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點在于調速范圍廣、靜差率小、穩定性好以及具有良好的動 態性能。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

2、已具備了寬調速范圍、高穩態精度、快動態響應、高工作效率以及可以四象限 運行等優異特性，其穩、動態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??；(4) 交流電動機環境使用性強，堅固耐用，可以在十分惡劣的環境下使用；(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) 交流調速系統能顯箸的節能；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

3、中的交流電機庫對交流電動機調速系統進 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莊調速 系統進行仿真研究，認識PID調節器參數的改變對系統性能的影響，認識該系統動態 及靜態性能的優劣及適用環境。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。而交流調速系統憑著其絕對的優勢，最終 必將取代直流調速系統。近幾年來，科學技術的迅速發展為交流調速技術的發展創造了

4、極為有利的技術條件 和物質基礎。交流電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，可兔性更高。目前，國外先進的工業國家生產直流傳 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20%。到目前為止，日 本除了個別的地方還繼續采用直流電機外，幾乎所有的調速系統都采用變頻裝置。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

5、些大型的高性能的計算機仿真軟件的出現，實現交流調速 系統的實時仿真可以較容易地實現&。如:mat lab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箸提高工作效率。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、實時監控等方面得到長足進步問。交流調速技術發展到今天，相對而言已經比較成熟，在工業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8

6、0年代中期研制開發出一種新型交流調速系統一一開關磁阻電動機調速系 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、斷續電流自適應、參數自適應等模型參考自適應控制），狀態觀測器（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，以節能、平穩、快速等 為目標函數的優化控制，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

7、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缺點，分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 外的發展和前景展望；介紹了文章的主要工作安排以及論文章節安排。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調壓調速系統進行了重點 的研究

8、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：(2-1)從轉速公式可知改變電動機的極對數卩，改變定子供電功率/以及改變轉率s 都可達到調速的

9、目的。對同步電動機而言，同步電動機轉速為：(2-2)由于實際使用中同步電動機的極對數卩是固定的，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) 變極調速系統：調旗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

10、術性能指標。(2) 串級調速系統：繞線轉子異步電動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。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憒送轉差功率的任務，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一一轉差功率的大小，而且還可以調節轉子電流的無功分量， 即調節異步電動機的功率因數。(3) 調壓

11、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展，多采用雙向晶閘管來實現 交流調莊。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莊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，產生轉矩脈動問。(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

12、統是變 壓變頻調速系統。變壓變頻調速系統在調速時，須同時調節定子電源的電壓和頻率，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調壓調速系統的優點是線路簡單，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山)。VTI圖2.1三相

13、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電路。(3) 為了保證輸出電壓三相對稱并且有一定的調節范圍，要求晶閘管的觸發信號除 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)的觸發信號相位互差120，三相電路中的反向晶閘管的觸發信號相位互差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

14、發的次序為、VT2、VTs、VT、VTs、VTe、VTi以此類推。 相鄰兩個晶閘管的觸發信號相位差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(2-3)TPP!：R；_3pU：RJsQi 2 5+ /?； /5)2 + CO；Lk + 厶卄其中P電動機的極對數U、 電動機定子相電壓和供電角頻率S轉差率&、圧一一定子每相電阻和折算到定子側的轉子每相電阻5、2一一定子每漏感和折算到定子側的轉子每相漏感可見，當轉差率$定時，電磁轉矩T與定子電壓

15、S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7；時，可以得到不同 的穩定轉速，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I），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間。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

16、機的調速范圍增大了，而且在堵轉轉矩下工作也 不致燒毀電動機。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控制，以達到自動調節轉速的目的。在調速要求不高的情 況下，也可采用定子電壓負反饋閉環控制。圖2.4 (a)是帶轉速負反饋的閉環調壓調速系統原理圖，圖2.4 (b)是相應的調 速系統靜特性。如果系統帶負載人在M點穩定運行，當負載增大導致轉速下降

