十机架连轧分部传动直流调速系统的设计.docx

1、交直流调速系统课程设计指导书一、 课程设计大纲适用专业：电气自动化、电气工程及其自动化总学时：1周1.课程设计的目的课程设计室本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过度到实践的桥梁作用。因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的：（1）通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程设计方面的基本知识、基础理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。（2）通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和

2、实际查阅相关设计资料能力的目的。（3）通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。2.课程设计的要求（1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。（2）要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。（3）要求会查阅有关参考资料和手册等。（4）要求学会选择有关元件和参数。（5）要求学会绘制有关电气系统图和编制元件明细表。（6）要求学会编写设计说明书。3.课程设计的程序和内容（1）学生分组、布置题

3、目。首先将学生按学习成绩、工作能力和平时表现分成若干小组，每小组按优、中、差合理搭配，然后下达课程设计任务书，原则上每小组一个题目。 （2）熟悉题目、收集资料。设计开始，每个学生应按教师下达的具体题目，充分了解技术要求，明确设计任务，收集相关资料，包括参考书、手册和图表等，为设计工作做好准备。（3）总体设计。正确选定系统方案，认真画出系统总体结构框图。（4）主电路设计。按选定的系统方案，确定系统主电路形式，画出主电路及相关保护、操作电路原理图，并完成主电路的元件计算和选择任务。（5）控制电路设计。按规定的技术要求，确定系统闭环结构和调节器形式，画出系统控制电路原理图，选定检测元件和反馈系数，计

4、算调节器参数并选择相关元件。（6）校核整个系统设计，编制元件明细表。（7）绘制正规系统原理图，整理编写课程设计说明书。4.课程设计说明书的内容（1）题目及技术要求；（2）系统方案和总体结构；（3）系统工作原理简介；（4）具体设计说明：包括主电路和控制电路等；（5）设计评述； （6）元件明细表； （7）系统原理图：A1或A2图纸一张。5.课程设计的成绩考核教师通过课程设计答辩、审阅课程设计说明书和学生平时课程设计的工作表现评定每个学生的课程设计成绩，一般可分为优秀、良好、中等、及格和不及格五等，也可采用百分制相应记分。二、 课程设计任务书为了便于教师组织课程设计，下面给出一个交直流调速系统课程设

5、计参考课题，各校也可以根据实际情况自行选题。（一）设计题目和设计要求1.题目名称：十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成的10个部分，各部分电动机参数如表1：表1 十机架连轧机的机架机架序号电机型号Pn

6、(kW)Un(V)In(A)nn(r/min)Ra()P极对数1Z2-926223029114500.268.6012Z2-914823020914500.358.0213Z2-823523015214500.431.3614Z2-812623011314500.527.4415Z2-721923082.5514500.711.7616Z2-71142306114500.89.817Z2-621123047.814500.96.3918Z2-618.52303714501.05.4919Z2-52623026.114501.13.92110Z2-514.223018.2514501.23.43

7、12.技术数据（1）电枢回路总电阻取；总飞轮力矩。（2）其他参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。 （3）要求：调速范围,静差率；稳态无静差，电流超调量，电流脉动系数；启动到额定转速时的转速退饱和超调量。（4）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 （5）要求触发脉冲有故障封锁能力。 （6）要求对拖动系统设计给定积分器。（二）设计的内容1.调速的方案选择（1）直流电动机的选择（根据上表按小组顺序选择电动机型号）。 （2）电动机供电方案选择（要求通过方案比较后，采用晶闸管三相全控桥变流器供电方案）。 （3）系统的结构选择（要求通过方案比较后，采用转速电流双闭环系统结

8、构）。 （4）确定直流调速系统的总体结构框图。2.主电路的计算（可参考“电力电子技术”中有关主电路计算的章节）（1）整流变压器计算。二次侧电压计算；一、二次侧电流的计算；容量的计算。 （2）晶闸管元件的选择。晶闸管的额定电压、电流计算。 （3）晶闸管保护环节的计算。交流侧过电压保护；阻容保护、压敏电阻保护计算；直流侧过电压保护；晶闸管及整流二极管两端的过电压保护；过电流保护；交流侧快速熔断器的选择；与元件串联的快速熔断的选择；直流侧快速熔断器的选择。（4）平波电抗器计算3.触发电路的选择与校验（可参考“电力电子技术”中有关触发电路的章节）触发电路的种类较多，可直接选用，触发电路中元件参数可参照

