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,交流調速已具

2、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、慣性小；(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己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matlabsimulink 軟件中的交

3、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壓 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。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有關文獻及雜志中昭。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、.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

5、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:_60f (1-s)n=i 丿(2-1)r / minp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：= ( )60 fnir / min(2-2)p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

6、統、調壓調速系統、變頻調速系統。(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

7、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

8、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 口句o(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【佝。調壓調速系統的優點是線路簡單，價格便宜，使用維修方便

9、，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2.4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

10、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發的次序為 vti> vt2、vt3、vt4、vt5、vt6> vti以此類推。相鄰兩個晶閘管的觸發信號相位差60° o在晶閘管交流調壓中，晶閘管可借

11、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f23pu r /sv 1 2 /)+3(）】(2-3)r /si2其| p 電動機的極對數u、1電動機定子相電壓和供電角頻率1s轉差率氣、r 定子每相電阻和折算到定子側的轉子每相電阻2匕、l 定子每漏感和折算到定子側的轉子每相漏感12可見，當轉差率s 定時，電磁轉矩t與定子電壓u的平方成正比。改變定子電壓1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吋，可以得到不同的穩定轉速，如圖中的a, b,較大的調速范圍，如

12、圖2.2中白風機泵類負載時，可得到sde0sc bui0.5uin07u 1n點。n圖2.2異步電動機在不同定子電壓時的機械特性第6頁所謂調壓調速，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罔。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屯 動機的機械特性。圖2.3顯示此類電動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。:aipi0.7uin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

13、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t在a點穩定運行，當負載增大導致轉速下降時，通過轉l速反饋控制作用提高定子屯壓，使得轉速恢復，即在新的一條機械特性土找到了工作點a'。同理，當負載減小使得轉速升高時，也可以

14、得到新的工作點a。將工作點a、a、a連起來就是閉環系統的靜特性 。uunvvctg6tgu 時的機械特性1 minte(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ul下的機械特性和最小電壓ulmin下的機械特性是閉環系統靜特性左右兩邊的n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14 on f ui,t圖2.5異步電動機調壓調速系統的靜態結構圖第8頁圖中:vvc和觸發裝置gt的放大系數;_ u=_t -晶閘管交流調壓器s uctu 觸發裝置的控制電壓；cta =u n / n 為轉速反饋系數;u 測速發電機tg輸出的反饋電壓。n=()

15、轉速調節器asr采用pi調節器；n f u1?t是曲式(23)描述的異步電動機械特性方程，它是一個非線性函數。2.232近似的動態結構圖wfbs s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_w sasr常用pi調節器消除靜差并改善動特性，(如傳遞兩數心(2-4)ts(2) 晶閘管交流調壓器和觸發裝置 gt-vwgt假定該環節輸入輸出關系是線性的，在動態申冏營為一階慣性環節，其近似條件與 晶閘管觸發與整流裝置一樣。本環節傳遞函數可表示為：(2-5)tss 1(3) 測速反饋環節fbs考慮到反饋濾波的作用，傳遞函數為：fbsw st s 1(2

16、-6)on(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岀關系式不可能的。只有做岀一定的假設， 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。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血o3.1.1.1三相交流電源的建模和參

17、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* simulink library browser3.3所示連接即可o 回 s3 n fl<>raneslt>rary simpowersystems/electrical sourcessearch resurssimpow ersystems 匕 application ubranes ：+ electrical sources h elem

18、ents 卜 extra library 汁 machines卜 measurements $®<ac currentsourcebatterycontrolledvolt»g« souroeac wiycontrolled current sourodc voltagesouro*s3圖3.1 simulink中的電源模塊0 simulink library browserenter search termlibraries 1 simtvents 白“* simpowersystemsi* - application la>raries i ele

19、ctrical sources elements!申g extra ubr.ry； 卜 machinesmeasurementslibrary simpowersystems/etementssearch resuts (none>connection portdistributed parameters linegroundingtransformer圖3.2 simulink中的連接模塊第“頁圖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

20、)設置成0、頻率(frequency)設置為50h乙 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。vt1 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-v5-v6,其中 v1v3 v5 之間和 v4 v6-v2之間互差

21、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 q ；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 r： 1200 q ；緩沖器電容(subber capacitance c： 250 af。上圖是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

