已经建成。 (7) 开始仿真，单击“untitled”模 型窗口中“开始仿真”图标，或者 选择菜单“Simulink”——“Start”，则 仿真开始。双击“Scope”模块出现示 波器显示屏，可以看到黄色的正弦 波形。 (8) 保存模型，单击工具栏的图 标，将该模型保存为“exm08_01.mdl”文
直流调速系统的MA TLAB仿真 一、开环直流速系统的仿真 开环直流调速系统的电气原理如图1所示。直流电动机的电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器供电，通过改变触发器移相控制信号调节晶闸管的U L c ，从 而改变整流器的输出电压，实现直流电动机的调速。该系统的仿真控制角模型如图2所示。 L + + GT UCR E d- - 开环直流调速系统电气原理图图1 图2 直流开环调速系统的仿真模型
L?0，直为了减小整流器谐波对同步信号的影响，宜设三相交流电源电感s流电动机励磁由直流电源直接供电。触发器（6-Pulse）的控制角（alpha_deg）由U 决定，移相特性的数学表达式为移相控制信号c???90?min U?90??c U cmax 1 ??。在直流电动机的负载，所以，在本模型中取U?10V6??30?90U?ccmaxmin转矩输 入端用Step模块设定加载时刻和加载转矩。T L仿真算例1已知一台四极直流电动机额定参数为，，136AIU?220V?NN22。励磁电压，励磁电，， 220VminUR?0.2??1460rn?/m?22.5NGD?fNa流。采用三相桥式整流电路，设整流器内阻。平波电抗器??1.5A0.3RI?recf。仿真该晶闸管-直流电动机开环调速系统，观察电动机在全压起动20mHL?d n、电磁转矩、电枢电流和起动后加额定负载时的电机转速及电枢电压的uTi ded变化情况。220V?U N仿真步骤： 1）绘制系统的仿真模型（图2）。 2）设置模块参数（表1） ①供电电源电压 U?RI220?0.3?136NNrec130(V)U??? 2?2.34?cos302.34cos?min②电动机参数 励磁电阻： U220f)146.7(?R???f I1.5f励磁电感在恒定磁场控制时可取“0”。 电枢电阻： ?0.2R?a电枢电感由下式估算： CU0.4?220N?19.1?L?19.1?0.0021(H) a2pnI2?2?1460?136NN L：电枢绕组和励磁绕组间的互感 af U?RI220?0.2?136NNa?K?0.132(V?min/r)?e n1460N 2 6060K??0.132?K?1.26eTπ2π2K1.26T0.84(H)??L?af1.5I f电机转动惯量 222.5GD2 )??0.57(kg?mJ?9.814?4g 额定负载转矩③ 模块参数名参数
湖北民族学院 信息工程学院 题目: 基于matlab的电力系统短路电流计算 专业：电气工程及其自动化 班级： 0308407 学号： 030840705 学生姓名： 指导教师： 2011年6 月1 日
信息工程学院课程设计任务书 年月日
信息工程学院课程设计成绩评定表
摘要 随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大，在这种情况下，许多大型的电力科研实验很难进行，尤其是电力系统中对设备和人员等危害最大的事故故障，尤其是短路故障，而在分析解决事故故障时要不断的实验，在现实设备中很难实现，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。考虑这两种情况，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具十分重要，而MATLAB软件中的SIMULINK是用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成开发环境，是结合了框图界面和交互仿真能力的非线性动态系统仿真工具，为解决具体的工程问题提供了更为快速、准确和简洁的途径。 关键词：短路电流计算，MATLAB，仿真 Abstract Along with the development of the electric power industry, the scale of the power system is more and more big, in this case, many large power research is difficult to, especially in the power system, equipment and personnel to the harm such as the biggest accident, especially fault fault location, and on the analysis of the accident to solve the fault of the experiment, in the reality constantly in equipment, it is difficult to accomplish a is practical conditions to meet; The security of the system from the perspective is not allowed in the experiment. Consider the two kinds of circumstances, for one of the most close to power system actual the operation condition of digital simulation tool is very important, and MATLAB software SIMULINK is used for the dynamic system modeling, simulation and analysis of the integrated development environment, is combined with the block diagram interface and interactive simulation of nonlinear dynamic system ability of simulation tools, to solve the specific engineering problem, provides a more rapid, accurate and simple way. Keywords: short-circuit current calculation, MATLAB, the simulatio
1 绪论 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，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来看，它又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来研究。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。 直流调速系统概述 从生产机械要求控制的物理量来看，电力传动自动控制系统有调速系统、位置伺服系统、张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来实现的，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范围广，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内，高性能的调速系统几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，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来越大。 单闭环直流电机调速系统在现代日常生活中的应用越来越广泛，其良好的调速性能、低廉的价格越来越被大众接受。 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来调节转速，非常方便，高效。
《电力系统设计》报告题目: 基于MATLAB的电力系统仿 学院：电子信息与电气工程学院 班级: 13级电气 1 班 姓名:田震 学号: 日期：2015年12月6日 基于MATLAB的电力系统仿真 摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来 越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。 关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真 目录 一．前言.............................................. 二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建............... 1.总电路图的设计......................................
