matlab完整版 三相闭环.docx

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matlab完整版三相闭环

三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统

1.系统仿真应用软件及其简介

三闭环错位选触无环流可逆直流调速系统仿真应用的软件是MATLAB7.0。

MATLAB是为了在科学研究和工程应用中，克服一般语言对大量数学运算，尤其是涉及矩阵运算时编制程序复杂、调试麻烦等困难，美国MathWorks公司于1967年构思并开发了矩阵实验室（MatriLaboratory’，MATLAB）软件包。

经过不断的更新和扩充，该公司于1984年推出了MATLAB的正式版，特别是1992年推出具有跨时代意义的MATLAB4.0版，并于1993年推出其微机版，以配合当时日益流行的MicrosoftWindows操作系统一起使用。

截止到2005年，该公司先后推出了MATLAB4.x，MATLAB5.x，MATLAB6.x，MATLAB7.xD等版本，该软件的应用范围越来越广。

常见的MATLAB工具箱有以下几种。

ControlSystemToolbox——控制系统工具箱

　　CommunicationToolbox——通讯工具箱

　　FinancialToolbox——财政金融工具箱

　　SystemIdentificationToolbox——系统辨识工具箱

　　FuzzyLogicToolbox——模糊逻辑工具箱

　Higher-OrderSpectralAnalysisToolbox——高阶谱分析工具箱

　　ImageProcessingToolbox——图象处理工具箱

　　computervisionsystemtoolbox----计算机视觉工具箱

　LMIControlToolbox——线性矩阵不等式工具箱

　　ModelpredictiveControlToolbox——模型预测控制工具箱

　　μ-AnalysisandSynthesisToolbox——μ分析工具箱

　　NeuralNetworkToolbox——神经网络工具箱

　　OptimizationToolbox——优化工具箱

　　PartialDifferentialToolbox——偏微分方程工具箱

　　RobustControlToolbox——鲁棒控制工具箱

　　SignalProcessingToolbox——信号处理工具箱

　　SplineToolbox——样条工具箱

　　StatisticsToolbox——统计工具箱

　　SymbolicMathToolbox——符号数学工具箱

　　SimulinkToolbox——动态仿真工具箱

　　WaveleToolbox——小波工具箱

　　DSPsystemtoolbox-----DSP处理工具箱

这里只重点介绍MATLAB在本系统中Simulink的仿真环境。

Simulink启动与运行界面

1.1主窗口界面

如图1-1所示

图1-1MATLAB主窗口界面

1.2菜单方式

在MATLAB主菜单中，选择File——New——Model命令，此时弹出新窗口模型，如图1-2所示。

图1-2MATLAB菜单方式

1.3命令方式

在MATLAB主窗口中点击

（simulink）,启动Simulink模块浏览窗口，本系统模块主要用到两个库，一个是Simulink，图1-3所示，另一个是SimPowerSystems，图1-4所示。

图1-3Simulink模块库浏览器窗口

图1-4SimPowerSystems模块库浏览器窗口

2．错位选触无环流可逆直流调速系统工作原理

错位选触无环流可逆系统是在错位控制的基础上，引入了逻辑控制系统，所谓选触就是逻辑控制，有了选触，可提高错位无环流系统的可靠性。

它的主回路由两组反向并联的三组全控整流桥组成，由于没有环流，两组全控整流桥之间省去限制环流的四个均衡电抗器，电动机的电枢回路中仅串联一个平波电抗器。

控制系统由“转速调节器”、“电流调节器”、“电压调节器”、“绝对值放大器”、“电流符号选择器”、“电压隔离器”、“选触选择器”、“转速反馈”和“零速封锁器”等组成，原理框图如图1-1所示。

错位选触无环流系统结构的特点是不需要复杂的逻辑控制器，不需要检测转矩极性及零电流，通常在转速和电流双闭环的基础上再设置了一个具有积分特性或惯性环节的“电压调节器”组成的电压内环、它缩小了反向时电压死区，加快系统切换过程，抑制电流断续等非线性因素，提高了系统的动、静态性能。

将两组反向并联整流桥的触发脉冲相位错开较远，当不工作（待逆变）的那一组整流桥的触发脉冲到来时，其晶闸管两端一直处于反阻断状态，无法导通。

系统中，只要满足α正+α反>300°，就可以保证系统无静态环流，同时借助于电压调节器和电流调节器的配合作用，在由一组整流桥工作过渡到另一组整流桥工作的动态过程中，使系统能准确地控制移相触发信号Ｕcｔ