9、有关电路进行选用，一般不用重新计算。最后只需要根据主电路选用的晶闸管对脉冲输出级进行校验，只要输出脉冲功率满足要求即可。4. 控制电路设计计算主要包括：给定电源和给定环节的设计计算、转速检测环节和电流检测环节的设计与计算、调速系统的静态参数计算（可参照本教材第一章有关内容）等。5. 双闭环直流调速系统的动态设计主要设计转速调节器和电流调节器，可参阅教材第二章中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关内容。（三）系统的计算仿真对所设计的系统进行计算机仿真实验，即可用面向传递函数的MATLAB仿真方法，也可用面向电气系统报告原理结构图的MATLAB仿真方法。（四）设计提交的成果材料（1）设计说

10、明书一份，与任务书一并装订成册； （2）直流调速系统电气原理总图一份（用1号或2号图纸绘制）； （3）仿真模型和仿真结果清单。摘 要根据交直流调速系统课程设计任务书的基本要求，针对十机架连轧分部传动直流调速系统进行的设计。调速系统采用双闭环直流调速原理对系统进行设计，根据系统的动、静态性能指标采用工程设计方法设计调节器的参数，设计过程中按照经典控制的基本要求，对控制系统的给定、比较与放大、触发器和整流器装置、速度电流检测反馈以及直流电动机等环节进行设计。选择电机Z2-51型电机，根据调速范围,静差率；稳态无静差，电流超调量，电流脉动系数；启动到额定转速时的转速退饱和超调量等要求，对调速的方案选

11、择，主电路的计算，触发电路的选择，控制电路设计计算，双闭环直流调速系统的动态设计分别进行设计。进行总体设计后，运用MATLAB_R2013b的simulink和power system工具箱、面向系统电气原理结构图的仿真方法进行仿真，仿真实现了转速电流双闭环直流调速系统的建模与仿真，仿真结果是电流、速度曲线波形图，通过波形图来识别系统的稳定性以及是否满足设计的要求.仿真结论论证了所设计的系统的基本设计指标达到了基本设计课题要求。关键词：十机架连轧系统；直流调速系统；双闭环；工程设计；MATLAB仿真ABSTRACTAccording to the basic requirements of A

12、C and DC speed control system course design task book, aimed at the design of the ten stand continuous rolling of section drive DC speed regulating system. On the system design principle of double closed loop DC speed control by variable speed system. According to the systems dynamic, static perform

13、ance indexes by the engineering design method of the design of the regulator parameters. In the process of design in accordance with the basic requirements of classical control, for a given, the control system design and comparison feedback, DC motor and other sectors.Select the motor of the Z2-51 t

14、ype motor. According to the speed range, static slip; the steady state error, current over shoot , the current ripple coefficient. Start to the rated speed when speed of fading saturation overshoot requirements, selection of speed regulation scheme, calculation of the main circuit, the trigger circu

15、it selection, control circuit design and calculation, the dynamic design of double loop DC speed regulating system are designed.For the overall design, using Simulink and power system toolbox of MATLAB_R2013b system. Simulation under the electrical schematic diagram of the simulation method, Simulat

16、ion succeed in Simulation modeling and simulation result is current, speed curve diagram, by the waveform diagram to identify the stability of the system and meets the design requirements.The simulation conclusion demonstrates the basic design index of the designed system meets the basic requirement

17、s of the design issues. Key words: The ten stand continuous rolling system; Direct Current Governor System; double closed loop; engineering; MATLAB simulation目 录1 转速电流双闭环直流调速系统总体设计方案11.1 普通闭环直流调速系统及其存在的问题11.2 转速电流双闭环直流调速系统的提出11.3 转速电流双闭环直流调速系统的特点11.4 设计参数的选择22 转速电流双闭环直流调速系统主电路的设计32.1 变压器的参数计算及选型32.2

