基于matlabsimulink的凸極同步電機(jī)建模與仿真---電源模塊、abcdq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器模塊、控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　基于MATLAB/SIMULINK的凸極同步電機(jī)建模與仿真---電源模塊、abc/dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器模塊、控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p>

2、<p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b

3、>　　摘 要</b></p><p>　　眾所周知，電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)。對(duì)非線性系統(tǒng)中的混沌和分支現(xiàn)象的研究是當(dāng)前非線性科學(xué)研究的熱點(diǎn)，在理論上、計(jì)算機(jī)仿真以及實(shí)驗(yàn)上都有了一些研究成果，提出了一些方法。在開始本設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)同步電機(jī)的工作原理以及MATLAB/SIMULINK工程軟件建模的一般流程都能夠熟練的掌握。本設(shè)計(jì)采用了同步電機(jī)中的凸極機(jī)，開始的時(shí)候，對(duì)仿真系統(tǒng)

4、總體設(shè)計(jì)方案的確定，依次對(duì)電源模塊，abc/dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器模塊以及控制系統(tǒng)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。在不考慮一些使算法變得較為復(fù)雜的因素后，對(duì)其內(nèi)部電流、電壓、磁通及轉(zhuǎn)矩的相互關(guān)系進(jìn)行一系列的定量分析，并建立了簡化的數(shù)學(xué)模型。在使用MATLAB中用于仿真模擬系統(tǒng)的SIMULINK對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)行仿真，在經(jīng)歷了一開始的振蕩后，會(huì)輸出相對(duì)輸出較穩(wěn)定的時(shí)間響應(yīng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：同步電機(jī)，模塊，MATLAB/SIMULI

5、NK，仿真。</p><p>　　Based on MATLAB/SIMULINK salient pole synchronous motor of modeling and simulation --- the power modules, abc/dq coordinates converter module, control system module design</p><p>

6、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　As is known to all, the mathematical model is more electrical variable, strongly coupled nonlinear system. In nonlinear system of the chaos and branch phenomenon is th

7、e current study hotspot in nonlinear science, in theory, computer simulation and experiment have some research results, this paper puts forward some methods. At the start of this design, first of synchronous motor before

8、 the working principle and MATLAB/SIMULINK engineering software modeling the general flow of can manipulate. The </p><p>　　Keywords: synchronous machine，module, MATLAB/SIMULINK, simulation.</p><p&

9、gt;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來源1</p><p>　　1.2課題的意義

10、2</p><p>　　1.3仿真與仿真軟件的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述3</p><p>　　1.3.2 系統(tǒng)仿真軟件的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.3 MATLAB概述5</p><p>　　1.3.4 SIMULINK概述6</p>&l

11、t;p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容7</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1理想同步機(jī)假設(shè)8</p><p>　　2.2 abc/dq模型的建立8</p><p>　　2.3仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.3.1總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)象12</p&g

12、t;<p>　　2.3.2總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分塊14</p><p>　　2.3.3控制反饋環(huán)節(jié)16</p><p>　　3仿真系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2具體設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.2.1 電源模塊19</p>&l

13、t;p>　　3.2.2 abc/dq轉(zhuǎn)換器20</p><p>　　3.2.3控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.2.4電機(jī)模塊23</p><p>　　3.2.5控制反饋環(huán)節(jié)23</p><p>　　4系統(tǒng)仿真運(yùn)行24</p><p><b>　　結(jié)論28</b>&l

14、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致謝31</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　電機(jī)是一種機(jī)電

15、能量轉(zhuǎn)換或信號(hào)轉(zhuǎn)換的電磁機(jī)械裝置。就能量轉(zhuǎn)換的功能來看，電機(jī)可分為發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩大類。發(fā)電機(jī)用以把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，在發(fā)電站中，通過原動(dòng)機(jī)先把各類一次能源蘊(yùn)藏的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后通過發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)輸、配電網(wǎng)絡(luò)送往各種場(chǎng)合供公眾使用。電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，用來驅(qū)動(dòng)各種用途的生產(chǎn)機(jī)械和裝置，滿足不同地方的需求。在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)是生產(chǎn)電能的主要設(shè)備；變壓器是變電站輸、配電線路中對(duì)電壓進(jìn)行變換的主要設(shè)備；在機(jī)械、冶