《电力系统设计》报告 题目: 基于MATLAB的电力系统仿学院：电子信息与电气工程学院 班级: 13级电气 1 班 姓名:田震 学号: 20131090124 日期：2015年12月6日
基于MATLAB的电力系统仿真 摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人们的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响着人们的日常生活。从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，从而有效的了解电力系统概况。本文根据电力系统的特点，利用MATLAB的动态仿真软件Simulink搭建了无穷大电源的系统仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。通过仿真结果说明MATLAB电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。 关键词：电力系统；三相短路；故障分析；MATLAB仿真
目录 一．前言 (4) 二．无穷大功率电源供电系统仿真模型构建 (5) 1.总电路图的设计 (5) 2.各个元件的参数设定 (6) 2.1供电模块的参数设定 (6) 2.2变压器模块的参数设置 (6) 2.3输电线路模块的参数设置 (7) 2.4三相电压电流测量模块 (8) 2.5三相线路故障模块参数设置 (8) 2.6三相并联RLC负荷模块参数设置 (9) 3.仿真结果 (9)
系统仿真与MATLAB语言 实验指导书
对参加实验学生的总要求 1、认真复习有关理论知识，明确每次实验目的，了解实验相关软件操作，熟悉实验内容和方法。 2、实验过程中注意仔细观察，认真记录有关数据和图像，并经由指导教师查验后方可结束实验。 3、应严格遵守实验室规章制度，服从实验室教师的安排和管理。 4、对实验仪器的操作使用严格按照实验室要求进行。
实验总要求 1、封面：注明实验名称、实验人员班级、学号（全号）和姓名等。 2、内容方面：注明实验所用设备、仪器及实验步骤方法；记录清楚实验所得的原始数据和图像，并按实验要求绘制相关图表、曲线或计算相关数据；认真分析所得实验结果，得出明确实验结论。并注明该结论所依据的原理和理论；对实验进行反馈回顾，总结出实验方法要领和注意事项，对实验失败的原因进行分析剖解，总结出实验的经验和教训。 3、文字方面，撰写规范，杜绝错别字。 4、杜绝抄袭，杜绝提供不真实的实验内容。
实验一 MATLAB 语言工作环境和基本操作 1 实验目的 1）．熟悉MATLAB 的开发环境； 2）．掌握MATLAB 的一些常用命令； 3）．掌握矩阵、变量、表达式的输入方法及各种基本运算。 2 实验器材 计算机WinXP 、Matlab7.0软件 3 实验内容 (1). 输入 A=[7 1 5;2 5 6;3 1 5]，B=[1 1 1; 2 2 2;3 3 3]， 在命令窗口中执行下列表达式，掌握其含义： A(2, 3) A(:,2) A(3,:) A(:,1:2:3) A(:,3).*B(:,2) A(:,3)*B(2,:) A*B A.*B A^2 A.^2 B/A B./A (2).输入 C=1:2:20，则 C （i ）表示什么？其中 i=1,2,3,…,10； （3）掌握MA TLAB 常用命令 >> who %列出工作空间中变量 >> whos %列出工作空间中变量，同时包括变量详细信息 >>save test %将工作空间中变量存储到test.mat 文件中 >>load test %从test.mat 文件中读取变量到工作空间中 >>clear %清除工作空间中变量 >>help 函数名 %对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明 >>lookfor %查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称 如： lookfor Lyapunov 可列出与Lyapunov 有关的所有函数。 （4） 在MATLAB 的命令窗口计算: 1) )2sin(π 2) 5.4)4.05589(÷?+ (5). 试用 help 命令理解下面程序各指令的含义： clear t =0:0.001:2*pi; subplot(2,2,1); polar(t, 1+cos(t)) subplot(2,2,2); plot(cos(t).^3,sin(t).^3) subplot(2,2,3); polar(t,abs(sin(t).*cos(t))) subplot(2,2,4); polar(t,(cos(2*t)).^0.5) （6）（选做）设计M 文件计算: x=0:0.1:10 当sum>1000时停止运算，并显示求和结果及计算次数。 i i i x x sum 2100 2 -= ∑ =