17、時，通過 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4。將工作點A、M、A連起來就是閉環系統的靜特性。(b)靜特性圖2.4轉速負反饋閉環控制的交流調壓調速系統在額定電壓u冊下的機械特性和a小電壓ulmia下的機械特性是閉環系統靜特性左右兩邊的 極限，當負載變化達到兩側的極限時，閉環系統便失去控制能力，回到開環機械特性上工作:。對圖2.4 (a)所示的系統/可畫出系統靜態結構圖，見圖2.5所示：圖2.5異步電動機調壓調速系統的靜態結構圖圖中：Ks=-一-晶閘管交流調壓器VVC和觸發裝置GT的放大系數；U

18、c，-一觸發裝置的控制電壓；a = UJn為轉速反饋系數；U廠-一測速發電機TG輸出的反饋電壓。轉速調節器ASR采用PI調節器；h = /(/,?)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 近似的動態結構圖異步電動機調壓調速的近似動態結構圖如下所示：圖2. 6異步電動機調壓調速系統的近似動態結構圖圖中各環節的傳遞函數為：(1)轉速調節器ASR(2-4)常用PI調節器消除靜差并改善動特性，其傳遞函數為：%sr(S)= K” ” s(2)晶閘管交流調壓器和觸發裝置GT-V假定該環節輸入輸出關系是線性的，在動態中可近似為一階慣性環節，其近似條件與晶閘管觸

19、發與整流裝置一樣。本環節傳遞函數可表示為：S(s)=TsS + l(2-5)(3)測速反饋環節FBS考慮到反饋濾波的作用，傳遞函數為:W/S卜缶(2-6)T“S +1(4)異步電動機MA由于描述異步電動機動態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， 并用穩態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、電機信號分配器等部分組成。

20、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3。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所示連接即可圖3. 1 Simulink中的電源模塊圖3. 2 Simulink中的連接模塊圖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 川相得參數設置

21、分別是：幅值(peak amplitude)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。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。VII VT4VT3 VT6VT5VT2圖3.4晶閘管三相交流調壓器仿真模型子系統觸發脈沖的順序為V1-V2-V3-V4-V

22、5-V6，其中V1-V3-V5之間和V4-V6-V2 之間互差120度，V1-V4之間、V3-V6之間、V5-V2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(Resistance Ron) ： 40 G ；電感(Inductance Lon): OH ；正向電壓(Forward voltage Vf) - 0. 8V;初始電流(Initial current Ic) ： 0A ；緩沖器電阻(Subber resistance Rs)： 1200 Q ；緩沖器電容(Subber capacitance Cs): 250 pF。上圖是

23、用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，不斷進行參數優化，最后確定其參數。這一參數設置原則對其它環節的參數設置也是適用的問。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，

24、具有特定的輸入和輸出關系。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Mask Subsystem項或者單擊Edit-Mask Subsystem項19。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，以充分發揮Simulink的強大功能。打開Mask edit

25、or:Subsystem對話框如圖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呦o糾 封裝綢竜器:Subsystem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連接從脈沖觸發器出

26、來的觸發 脈沖輸出a b c分別連接交流電動機的A * B * C輸入勺。3. 1.1.3同步脈沖觸發器的建模和參數設置通常，工程上將觸發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 步脈沖觸發器。同步脈沖觸發器包括同步電源和6脈沖觸發器兩部分。6脈沖觸發器可以從圖3. 7所示的附加模塊(Extras Control Blocks)子模塊組獲得。Enter search termLibrariesLibrary: SimPov/erSystems/Extra Library/Control Blocks由”Real-Time WorkshopReal-Time Workshop Em

27、.Report Generaior嚴 利 Robust Control Toolbox 戈卜Signal Proces-s-ing Block. fl- W SimE vents l“g SimPowerSystems I J Application Libraries.Electrical Sources-I Elements 自 Extra LibraryHControl Blocks3-phssie Progra- mmsble SourceBi&t9blGMonoSatsblG3-phss.G FLLEdge DetGCtorOn.Off DelayPWM GGnGr9torS9mpl

28、G &. HoldSynchronized 6- PuI.g GGneraterTimer旨| Simulink Library Browser圖3. 7附加模塊(Extras Control Blocks)子模塊6脈沖觸發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脈沖觸發器符號圖如下所示：Synchr on ized6Pulse Generatorl圖3.8同步脈沖觸發器子系統同步脈沖觸發器封裝后子系統符合如下：圖3.9同步脈沖觸發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ln2為脈沖器 開關信號/當脈沖器