　　的变化，以保证在电流衰减到零之前Ｕｃｔ有一定的数值，即逆变角不小于βｍｉｎ＝30°，直到断流以后，Ｕｃｔ才能继续减小，并且到零，这就起到了防止动态环流的作用，且在电流断续时还能有效的抑制系统的振荡。

因此错位选触无环流不需要其他强制手段，系统就可以既没有环流，也没有电流冲击，安全可靠的工作。

错位选触无环流系统只用一套触发电路装置，同时电压调节器输出的制电平信号并不直接控制移相触发电路，而是通过绝对值放大器和选择触发器去控制触发脉冲，无论电压调节器输出的极性如何，绝对值放大器的输出始终为正电压。

系统中电流反馈通过电流符号选择器使电流反馈信号始终与速度调节器输出极性相反，保证了电流的负反馈。

正向启动时，突加正给定，转速调节器的输入偏差为正，输出为负限幅，电流调节器的输入偏差为负，输出正限幅，电压调节器的输入偏差为正，输出为负限幅，该负信号一路输入到绝对值放大器，经绝对值变换后到触发电路，另一路进入触发选择器，使触发选择器的输出“3”端为“0”态，“5”端为“1”态，反桥功放不工作，Ulf为“0”态，正桥功放开通工作，触发电路产生的触发脉冲将通过正桥功放送到正桥晶闸管门极上，正桥处于整流状态，电动机正转。

若系统要求电动机从正转到反转稳定运转，则给定电压由正突变为负值，但转速来不及改变，则转速调节器的输入偏差为负，输出立即变为正的限幅值，电流调节器的输入偏差为正，其输出立即变为负的限幅值，电压调节器的输入偏差为负，其输出U0由负值向零变化，通过绝对值放大器使控制电压

Ｕcｔ迅速减小，将正桥从整流状态拉到逆变状态，进入本桥逆变工作状态。

当本桥逆变结束后进入他桥制动，电流调节器的输入偏差变负，输出从饱和值退出，数值很快减小，然后再增大，使晶闸管正桥变成待整流状态，反桥到逆变状态，使电动机在恒减速条件下回馈制动，把动能转换成电能，其中大部分通过晶闸管逆变回馈电网，当他桥逆变结束后，进入他桥整流，电动机反向启动，达到稳定工作状态。

图2-1错位选触无环流可逆直流调速系统原理图

2.错位选触无环流可逆直流调速系统的仿真

2.1调速系统的仿真模型图

图2-2错位选触无环流可逆直流调速系统的仿真模型

3.2系统的模块的选择

首先建立一个新的Simulink模型窗口，然后根据系统的描述选合适模

块增加至模型窗口中，建立的模型所需的模块如下：

（1）选择SimPowerSystem\ElectricalSource中的ACVoltageSource做为系统仿真的电源,选择其中的DCvoltageSource给直流电动机提供反向电源。