自动控制原理 二阶系统性能分析Matlab 仿真大作业附题目+ 完整报告内容
设二阶控制系统如图 1所示，其中开环传递函数 ) 1(10 )2()(2+=+=s s s s s G n n ξωω 图1 图2 图3 要求： 1、分别用如图2和图3所示的测速反馈控制和比例微分控制两种方式改善系统的性能，如果要求改善后系统的阻尼比ξ =0.707，则t K 和 d T 分别取多少？ 解： 由)1(10 )2()(2 += +=s s s s s G n n ξωω得10 21,10,102===ξωωn 22n n () s s ωξω+R (s )C (s ) -
对于测速反馈控制，其开环传递函数为：) 2()s (2 2n t n n K s s G ωξωω++=； 闭环传递函数为：2 2 2)2 1(2)(n n n t n s K s s ωωωξωφ+++= ； 所以当n t K ωξ2 1+=0.707时，347.02)707.0(t =÷?-=n K ωξ； 对于比例微分控制，其开环传递函数为：)2()1()(2 n n d s s s T s G ξωω++=； 闭环传递函数为：) )2 1(2)1()(2 22 n n n d n d s T s s T s ωωωξωφ++++=； 所以当n d T ωξ2 1 +=0.707时，347.02)707.0(=÷?-=n d T ωξ； 2、请用MATLAB 分别画出第1小题中的3个系统对单位阶跃输入的响应图； 解： ①图一的闭环传递函数为： 2 22 2)(n n n s s s ωξωωφ++=，10 21 ,10n ==ξω Matlab 代码如下： clc clear wn=sqrt(10); zeta=1/(2*sqrt(10)); t=0:0.1:12; Gs=tf(wn^2,[1,2*zeta*wn,wn^2]); step(Gs,t)
任务书 1.设计题目 转速、电流双闭环直流调速系统的设计 2.设计任务 某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据为： 直流电动机：U n =440V，I n =365A，n N =950r/min，R a =, 电枢电路总电阻R=, 电枢电路总电感L=, 电流允许过载倍数=， 折算到电动机飞轮惯量GD2=20Nm2。 晶闸管整流装置放大倍数K s =40，滞后时间常数T s = 电流反馈系数=A (10V/ 转速反馈系数= min/r (10V/nN) 滤波时间常数取T oi =，T on = ===15V；调节器输入电阻R a =40k 3.设计要求 (1)稳态指标:无静差
(2)动态指标:电流超调量5%；采用转速微分负反馈使转速超调量等于0。 目录 任务书.......................................................... I 目录........................................................... II 前言 (1) 第一章双闭环直流调速系统的工作原理 (2) 双闭环直流调速系统的介绍 (2) 双闭环直流调速系统的组成 (3) 双闭环直流调速系统的稳态结构图和静特性 (4) 双闭环直流调速系统的数学模型 (5) 双闭环直流调速系统的动态数学模型 (5) 起动过程分析 (6) 第二章调节器的工程设计 (9) 调节器的设计原则 (9) Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较 (10) 电流调节器的设计 (11) 结构框图的化简和结构的选择 (11) 时间常数的计算 (12) 选择电流调节器的结构 (13) 计算电流调节器的参数 (13) 校验近似条件 (14) 计算调节器的电阻和电容 (15) 转速调节器的设计 (15) 转速环结构框图的化简 (15)