18、 主电路结构选择42.3 晶闸管的额定参数计算42.4 平波电抗器的参数计算52.5 整流装置的保护52.6 晶闸管的触发电路的选择83 转速电流双闭环直流调速系统控制电路设计93.1 控制电路的结构选择93.2 基本的参数计算103.3 电流环的设计113.4 速度环的设计134 双闭环调速系统的MATLAB仿真154.1 主电路的建模和模型参数设置154.2 控制电路的建模与仿真185 MATLAB仿真分析与展望20结束语22致 谢23参考文献24名细表251 转速电流双闭环直流调速系统总体设计方案1.1 普通闭环直流调速系统及其存在的问题（1）起动的冲击电流-直流电动机全电压起动时，如果

19、没有限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。（2）闭环调速系统突加给定起动的冲击电流-采用转速负反馈的闭环调速系统突然加上给定电压时，由于惯性，转速不可能立即建立起来，反馈电压仍为零，相当于偏差电压，差不多是其稳态工作值的 1+k 倍。这时，由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压一下子就达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，当然是不允许的。（3）堵转电流-有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如，由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬的石块等等。由于闭环系统的静特性很硬，若无限流环节，硬干下去，电流将远远超过

20、允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。1.2 转速电流双闭环直流调速系统的提出采用PI调节器、带电流截止环节的转速负反馈调速系统，既实现了系统的稳定运行和无静差调速，有限制了启动时的最大电流。这对一般要求不太高的调速系统，已基本上满足要求了。但由于电流截止负反馈只能限制最大启动电流，而不能保证在整个启动过程中维持最大电流，随着转速的上升，电动机反电动势增加，使得启动电流到达最大值后又迅速降下来，电磁转矩也随之减小必然影响启动的快速性。为了实现理想的启动过程工程上常采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环其主要作用，调节

21、启动电流保持最大值，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环其主要作用，使转速随转速给定的电压变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。1.3 转速电流双闭环直流调速系统的特点双闭环直流调速系统启动过程有3个特点：1 饱和非线性控制当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的但闭环系统。当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差系统，而电流内环则表现为电流随动系统。2 准时间最优控制在恒流升速阶段，系统电流为允许最大值，并保持恒定，使系统最快启动，即在电流受限制条件下使系统最短时间内启动。3 转速超调由于PI调节器的特性，只有使转速超

22、调，才能使ASR退出饱和。所以采用PI调节器的双闭环直流调速系统的转速动态响应必然有超调。1.4 设计参数的选择（1）电机的参数选择直流他励电动机：功率PN4.2KW，额定电压UN=230V，额定电流IN=18.25A,磁极对数P=1，nN=1450r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=1.2,主电路总电阻R2.4，电压放大系数 Ks=40，系统运动部分的飞轮惯量。（2）测速发电机永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min（3）调速指标调速范围D=10，转差率S5%2 转速电流双闭环直流调速系统主电路的设计2.1 变压器的参数计算及选型（1）整流变压器二次

23、侧电压计算整流变压器二次侧电压计算公式：U2=（11.2） 查表知，三相全控桥式整流电压的计算系数KUV=2.34，电网电压波动系数b=0.900.95，查表知角，考虑10裕量，故cosmin=0.985,由电机参数可知UN=230V,代入公式计算出U2U2=(11.2) =110.9133.08V (2-1)取U2=120V,变比K=1.83 (2-2)(2) 一次、二次侧电流计算一次侧电流：= 考虑变压器自身的励磁电流时，应乘以1.05左右的系数，查表知，一次相电流计算系数KIL=0.816，由电机参数可知=18.25A,代入公式计算出=8.54A (2-3)二次侧电流：I2=KIVIdN

24、 查表知，二次相电流计算系数KIV=0.816，一般取整流器额定直流电流ID=IN，由电机参数知IN=18.25A,代入公式算出I2=0.81618.25=14.89A (2-4)(3)变压器容量的计算变压器一次、二次绕组相数m1=m2=3一次容量：S1=m1U1I1 =32208.54=5.63KVA (2-5)二次容量：S2=m2U2I2=312014.89=5.36KVA (2-6)平均电容：S=(5.63+5.36)/2=5.50KVA (2-7)因此整流变压器选择S11-6KVA型变压器2.2 主电路结构选择 如图2，本设计采用桥式整流电路，其主要特点如下：输出电压高，纹波电压小，管