22、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佝。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， 具有特定的輸入和輸出關系。對于已經設計好的子系統而言，能夠像simulin

23、k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、191subsystem項，或者單擊edit-mask subsystem o這吋將出現圖中所示的封裝編輯器。 項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 editor:subsystem對話框，如圖3.5所示。使用此編輯器可以對

24、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 ro】。22不逶明圖標單位三2?封裝竭童器：subsystem養數昭化i文檔模塊框架叵i 圖標逶明度命令portlabel （指定端名稱portjabelcoutput1, ljxy?unmask取衲 幫助 應用圖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

25、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。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脈沖觸發器可叵)以從圖3.7所示的附加樓塊(extras control blocks)子楔塊組獲得。simulink library browserenter search termltorary simpowersystems

26、/extra library/control blocks searltorariesreaktime workshop re從time workshop em report generator robust control tootx)x signal processvig blocl simevents simpowersystemsprogra-mmable soyroebistablektonostsbleplledge detector* appbcation lt)rares一 electrical sources elements-卜 extra libraryi _i cont

27、rol blockson/off dels/pwm genefstocsynchronized & pulse genefstorsample & holdtimer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synchronized6-pulse generatorlalpha_degabub< 3in1bcpulsescablockout1圖3.8同步脈沖觸發器子系統uauboutucuct圖3.9同步脈沖觸發器封裝

28、后子系統符號第15頁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in2為脈沖器開 關信號，當脈沖器開關信號為“ 0”時，開放觸發器；為“ v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2. > tm 一 m >asynchrono

29、us machine si units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:繞線式轉子輸出屯壓端子，一般短接，而在鼠籠式屯機為此輸出端子;m:電機信號輸出端子，一般接屯機測試信號分配器觀測電機內部信號，或引出反饋信號2o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(squirrel cage)兩種類型。在本

30、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(synchronous)。在本文中選擇同步旋轉坐 標系(synchronous)；(3) 額定參數：額定功率p (kw)取30kw,線電壓vn (v)為380v,頻率f (赫茲) 為 50hz；(4) 定子電阻 rs (stator) (ohm)取 0.087q 和漏感 lis (h)取為 0.8mh；(5) 轉子電阻 r (rotor) (ohm)為 0.028q 和漏感

31、 lir ( h)取為 34.7mh；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 demux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,irc ；ir_qd：同步dq坐標下的q軸下的轉子電流ir_q和d軸下的轉子

32、電流ir_d； phir_qd：同步dq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dq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dq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dq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dq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 thetam3.1.2

33、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； 'n 300；上下限幅為400-0；其它沒做說明的為系統默認參數。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 blocks 141°斗 simulink library browserla 回 i 霸 plibranesli

34、xary smiuink/commonly used blocks found rof simuiokcommon數 used blocks一 cootmuousd»continutesottcrdel09c and bt operationslookup tablesmatti operstonsmodel venficationmodel*wde utltes-port! & subsy tterrn-signal attributessignal routingswssourcesuser-defined funebonsgamin1uogiqbl operatorow

35、t1bonl omfatordau type69tm» lnt«qrstorgrovnex > productsaturations 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

36、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:” simulink librarywowserlibra neslibrary: simuink extras/addtional lrearfound pidf addtnnal dscretef additional linearj pid lpid controllerstate-spaoe (wk th initial o

37、utp hfh simuink design verifier simuhnk extrassp,d(with approxitransfer fen (with initial outp 3.14 simulink extras/additional linear 模塊組在此仿真中，經過不斷地變化改動，最終確定轉速調節器為(1) 比例常數 k ( proportional )為 30；p(2) 積分吋間常數 k (integral)為300；(3) 微分時間常數k ( 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/common

38、ly used blocks模塊庫中，如圖3.13所示：限幅值的值設置為400-0 o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詢：最大值(upper limit): 400最小值(lower limit ) : 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"simulink parameters設置,3.15所示:點擊"simulink parameters"菜單后，得到仿真參數對話框，參數設置如圖ra

39、tion parameters: untitled/configuration (active)start tiae: 0. 0solver options-rp«：xax step sizemxn step size.陰奩交白iv&riable*kt«pautoautoautoxuateer of consecutive sin steps:tasking and sasple ti&e optionssolver:absolute tolerance:autoode23 i.&ocacki*shi2pinautoaatically handle