29、開關信號為“(T時/開放觸發器；為“1”時，封鎖觸發器3.1.1.4交流異步電動機的建模和參數設置在Power System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(PI unit)下的異步電動機模型，另一個是國際單位制(SI unit)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：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；a,b,c:繞線式轉子輸出電壓端

30、子，一般短接，而在鼠籠式電機為此輸出端子；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。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：(1) 繞組類型(Rotor type):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(Squirrelcage)兩種類型。在本文中用鼠籠式(Squirrelcage)異步電 動機；(2) 參考坐標系(Reference Frame):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(Synchr

31、onous)。在本文中選擇同步旋.轉 坐標系(Synchronous )；(3) 額定參數：額定功率代(KW)取30KW，線電壓匕(V)為380V 頻率/ (赫茲)為 50HZ ；(4) 定子電阻人(Stator) (ohm)取 0.0870和漏感 Lls (H)取為 0. 8mII ；(5) 轉子電阻& (Rotor) (ohm)為 0.028G和漏感(H)取為 34.7mII ； 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 3.11 Machines Measurement Demux電動機測試信號分配器模塊雙擊電

32、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。Function Block Parameters: Machines Measurement DemuxMachine measurements (mask) (link)Split specified signals of various machine models aeasurementoutput vector into saparato sisnalsFaxaaetersXachine troe-A&yncnronous7 Stator currantsisa isb isc 7 Stator currentsIQ id

33、 叼 Field currentifd 7 Danpcr winding currentslkql ikQ2 ikd FT xutual rluxespni3_a pnia_o 叼 Statox vol七乂“V5_QYB_d Q R-tor anglftdeviationd_thota radV Kotor speedC wa p ElectricalpowerPe Q Rotor spaaddeviation* 7 Kotor aecnanical angletneta degV Elec益nutQc texQueTe Load anglaDalta doff7 Output active

34、powerFeo V Oiitjmt xeacpowerQuo OKCancelHelpApply圖3. 123電動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, ire ；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T_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

35、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Thetam 11 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：給定環節、速度調節器、限幅器、速度反饋環節等。控制電路的有關參數設置如下：速度反饋系數設為20 ；調節器的參數設置分別是：ASR : Kpn = 30 ; r” = 300 ;上下限幅為400-0；其它沒做說明的為

36、系統默認參數。3.1.2. 1給定環節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節，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/Commonly Used Blocks114。0 Simulink Libraiy Brov/serI o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(Constent value)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。3.1.2.2速度調節

37、器的建模和參數設置速度調節器通常采用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，以得到最穩定的輸出特性以及動態特性。限幅器、速度反饋環節也一樣。 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化。PID Controller 位于 Simulink Extras/Additional Linear 中，如圖 3. 14 所示： 耳 Simulink Library Browser1=1 回 卻3.14 Simulink Extras/Additional Linear 模塊組在此仿真中，經過不斷地變化改動，最

38、終確定轉速調節器為(1) 比例常數 K” (Proportional)為 30 ；(2) 積分時間常數K, (Integral)為300 ；(3) 微分時間常數Kd (Derivative)為0 (PI控制)。3. 1.2.3限幅器的建模和參數設置限幅器模塊位于Simulink/Commonly Used Blocks模塊庫中如圖3.13所示: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：最大值(Upper limit): 400最小值(Lower limit): 03.1

39、.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simulink parameters”設置、點擊Usimulink parameters菜單后、得到仿真參數對話框，參數設置如圖3.15所示：Sinulation. tineStart tine: 0. 0Stop tiae: 10. 0Solver opt ionsWax step size:Win step slzg:T陰蒞空白| .in _I size:XumbGT of consecutive min steps:Tasking and sazipiG tine optionsTasking aode f

40、w period io sample t ises:Automatically handle rate transition for data transferHigher priority -alue indieates hig-her task priorityZero-crossing optionsZsx-Q-cx-Q-ssing c-o-ntx-c-l: Use local swtting：5NnadaptiveTine toieran.ee:1012B*epsSignal threshold: autobusbar of e-nseutivs zero crossings:1000

41、IIICancel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 o仿真開始實踐Start time 一般設為0，Stop time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Stop time們設置Stop time為默認值 為30。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：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7；、三相定子電 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