25、子所承受的最大反向电压较低，电源变压器充分利用，效率高。晶闸管的导通顺序依次为VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。图2 三相桥式全控整流电路2.3 晶闸管的额定参数计算晶闸管的选择主要是根据整流器的运行条件，计算晶闸管电压、电流值，选出晶闸管的型号规格，在工频整流装置中一般选择KP型普通晶闸管，其主要参数为额定电压、额定电流值。(1)额定电压UTN的选择，应考虑下列因素。a 分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。b 考虑实际情况，系统应留有足够的裕量，通常可考虑23倍的安全裕量，按下列公式计算，即 UTN=（23）KUTU2=(23) 2.45120=588882V (2-8)

26、查表知，晶闸管的电压计算系数KUT=2.45。(2)额定电流IT(AV)的选择，晶闸管是一种过载能力较小的元件，选择额定电流时，应留有足够的裕量，通常考虑选择1.52倍的安全裕量。按下列公式计算，即IT(AV)=2KITIdmin=20.36718.251.5=20.09A (2-9)可知应选择型号为KP240-10的晶闸管2.4 平波电抗器的参数计算晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的，为了限制整流电流的脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。1.电动机电枢电感1000=16.63Mh (2-10)对于快速无补偿电动机取8，磁极对数p=2。2.变压器电感

27、为1000= =1.28mH (2-11)式中=0.05。3.平波电抗器的选择。维持电流连续时的为 (2-12)-(21.28+16.63)=64.84(mH)式中，。4.限制电流的脉动系数=10%时，值为 (2-13) 1.045120/(0.118.25)-19.19=8.62-19.19=49.52（mH）取两者中较大的，故选用平波电抗器的电感为64.84mH时，电流连续和脉动要求能同时满足。实际确定平波电抗器的型号为PBK-1型平波电抗器。2.5 整流装置的保护晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流

28、保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。（1）交流侧过电压保护措施A.阻容吸收保护 即在变压器二次侧并联电阻R()和电容C（uf）的串联支路进行保护，对于大电容的的晶闸管装置，采用图3所示的接法图3 交流侧阻容吸收保护电容值 C6Iem(uf)=60.15.5/1202=0.229uf (2-14)式中S-变压器容量（KVA）； U2-变压器二次相电压有效值（V）；Iem-变压器励磁电流百分数，对于10100KVA的变压器，一般为10%4%；电阻值 RC=5U21/I21=5120/14.89=40.30 (2-15)B.非线性电阻保护方式非线性电阻保护方式主要硒堆和压敏电阻

29、的过电压保护。压敏电阻的标称电压 U1Ma=1.3U=1.3120=220.6V (2-16)式中 U-压敏电阻两端正常工作电压有效值（V）。选MY31-330/5型压敏电阻。C.直流侧过电压保护 直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响系统的快速性，并造成di/dt加大，一般只用压敏电阻作过压保护。压敏电阻的标称电压 U1Ma（1.82）=（1.82）2.34120=414460V (2-17)选MY31-440/5型压敏电阻(2)晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 为了抑制晶闸管的关断过电压，通常采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，阻容保护元件参数可以根据查经验

30、数据表得到。表2 阻容保护的原件参数晶闸管额定电流102050100200500100电容（uf）0.10.150.20.250.511电阻（）1008040201052(3)过电流保护 快速熔断器是最简单有效的过电流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在发生短路后，熔断时间小于20毫秒，能保证在晶闸管损坏之前自身熔断，避免过电流损坏晶闸管，图4接法对过电流保护最有效。所以快速熔断器的型号为RLS-160图4 快速熔断器的安装方法(4) 电压和电流上升率的限制 不同规格的晶闸管对最大的电压上升率及电流上升率有相应的规定，当超过其规定的值时，会使晶闸管误导通。限制电压及电流变化率的方