16、金、紡織、煤炭、石油、化工、交通運(yùn)輸和家用電器等行業(yè)中，電動(dòng)機(jī)是各種生產(chǎn)機(jī)械的主要?jiǎng)恿υO(shè)備；在國防和民用的各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，控制電機(jī)是重要和不可缺少的元件。</p><p>　　經(jīng)過50年的努力，從仿制階段到自行設(shè)計(jì)階段一直到研究、創(chuàng)新階段，我國已經(jīng)建立起自己的電機(jī)工業(yè)體系，有了統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品系列，建立了全國性的研究實(shí)驗(yàn)基地和工程技術(shù)人員隊(duì)伍。在中、小型和微型電機(jī)方面，已開發(fā)25個(gè)系列、上千個(gè)品種、幾千個(gè)

17、規(guī)格的各種電機(jī)。在特殊電機(jī)方面，隨著新的永磁材料的出現(xiàn)，制成了許多高效節(jié)能、維護(hù)簡單的永磁電機(jī)。由于電機(jī)和電力電子裝置、單片微型計(jì)算機(jī)相結(jié)合，出現(xiàn)了各種性能的“一體化電機(jī)”。</p><p>　　同步電機(jī)是一種常用的交流電機(jī)。若電網(wǎng)的頻率不變，則穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒為常值而與負(fù)載的大小無關(guān)。從原理上看，同步電機(jī)既可以作為發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)或補(bǔ)償機(jī)?，F(xiàn)代水電站、火電站和核電站中的交流發(fā)電機(jī)幾乎全部都是同步

18、發(fā)電機(jī)，在工礦企業(yè)和電力系統(tǒng)中，同步電動(dòng)機(jī)和補(bǔ)償機(jī)用得同樣也不少。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　工廠自動(dòng)化的不斷完善是過去幾十年中世界工業(yè)進(jìn)步的一個(gè)重要因素。在上個(gè)世紀(jì)70年代初，席卷全球世界先進(jìn)工業(yè)國家的石油危機(jī)，迫使他們投入大量人力和財(cái)力去研究高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，期望來節(jié)約能源。經(jīng)過十年左右的努力，到了80年代，高性

19、能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比例逐年上升，能源危機(jī)從而得以緩解。此后，高性能交流電機(jī)的研究從未再停止過。電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)。在理論上，計(jì)算機(jī)仿真以及實(shí)驗(yàn)中都能夠有一些研究成果，并提出了一些方法。但要從理論上研究一個(gè)非線性動(dòng)力系統(tǒng)比較困難，因此我們?cè)诒３制鋭?dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上將其簡化。要簡化一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)有兩條途徑：一是消除非線性，二是減少系數(shù)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中使用MATLAB中的SI

20、MULINK使用工具來輔助設(shè)計(jì)，由于它可以構(gòu)建被控系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，直觀迅速觀察各點(diǎn)波形，因此調(diào)速系統(tǒng)性能的完善可以通過反復(fù)修改其動(dòng)態(tài)模型來完成，而不必對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行反復(fù)拆裝調(diào)試。MATLAB中的動(dòng)態(tài)建模、仿真工具SIMULINK具有模塊組態(tài)方便，性能分析直觀等優(yōu)點(diǎn)，可縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，也可以給教學(xué)提供了虛擬的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。因此研究該課題具有實(shí)際意義。</p><p>　　同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率嚴(yán)格保持同步，只要

21、電源頻率保持恒定，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就不變。電鐘和記錄儀表的定時(shí)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及大型同步電動(dòng)機(jī)直流發(fā)電機(jī)組無不利用了轉(zhuǎn)速恒定的特點(diǎn)。同步電動(dòng)機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以控制勵(lì)磁來調(diào)節(jié)功率因數(shù)，功率因數(shù)可提高到1.0或者更高。自從電力電子變頻技術(shù)蓬勃發(fā)展以后，情況就完全改變了。采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制后，同步電動(dòng)機(jī)也進(jìn)入了調(diào)速電機(jī)的大家庭。阻礙到同步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用的問題已經(jīng)得到了有效的解決。同步電機(jī)的應(yīng)用已日趨廣泛，同步電機(jī)將在今后的電機(jī)系統(tǒng)研究中占有重

22、要的地位。</p><p>　　1.3仿真與仿真軟件的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)概述</p><p>　　系統(tǒng)仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計(jì)算機(jī)和其它專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和住處資料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，做出決策的