40、rate transition fox data transferhigher priority value indicates higher task priorityzero-crossing optionszero-croiiinc control:alcorithn:71&e tolerance:sunt er of comecutivt zero crossingi:sicnal threshofnck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

41、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 ode23so仿真開始實踐start time *般設為0, stop time根據實際需要而定，一般只要能夠仿4o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303.1.4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：3.16異步電動機調壓調速系統的仿真模型其中，轉速調節器的參數，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

42、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。然后根據輸出結果，觀察系統是否穩定，如果不 穩定，則繼續修改系統中的積分參數、比例參數等參數，直到系統穩定為止。系統有兩種輸出方式：“示波器”以及“ outt輸出模塊。本文采用示波器觀察輸岀 結果。運行結束后，只要在系統的模型圖上雙擊“示波器”圖標即可。通過“示波器” 模塊觀察仿真

43、輸出，貝i要對“示波器的“ limit data points to lastn的值要設的大一點， 否則” figure"數尺的圖形會不完整。一般情況下設置"limit data points to last"為500000, 本文也是如此。示波器數尺結果如下：圖3.17顯示為交流調壓調速系統的轉速曲線，圖 3.18為交 流調壓調速系統電子轉矩輸出，圖 3.19為交流調壓調速電路三相定子電流輸岀。第24頁圖3.18交流調壓調速電磁轉矩輸出圖3.19交流調壓調速電路三相定子電流輸出從上圖中系統的輸出，可以看出在開始啟動的瞬間，定子電流的峰值可達 450a, 在恒轉矩

44、啟動階段，定子電流基本上保持在150ao恒轉矩啟動階段的大約時間為 0.7s。在恒轉矩階段，轉矩保持在極限值300nm。速度約在0.9s時上升到最大值，在約1.9s 時達到穩態值，穩態時轉子角速度約為120rad/so最終可以得到如下結論：(1) 啟動階段大約時間為0.7s,系統反應速度比較快，上升時間比較短。(2) 利用轉速調節器的飽和特性，使得系統保持恒定最大允許電流，在盡可能短的時間內建立轉速，在退飽和實現速度的調節和實現系統的無靜差特性。(3) 由于采用pi調節器構成了轉速負反饋的無靜差系統，在負載變化和電網電壓波動等擾動情況下，保持系統的恒定輸出。(4) 由上圖可知，這個曲線結果和實

45、際電機運行的結果相似，系統的建模和仿真是成功的。4結論交流調壓調速系統具有線路簡單，價格便宜，使用維修方便等優點，所以在實際的工程中得到廣泛的應用。詳細研究了三相交流調壓電路，并通過matlab的simulink電力系統工具箱分別對其主電路和控制電路進行了建模和參數設置，最終 建立了異步電動機調壓調速系統仿真模型，根據輸出的仿真結果，簡單分析了該系統的 轉速輸出、電磁轉矩輸出以及三相定子電流輸出，驗證了交流調壓電路的工作原理以及 系統模型的正確性，為交流調速系統今后的發展及應用奠定了良好的理論基礎。在系統中，由于非線性環節線性化處理、近似處理、調節器的飽和非線性等因素導致了工程設計與性能要求有

46、差別，從而仿真出的波形不是很理想，抗擾性能不夠強等等缺點。所以在系統的仿真過程中必須經過大量的調試和參數的修改，才能得出超調量小、 抗干擾性能較好調壓調速系統。造成系統的工程設計方法與仿真實驗之間有差距的原因總結如下:(1) 工程設計方法在設計過程中做了很多近似的處理，而這些簡化處理要在一定的條件下才成立。(2) 仿真實驗在建模過程中忽略了非線性因素和次要因素。(3) matlab/simulink軟件是控制系統功能的完善，實現系統控制容易，構造模型簡單的強大的動態仿真工具。該方法經濟又方便，能大大縮短科研開發的速度, 提高開發效率，同時可以嘗試不同的控制方式，進行優化設計。參考文獻1 張少軍，杜金城交流調速原理及應用m北京：中國電力出版社，2003.2 李發海，王巖.電機與拖動基礎m 北京：清華大學出版社，2005.3 阮毅，