31、法有 A交流进线电抗器限制措施，交流进线电抗器LB的计算公式为 LB= =102.65H (2-18)式中 交流器输出额定电流IdN，电源频率f,变压器二次相电压U2B在桥臂上串联空心电感，电感值取2030H为宜。C在功率较大或频率较高的逆变电路中，接入桥臂电感后，会使换流时间增长，影响正常工作，而经常采用将几只铁氧磁环套在桥臂导线上，使桥臂电感在小电流时磁环不饱和，电感量大，达到限制电压上升率和电流上升率的目的，还可以缩短晶闸管的关断时间。2.6 晶闸管的触发电路的选择图5给出了常见的三相桥式全控整流电路的晶闸管的触发电路。对于三相全控整流或调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔60。本设

32、计采用三相同步绝对式触发方式。根据单相同步信号的上升沿和下降沿，形成两个同步点，分别发出两个相位互差180的触发脉冲。然后由分属三相的此种电路组成脉冲形成单元输出6路脉冲，再经补脉冲形成及分配单元形成补脉冲并按顺序输出6路脉冲。本设计课题是三相全桥控桥整流电路中有六个晶闸管，触发顺序依次为：VT1VT2VT3VT4VT5VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6个触发脉冲相位依次相差60O，可以选用3个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大，就可以构成三相全控桥整流电路的集成触发电路如图5。图5 三相桥式全控整流电路的集成触发控制电路3 转速电流双

33、闭环直流调速系统控制电路设计3.1 控制电路的结构选择图6所示是一个转速电流双闭环无静差的直流调速系统。图6 双闭环直流调速系统原理图为了获得良好的静动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI 调节器。图7中标出了两个调节器的输入输出的实际极性，他们是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图7为双闭环调速系统的稳态结构图。图7为双闭环调速系统的稳态结构图。ACR和ASR的输入、输出信号的极性，主要视触发电路对控制电压的要求而定。若触发器要求ACR的输出Uct为正极性，由于调节器一般为反向输入，则要求ACR的输入Ui*为负极性，所以，要求ASR输入

34、的给定电压Un*为正极性。本文基于这种思想进行ASR和ACR设计。图7 双闭环调速系统稳态结构图图8 双闭环调速系统动态结构图3.2 基本的参数计算（1）测速发电机的选择 有电机参数可知选用的直流测速发电机的参数有:额定电压ETG=40V,nTG=2000r/min 负载电阻RTG=2K的电位器。由于主电动机的额定转速为1450r/min ,因此，测速发电机发出最高电压为29V，给定电源15V,只要适当取反馈系数，即可满足系统要求。（2）转速负反馈环节 设转速反馈滤波时间常数：Ton=0.01s,则转速反馈系数 =Un*/nN=15/1450=0.01Vmin/r (3-1)（3）电流负反馈环

35、节 设电流反馈滤波时间常数：Toi=0.02s,则电流反馈系数=0.05V/A (3-2)(4)调速系统的静态参数 电动机电动势常数 ：Ce= =0.144 (3-3)额定负载时的稳态速降应为: (3-4) 开环系统额定速降: (3-5) 闭环系统的开环放大系数 （3-6） 5）其他参数的确定晶闸管装置放大系数：；设电磁时间常数；机电常数；设电流反馈滤波时间常数：设转速反馈滤波时间常数：3.3 电流环的设计（1）整流装置滞后时间常数，三相桥式电路的平均失控时间。（2）电流环小时间常数， = 0.0037s。根据设计要求：，而且8.1因此，电流环可以按照典型的I型系统设计。（3）电流调节器的结构

36、选择电流调节器选用PI型，其传递函数为 （3-7）（4）选择电流调节器参数ACR超前时间常数：；电流环开环增益：因要求，故应取，因此 （3-8）于是，ACR的比例系数为 = （3-9）（5）计算电流调节器的电路参数电流调节器原理图如图9所示，按所用运算方放大器，取= 40K，各电阻和电容值计算如下：取312K （3-10）,取0.096uf （3-11）,取0.2uf （3-12）图9 电流调节器电路图（6）校验近似条件电流环截止频率校验晶闸管装置传递函数的近似条件是否满足。因为，所以不满足近视条件。校验忽略反电动势对电流环影响的近似条件是否满足。现在，满足近似条件。校验小时常数的近似处理是否