23、一門綜合性的和試驗(yàn)性的學(xué)科。模擬和仿真模擬技術(shù)是指使用儀器設(shè)備、模型、計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，以及利用場(chǎng)地、環(huán)境的布置，模仿出真實(shí)工作程序、工作環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)、動(dòng)作要求，進(jìn)行科學(xué)研究、工業(yè)設(shè)計(jì)、模擬生產(chǎn)、教學(xué)訓(xùn)練和考核鑒定等的一項(xiàng)綜合技術(shù)。仿真科學(xué)與技術(shù)是以相似理論、模型論、仿真系統(tǒng)理論、仿真方法論、仿真可信性理論和仿真應(yīng)用理論為基本理論，以仿真應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)與應(yīng)用相關(guān)的物理效應(yīng)設(shè)備及仿真器為工具，利用模型參與已有或假想的

24、系統(tǒng)進(jìn)行研究、分析、設(shè)計(jì)、加工生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、評(píng)估、運(yùn)行、維護(hù)和報(bào)廢活動(dòng)的一門由多學(xué)科綜合而成的新學(xué)科。</p><p>　　面對(duì)21世紀(jì)的知識(shí)經(jīng)濟(jì)和多學(xué)科互相交叉滲透的特點(diǎn)，以建模和仿真為基礎(chǔ)的系統(tǒng)仿真技術(shù)和虛擬技術(shù)將對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、環(huán)境、訓(xùn)練和教育等領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。虛擬設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)、虛擬制造等技術(shù)將對(duì)產(chǎn)品的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法帶來變革。通過仿真技術(shù)可以對(duì)客觀世界中已經(jīng)發(fā)生、正在發(fā)生和尚未發(fā)生的客觀事物進(jìn)行分

25、析研究。系統(tǒng)仿真技術(shù)在未來將會(huì)有更加廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。</p><p>　　仿真系統(tǒng)的可信度是仿真系統(tǒng)的使用者對(duì)應(yīng)用仿真系統(tǒng)在一定環(huán)境、一定條件下仿真試驗(yàn)的結(jié)果，解決所定義問題正確性的信心程度。可信度是由仿真系統(tǒng)與原型系統(tǒng)之間相似性決定的仿真系統(tǒng)與仿真目的相適應(yīng)的程度。逼真度描述的不是仿真對(duì)某種特定應(yīng)用需求的滿足程度，而是仿真對(duì)仿真對(duì)象的復(fù)現(xiàn)程度。逼真度考查的是仿真系統(tǒng)或子系統(tǒng)的外在特性，主要是輸入和輸出之間

26、的關(guān)系而非系統(tǒng)或子系統(tǒng)本身的實(shí)現(xiàn)方式或手段。</p><p>　　數(shù)學(xué)仿真也稱計(jì)算機(jī)仿真，就是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)描寫系統(tǒng)物理過程的數(shù)學(xué)模型，并在這個(gè)模型上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定量的研究和實(shí)驗(yàn)。這種仿真方法常用于系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)階段和某些不適合做實(shí)物仿真的場(chǎng)合（包括某些故障模式）。它的特點(diǎn)是重復(fù)性好、精度高、靈活性大、使用方便、成本較低、可以是實(shí)時(shí)的、也可以是非實(shí)時(shí)的。數(shù)學(xué)仿真的逼真度和精度取決于仿真計(jì)算機(jī)的精度和數(shù)學(xué)模型的正確性

27、與精確性。數(shù)學(xué)仿真可采用模擬計(jì)算機(jī)、數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字-模擬混合計(jì)算機(jī)。</p><p>　　半物理仿真采用部分物理模型和部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的仿真。其中物理模型采用控制系統(tǒng)中的實(shí)物，系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)過程則采用數(shù)學(xué)模型。半物理仿真系統(tǒng)通常由滿足實(shí)時(shí)性要求的仿真計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)模擬器（一般采用三軸機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)）、目標(biāo)模擬器、控制臺(tái)和部分實(shí)物組成?？刂葡到y(tǒng)電子裝置和敏感器安放在轉(zhuǎn)臺(tái)上。 半物理仿真的逼真度較高，所以常用來驗(yàn)證控制系統(tǒng)方案