绪论 直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机械特性上看，就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性，从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点，使电动机的稳定运转速度发生变化。 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统运行的可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。 双闭环直流调速系统是一个复杂的自动控制系统，在设计和调试的过程中有大量的参数需要计算和调整，运用传统的设计方法工作量大，系统调试困难，将SIMULINK 用于电机系统的仿真研究近几年逐渐成为人们研究的热点。同时，MATLAB软件中还提供了新的控制系统模型输入与仿真工具SIMULINK，它具有构造模型简单、动态修改参数实现系统控制容易、界面友好、功能强大等优点，成为动态建模与仿真方面应用最广泛的软件包之一。它可以利用鼠标器在模型窗口上“画”出所需的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真或分析，从而使得一个复杂系统的输入变得相当容易且直观。 本文采用工程设计方法对转速、电流双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择适当的调节器结构，进行参数计算和近似校验，并建立起制动、抗电网电压扰动和抗负载扰动的MATLAB/SIMULINK仿真模型，分析转速和仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。 2MATLAB简介 MATLAB是一门计算机编程语言，取名来源于Matrix Laboratory，本意是专门以矩阵的方式来处理计算机数据，它把数值计算和可视化环境集成到一起，非常直观，而且提供了大量的函数，使其越来越受到人们的喜爱，工具箱越来越多，应用范围也越来越广泛。 MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序
Matlab 实训设计（一） 二阶系统变阻尼比的动态仿真系统的设计 一.设计一个二阶系统的变阻尼比的动态仿真系统 二.步骤 （1）程序功能描述 1. 典型二阶系统的传递函数为 ω ωωξ22 2 2)(n n n S s ++= Φ 2. 归一化二阶系统的单位阶跃响应 1、ζ=0（无阻尼）时，系统处于等幅振荡，超调量最大，为100%，并且系统发生不衰减的振荡，永远达不到稳态。 2、0<ζ<1（欠阻尼）时，系统为衰减振荡。为了获得满意的二阶系统的瞬态响应特性，通常阻尼比在0.4~0.8的范围内选择。这时系统在响应的快速性、稳定性等方面都较好。 3、在ζ=1（临界阻尼）及ζ>1（过阻尼）时，二阶系统的瞬态过程具有单调上升的特性，以ζ=1时瞬态过程最短。 （2）程序界面设计 图形界面中的grid on 、grid off 分别是网格和绘图框的打开和关闭按钮
（3）程序测试运行 在编辑框中+还可以输入如0:0.1:0.8的阻尼系数数组，这表示把0到0.8之间的长度以0.1为跨距等份，再以每点的数据得到响应曲线，上式就包含了 ze-ta=0、0.1、0.2···、0.8总共8个阻尼比下的响应曲线
三.控件属性设置 （1）String %显示在控件上的字符串 （2）Callback 回调函数 （3）enable 表示控件是否有效 （4）Tag 控件标记，用于标识控件 四.设计：实现如下功能的系统界面 （1）在编辑框中，可以输入表示阻尼比的标量成行数组、数值，并在按了Enter 键后，在轴上画出图形，坐标范围x[1，15],y[0，2]。 （2）在点击grid on或者grid off键时，在轴上显示或删除“网格线”。（3）在菜单[options]下，有两个下拉菜单[Box on]和[Box off]，缺省值为off。（4）所设计界面和其上图形，都按比例缩放。 五.各个控件属性设置 （1）在图形窗中设置 Name 我的设计 Rize on %图窗可以缩放 Tag figure1 %生成handles. figure1 （2）在轴框中 Units normalizen Box off坐标轴不封闭 Tag axes1 XLim[0,15]%x范围 YLim[1,2]%y范围 （3）静态文件框1 fontsize 0.696 fritunits normalizen String“归一化二阶阶跃响应” Tag text1 Horizontalignment Center