37、满足条件。现在，满足近似条件。3.4 速度环的设计（1）确定时间常数电流环等效时间为2；转速滤波时间常数，根据所用测速发电机纹波情况，取；转速环小时间，按小时间常数近似处理，取。（2）确定将转速环设计成何种典型系统由于设计要求转速无静差，转速调节器必须含有积分环节；又根据动态设计要求，应按典型II型系统设计转速环。（3）转速调速器的结构选择转速调节器选用PI型，其传递函数为 （3-13）（4）选择转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则取h = 5，则ASR超前时间常数： （3-14）转速环开环增益： （3-15）ASR的比例系数为: （3-16）（5）计算转速调节器的电路参数转速调节器原理

38、图如图10所示，按所用运算放大器，取= 40k，各电阻和电容计算值如下：取115K （3-17）,取0.8uf （3-18）,取1uf （3-19）（6）校验近似条件转速环截止频率电流环传递函数简化条件为，满足条件。 转速环小时间常数近似处理条件为：，满足近似条件。图10 转速调节器电路图4 双闭环调速系统的MATLAB仿真目前，使用MATLAB对控制系统的进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用Simulink工具箱对其进行计算机的仿真的研究。本次设计采用的是使用MATLAB中SimPower System工具箱进行调速系统的仿真，这是一种面向控制系统的电气原理结构图。从

39、原理结构图来看，该系统由给定环节、速度调节器、电流调节器、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机、速度反馈环节等部分组成。4.1 主电路的建模和模型参数设置直流调速系统的主电路是有三相对称交流的电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机部分等组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路进行建模。（1）三相对称交流电压源的建模和参数设置；为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下：首先在模块组中选取一个交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电压源的另外两个电压源模块；双击A相交流电压源图标，打开电压源参

40、数设置对话框，参数设置有，幅值取220V，初相位设置为0、频率设置为50Hz、其他为默认值；B、C相交流电源设置方法相同，但是初相位设置互差120，本模型的相序是A-C-B。如图11为A相电源的参数设置。图11 A相电源的参数设置(2)晶闸管整流桥的建模和参数设置；首先要选取出相应的电路模块。然后双击模块图标打开设置对话框；设置三相整流桥时，桥臂数取3；电力电子元件选取晶闸管，仿真理想就为默认值，不理想再优化参数。如图12为晶闸管整流桥的参数设置。图12晶闸管整流桥的参数设置。 (3)平波电抗器的建模和参数设置；平波电抗器的类型直接选择为电感即可，电感的大小可以通过仿真进行优化。如图13为平波

41、电抗器的参数设置。图13 平波电抗器的参数设置(4)直流电动机的建模和参数设置；选取好直流电动机的模块后，进入参数设置对话框后，将电压参数设置为220V；设置的原则与晶闸管整流桥相同。图14为直流电动机的参数设置图14 直流电动机的参数设置(5)脉冲触发器的建模和参数设置通常，工程上将触发器和晶闸管整流桥作为一个整体来研究，同步脉冲触发器包括同步电源和6个脉冲触发器两部分。6个脉冲触发器需用三相电压同步，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。图15为脉冲触发器的参数设置。图15 脉冲触发器的参数设置4.2 控制电路的建模与仿真转速、电流双闭环无静差调速系统的控制电路有给定环节

42、、速度调节器、电流调节器、限幅器、偏置电路、反向器、电流反馈环节等组成。打给定模块设置对话框，将参数设置为某个值，在实际调速时，给定信号是在一定范围内变化的。其他模块设置比较简单。可以根据先前计算等到的数据进行填写。图16为双闭环转速、电流调速系统的仿真图。图16 双闭环转速、电流调速系统的仿真图（1） 电流调节器的建模和参数设置；如图17所示。图17 电流调节参数设置（2） 速度调节器的建模和参数设置；如图18所示。图18 速度调节器的参数设置5 MATLAB仿真分析与展望仿真结果及分析；图19是matlab的仿真的速度电流波形图。图19 转速电流波形图此次仿真所使用的电脑：惠普HP ProBook 4321s，Intel（R）Core（TM）i3 CPU M330 2.13GHz电机启动的过程可分为3个过程：IdIdl，dn/dt0时，n升速； IdIdl，dn/dt0时，n降速；