（2）选择SimPowerSystem\Machine中的DCMachineSwitch做为直流电动机。

（3）选择SimPowerSystem\ExtraLibaray\ControlBlocks中Synchrozed6-pulse

Generator做为同步六脉冲发生器。

（4）选择SimpowerSystem\PowerElectronics中UniversalBridge做为整流桥模块，选择其中的Diode做为二极管桥模块

（5）选择SimpowerSystem\Elements中的Ground做为接地模块，Conection

Port做为连接模块的工具。

选择其中的ParallelRlcBranch做为负载的模块。

（6）选择Simulink\CommonlyUsedBlocks中的Gain做为反馈系数模。

选择其中的Constant做为常数输入模块。

选择其中的Demux做为输出信号连接模块。

选择其中的In1做为模块信号输入。

选择Integrator做为1/S的模块，选择其中的Saturation做为限幅器模块。

选择其中Scope做为波形观察的模块。

选择其中的Sum做为加减的模块。

（7）选择Simulink\Continuous\Sinksz中的XYGraphy，做为波形观察的模块，

选择其中的Derivative做为du/dt的模块

3.3封装模块

（1）封装一个同步六脉冲的模块。

同步六脉冲触发器包含同步电源和六脉冲触发器两部分。

6脉冲触发器可以从附加控制（ExtrasControlBlocks）子模块组获得。

6脉冲触发器需要三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压。

同步电源与6脉冲触发器及封装后的子系统符号如图

图3-1同步电源与6脉冲触发器封装图

图3-2封装后的子系统符号

（2）封装一个PI控制的调节器

PI调节器包含的两个

图3-3PI调节器封装图

图3-4封装后的子系统符号

3.4模块参数的设置

1）主电路参数设置

主电路由交流电源、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等组成。

1>交流电源参数的设置

双击交流电源，出现图1-7窗口，Peakamplitude（V）代表的是交流电源的幅值，系统采用的是交流电压220V，所以填入220。

Phase（deg）代表的是交流电源的相位，本系统用三相电源作为输入，所以相位角依次输入值0、-120°、120°。

Frequency（Hz）代表交流电源的频率，填入50。

图3-5交流电源的参数设置

2>同步六脉冲参数的设置

同步六脉冲构成的模块中有六脉冲如下，双击该模块，出现图1-9的窗口在因为采取和交流电源相同的频率，所以该频率也为50Hz。

图3-6六脉冲模块

图3-7同步六脉冲参数设置

3>整流桥参数的设置

双击整流桥的模块，出现图1-11的窗口，参数设置如窗口所示

SunbberresistanceRs参数设置50000

SunbbercapacitanceCs参数设置inf

Ron参数设置1e-3

Lon参数设置0

Forwardvoltage参数设置0

图3-8整流桥模块图3-9整流桥参数设置

5>二极管参数设置

双击二极管模块出现如图1-13的窗口，参数设置如下

ResistanceRon参数设置1e-3

Inductance参数设置0

Forwardvoitage参数设置0.8

Initialcurrentlc参数设置0

Snubberresistance参数设置500

Snubbercapacitance参数设置inf

图3-10二极管模块

1

图3-11二极管参数的设置

6>平波电抗器参数设置

双击平波电抗器出现如图1-15的窗口，参数设置如下

R参数设置0

L参数设置1e-2

C参数设置inf

图3-12平波电抗器模块

图3-13平波电抗器参数设置

7>直流电动机参数设置

双击直流电动机模块，出现1-17窗口，参数设置如下

Armatureresistanceandinductance参数设置[0.60.012]

Fieldresistanceandinductance参数设置[240120]

Field-armaturemutualinductancelaf参数设置1.8

TotalinertiaJ参数设置1

ViscousfrictioncoefficientBm参数设置0

CoulombfrictiontorqueTf参数设置0

Initialspeed参数设置1

图3-14直流电动机模块

图3-15直流电动机参数设置

2）控制电路参数设置

错位选触无环流可逆直流调速系统控制电路包含给定环节、速度调节器、电流调节器、电流变化率调节器、限幅器、偏置电路、反相器、电路反馈环节、电流变化率反馈环节、速度反馈环节等。

1>调节器参数设置

ASR速度调节器是PI调节器模块中的一个，模块中有如1-18图限幅器，双击限幅器，出现图1-19的窗口，该窗口即为调节幅度上下限的参数输入口。

ACR、ADR调节器参数设置与此一样，不再说明。

ASR速度调节器参数设置kpi=1.2ki=10上下限幅值[40,-40]

ACR电流调节器参数设置kpi=3ki=5上下限幅值[30,-40]

ADR电流变化率调节器参数设置kpi=0.1ki=200，上下限幅值[1e5，-1e5]

2>给定环节参数设置为120rad/s，电流反馈系数设为0.1，转速反馈系数设为1

图3-16幅度调节器的模型图3-17幅度调节器的参数设置

图3-18ASR速度调节器参数设置

4.系统仿真参数设置

在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，进行“simulationParameters”设置,如图1-21所示。

仿真中所选择的算法为ode23tb；仿真“starttime”设为0，“stoptime”设为2.5，如图1-22所示。

图4-1仿真参数设置

图4-2仿真参数设置对话框及参数设置

5.仿真结果

图4-3仿真结果图

6.仿真结果分析

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，电流上很快上升，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，电流基本不变，拖动系统恒加速，转速线性增长。

第三阶段，当转速达到给定值后，转速调节器的给定电压与反馈电压平衡，输入偏差为零，但是由于积分的作用，其输出还是很大，所以出现超调。

转速超调后，ASR输入端出现偏差电压，使他退出了饱和状态，进入线性调节阶段，使其速度保持恒定，实际仿真结果反映了这点。