28、的正確性和可行性，進(jìn)行故障模式的仿真以及對(duì)各研制階段的控制系統(tǒng)進(jìn)行閉路動(dòng)態(tài)驗(yàn)收試驗(yàn)。此外，用航天仿真器來訓(xùn)練航天員和用飛行仿真器來訓(xùn)練飛行員也屬于半物理仿真性質(zhì)，后者更著重于視景模擬和人機(jī)關(guān)系。以仿真計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型和以航天器計(jì)算機(jī)或控制系統(tǒng)電子線路為實(shí)物的閉路試驗(yàn)，也可認(rèn)為是半物理仿真，這種仿真重點(diǎn)在于檢驗(yàn)控制計(jì)算機(jī)軟件的正確性或研究控制方式中某些功能和參數(shù)。 半物理仿真的逼真度取決于接入的實(shí)物部件的多寡、仿真計(jì)算機(jī)的速度、精度和功

29、能，轉(zhuǎn)臺(tái)和各目標(biāo)模擬器的性能。通常對(duì)三軸機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)的要求是精度高、轉(zhuǎn)動(dòng)范圍大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快和框架布置不妨礙光學(xué)敏感器的視場(chǎng)。半物理仿真技術(shù)是現(xiàn)代控制系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。</p><p>　　全物理仿真全部采用物理模型的仿真，又稱實(shí)物模擬。例如航天器的動(dòng)態(tài)過程用氣浮臺(tái)(單軸或三軸)的運(yùn)動(dòng)來代替，控制系統(tǒng)采用實(shí)物。因?yàn)閷?shí)物是安放在氣浮臺(tái)上的，這種方法很適合于研究具有角動(dòng)量存貯裝置的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的三軸耦合，以及研

30、究控制系統(tǒng)與其他分系統(tǒng)在力學(xué)上的動(dòng)態(tài)關(guān)系。在對(duì)航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行全物理仿真時(shí)，安裝在氣浮臺(tái)上的實(shí)物應(yīng)包括姿態(tài)敏感器（見航天器姿態(tài)敏感器）、控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)（見航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)）和遙測(cè)遙控裝置和有關(guān)的分系統(tǒng)。目標(biāo)模擬器、環(huán)境模擬器和操作控制臺(tái)均設(shè)置在地面上。航天器在空間的運(yùn)動(dòng)是由氣浮臺(tái)來模擬的，所以全物理仿真的逼真度和精度主要取決于氣浮臺(tái)的性能。對(duì)氣浮臺(tái)的要求是空氣軸承的摩擦力矩和渦流力矩小，垂直負(fù)載能力和橫向剛度大，氣浮臺(tái)動(dòng)、靜

31、平衡好。全物理仿真技術(shù)復(fù)雜，一般只在必要時(shí)才采用。</p><p>　　1.3.2系統(tǒng)仿真軟件的研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真產(chǎn)業(yè)儼然已經(jīng)成為具有相當(dāng)規(guī)模的新型產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于國防、能源、電力、交通、物流、教育、航天航空、工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療、石油化工、船舶、汽車、電子產(chǎn)品、虛擬儀器、農(nóng)業(yè)、體育、娛樂、社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、環(huán)境及安全科學(xué)等等領(lǐng)域。 近年來，

32、隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，中國仿真市場(chǎng)增長異常迅猛，在某些方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但總體技術(shù)水平，特別是應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家相比還有差距。以美國為代表的發(fā)達(dá)國家高度重視仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。  仿真將是支持研究各類復(fù)雜系統(tǒng)生命周期的必要手段。仿真系統(tǒng)是預(yù)估其安全性的有效工具，因此仿真系統(tǒng)自身的可信度就變得非常重要。從理論上建立仿真系統(tǒng)的評(píng)估體系及相應(yīng)的方法、工具是推動(dòng)仿真技術(shù)應(yīng)用的重要研究方向。</p><

33、;p>　　先進(jìn)的分布式仿真技術(shù)的發(fā)展，在2l世紀(jì)，可能將分布在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的人員和資源集成為一個(gè)大型仿真環(huán)境。它將打破各個(gè)領(lǐng)域的界限，使人們?cè)诜抡姝h(huán)境里對(duì)擬定的設(shè)想和任務(wù)進(jìn)行研究、分析。 仿真技術(shù)的優(yōu)良特性和巨大效益，可能將成為今后人們特別重視和大力發(fā)展的綜合技術(shù)。仿真系統(tǒng)將應(yīng)用于人類生產(chǎn)實(shí)踐的全過程，這樣可以避免決策失誤，可以預(yù)測(cè)可能發(fā)生的問題，達(dá)到避免故障、安全控制的目的。有關(guān)專家預(yù)言，在2l世紀(jì)，仿真技術(shù)的發(fā)展必將

34、對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及人們的觀念產(chǎn)生巨大影響。</p><p>　　又比如工程方面的系統(tǒng)仿真。工程系統(tǒng)的仿真，起源于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。從最初的簡單電子、機(jī)械系統(tǒng)，逐步發(fā)展到今天涵蓋機(jī)、電、液、熱、氣、電、磁等各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，并且在控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩個(gè)方向上飛速發(fā)展?？刂破鞯姆抡孳浖?，在研究控制策略、控制算法、控制系統(tǒng)的品質(zhì)方面提供了強(qiáng)大的支持。隨著執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)、電、液、熱、氣、磁等驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，以高可靠性、高

35、精度、高反應(yīng)速度和穩(wěn)定性為代表的先進(jìn)特征，將工程系統(tǒng)的執(zhí)行品質(zhì)提升到了前所未有的水平。相對(duì)控制器本身的發(fā)展，憑借新的加工制造技術(shù)的支持，執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展更加富于創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，而對(duì)于設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)高性能執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及構(gòu)建一個(gè)包括控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的完整的自動(dòng)化系統(tǒng)也提出了更高的要求。工程系統(tǒng)仿真作為虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的一部分，與控制仿真、視景仿真、結(jié)構(gòu)和流體計(jì)算仿真、多物理場(chǎng)以及虛擬布置和裝配維修等技術(shù)一起，在貫穿產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)改進(jìn)

36、乃至退役的全壽命周期技術(shù)活動(dòng)中，發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)也在滿足越來越高和越來越復(fù)雜的要求。工程師不必是精通數(shù)值算法和仿真技術(shù)的專家，而只需要關(guān)注自己的專業(yè)對(duì)象，其他大量的模型建立、算法選擇和數(shù)據(jù)前后處理等工</p><p>　　1.3.3 MATLAB概述</p><p>　　MATLAB是世界流行的優(yōu)秀科技應(yīng)用軟件之一。具有功能強(qiáng)大(數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算、圖形生成、文本處理及多種專業(yè)工具箱

37、)、界面友好，可二次開發(fā)等特點(diǎn)。在國內(nèi)外，已有許多高等院校將其列為本科生、研究生和博士生必須掌握的基本技能。MATLAB是國際上仿真領(lǐng)域最權(quán)威、最實(shí)用的計(jì)算機(jī)工具。MATLAB是一種應(yīng)用于計(jì)算技術(shù)的高性能語言。它將計(jì)算，可視化和編程結(jié)合在一個(gè)易于使用的環(huán)境中，此而將問題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學(xué)符號(hào)。</p><p>　　MATLAB是一個(gè)交互式系統(tǒng)，它的基本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。通過它可以解決很

38、多技術(shù)計(jì)算問題，尤其是帶有矩陣和矢量公式推導(dǎo)的問題，有時(shí)還能寫入非交互式語言如C和Fortran等。MATLAB在擁有很多用戶的同時(shí)經(jīng)歷了許多年的發(fā)展時(shí)期。在大學(xué)環(huán)境中，它作為介紹性的教育工具，以及在進(jìn)階課程中應(yīng)用于數(shù)學(xué)，工程和科學(xué)。在工業(yè)上它是用于高生產(chǎn)力研究，開發(fā)，分析的工具之一。經(jīng)過幾十年的完善和擴(kuò)充，它已發(fā)展成線形代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。在美國，MATLAB是大學(xué)生和研究生必修的課程之一。美國許多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都安裝有MATLAB，供

39、學(xué)習(xí)和研究之用。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境的組件，其包含有大量的模塊集，可以很方便的調(diào)取各種模塊來搭建所構(gòu)想的試驗(yàn)平臺(tái)。</p><p>　　MATLAB是美國MATHWORKS公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專門設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)

40、大的計(jì)算工具。MATLAB主要由MATLAB主程序、SIMULINK動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)和MATLAB工具箱三大部分組成。其中MATLAB主程序包括MATLAB語言、工作環(huán)境、句柄圖形、數(shù)學(xué)函數(shù)庫和應(yīng)用程序接口五個(gè)部分；SIMULINK是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的交互式系統(tǒng)，允許用戶在屏幕上繪制框圖來模擬系統(tǒng)并能動(dòng)態(tài)地控制該系統(tǒng)。工具箱則是MATLAB的基本語句編寫的各種子程序集和函數(shù)庫，用于解決某一方面的特定問題或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法，是開放的，可以根

41、據(jù)需要擴(kuò)充。MATLAB最基本、也是最重要的功能就是進(jìn)行實(shí)數(shù)矩陣或者復(fù)數(shù)矩陣的運(yùn)算。由于向量可作為矩陣的一行或者一列，標(biāo)量（一個(gè)數(shù)）則可以作為只含有一個(gè)元素的矩陣，故向量和標(biāo)量都可以作為特殊矩陣來處理。MATLAB的操作和命令對(duì)于矩陣而言，和我們平時(shí)使用的形式很相似，但它還有自己的一些規(guī)定。</p><p>　　1.3.4 SIMULINK概述</p><p>　　SIMULINK為MAT

42、LAB提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境，是MATLAB重要的組件。在該環(huán)境中無需書寫大量的程序，只需通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。SIMULINK具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)SIMULINK已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于SIMULINK。SIMULINK提供一個(gè)圖形化用戶界面用于

43、建模，用鼠標(biāo)拖拉塊狀圖表即可完成建模。在此界面下能像用鉛筆在紙上一樣畫模型。相對(duì)于以前的仿真需要用語言和程序來表明不同的方程式而言有了極大的進(jìn)步。SIMULINK擁有全面的庫，如接收器，信號(hào)源，線形及非線形組塊和連接器。同時(shí)也能自己定義和建立自己的塊。模塊有等級(jí)之分，因此可以由頂層往下的步驟也可以選擇從底層往上建模。可以在高層上統(tǒng)觀系統(tǒng)，然后雙擊模塊來觀看下一層的模型細(xì)節(jié)。這種途徑可以深入了解模型的組織和模塊之間的相互作用。</p

44、><p>　　在定義了一個(gè)模型后，就可以進(jìn)行仿真了具，它們可以從MATLAB命令行直接訪問，同時(shí)還有很多MATLAB的TOOLBOXES中的工具。因?yàn)镸ATLAB和SIMULINK是一體的，所以可以仿真，分析，修改模型在兩者中的任一環(huán)境中進(jìn)行。SIMULINK是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字

45、控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。SIMULINK可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，SIMULINK提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　1.4課題研究

46、的主要內(nèi)容</p><p>　?。?）、仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的確定；</p><p>　　（2）、電源模塊設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）、abc/dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器模塊設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）、控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）、用MATLAB/Simulink建模，進(jìn)行系統(tǒng)仿真運(yùn)行，證明該系統(tǒng)模

47、型的有效性。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1理想同步機(jī)假設(shè)</p><p>　　將電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化后，電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)分布和相應(yīng)的感應(yīng)電勢(shì)的變化規(guī)律仍相當(dāng)復(fù)雜，如步采取一定的假設(shè)，仍難以對(duì)它們的運(yùn)行方式作定量分析。這些假設(shè)是：</p><p>　?。?）電機(jī)鐵芯不飽和。這一假設(shè)不僅意味磁場(chǎng)和各繞組電流間有線

48、形關(guān)系，也使在確定空氣隙合成磁場(chǎng)時(shí)有可能運(yùn)用疊加原理。</p><p>　?。?）電機(jī)有完全對(duì)稱的磁路和繞組。這一假設(shè)包含以下幾方面：定子三相繞組完全相同，空間位置彼此相隔2/3π電弧度；轉(zhuǎn)子每極的勵(lì)磁繞組完全相同；阻尼條的設(shè)置對(duì)稱于正、交軸。</p><p>　?。?）定子三相繞組的自感磁場(chǎng)，定子與轉(zhuǎn)子繞組間的互感磁場(chǎng)，沿空氣隙按正弦律分布。這一假設(shè)表示略去所有的諧波磁勢(shì)、諧波磁通和相應(yīng)

49、的諧波電勢(shì)，也略去諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　滿足上列假設(shè)條件的同步電機(jī)，稱為理想同步電機(jī)。以下的分析都以理想同步電機(jī)為前提。而時(shí)實(shí)踐證明，按理想同步電機(jī)條件的分析、計(jì)算所得，誤差在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　2.2 abc/dq模型的建立</p><p>　　因?yàn)閷?duì)于具有阻尼條的凸極機(jī)，由于空氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)總可以分解為兩個(gè)軸線與轉(zhuǎn)子正，交軸重

50、合的脈動(dòng)磁場(chǎng)，因此模型得以建立。</p><p>　　取定子各相繞組軸線及其磁鏈的的正方向，dq軸線的正方向，勵(lì)磁繞組以及正交軸阻尼繞組磁鏈的正方向，如圖 （2－1）所示，定子各相繞組電流產(chǎn)生的磁通方向與各該相繞組軸線的正方向相反時(shí)，這些電流為正值。換言之，定子各相正值電流將產(chǎn)生各該相負(fù)值磁鏈。轉(zhuǎn)子各繞組電流產(chǎn)生的磁通方向，與正軸或交軸正方向相同時(shí)，這些電流為正值。即，正值轉(zhuǎn)子電流將產(chǎn)生正值轉(zhuǎn)子繞組磁鏈

51、。</p><p>　　圖2-1 定子、轉(zhuǎn)子各相的旋轉(zhuǎn)d，q坐標(biāo)定位</p><p>　　按圖2-1的電磁量取向即可列出如下的同步電機(jī)電壓方程和磁鏈方程：</p><p><b>　　電壓方程：</b></p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　其

52、中，為求導(dǎo)算子，即=d/dt，v為各繞組電壓，i為各繞組電流，r為各繞組電阻，為各繞組合成磁鏈，</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　定義為電流，電壓，磁鏈的共同變量，則有</p><p><b>　　(2-4

53、)</b></p><p>　　將abc模型轉(zhuǎn)換為dq模型可更方便地研究，abc軸上的變量轉(zhuǎn)變成dq軸上的轉(zhuǎn)換如下：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　定義，將（2-5-1）－j（2-5-2）可得</p><p><b>　　(2-6)</b></

54、p><p><b>　　同理，</b></p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　定義</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　其中，Ns，Nr分別為定子和轉(zhuǎn)子的匝數(shù)

55、</p><p><b>　　則有</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　定子方程： (2-10)</p><p><b>　　其中</b></p><p><

56、;b>　　(2-11) </b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)子方程：</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　(2-13)</b></p&g

57、t;<p>　　在大多數(shù)情況下，中樞電流不存在。這種情況下中性軸分量上的電壓和恒等于0，解方程很容易，因此剩下的四個(gè)方程可以表示為一個(gè)矩陣[2]</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　以上即為同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　2.3仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　

58、2.3.1總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)象</p><p>　　本次研究對(duì)象為110kW，三相三線，440V，4極同步凸極機(jī)，其參數(shù)如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)同步電機(jī)對(duì)象</p><p>　　圖2-3 同步電機(jī)額定轉(zhuǎn)速</p><p>　　如圖2-3所示，此同步機(jī)額定轉(zhuǎn)速定為1400rad/s。</p><

59、p>　　圖2-4 同步電機(jī)勵(lì)磁電壓</p><p>　　如圖2-4所示，此同步機(jī)勵(lì)磁電壓設(shè)定為17.8kv。</p><p>　　圖2-5 信號(hào)改變的設(shè)定時(shí)間</p><p>　　如圖2-5所示，設(shè)定信號(hào)改變的時(shí)間為15,40s。</p><p>　　2.3.2總體設(shè)計(jì)的系統(tǒng)分塊</p><p><b&

60、gt;　?。?）電源</b></p><p>　　假設(shè)電機(jī)瞬間連接到穩(wěn)定的60Hz，正弦輸出230V rms電壓源，則三相電壓定義為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　?。?）abc/dq轉(zhuǎn)換器</p><p>　　設(shè)為abc坐標(biāo)下的變量，為dq坐標(biāo)下的變量，定義P為求導(dǎo)算

61、子，其轉(zhuǎn)換公式為：</p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　式中 (2-17)</p><p><b>　　定義</b></p><p><b>　　(2-18)</b></p>

62、<p><b>　?。?）電機(jī)</b></p><p>　　由式(2-14)可得出電機(jī)的基本模型，基于先有電壓后有電流的習(xí)慣，且等式只在瞬間成立，可得出以下算式：</p><p><b>　　(2-19)</b></p><p><b>　?。?）電磁轉(zhuǎn)矩</b></p>&l

63、t;p>　　由（2-9）帶入dq表達(dá)式輸入功率可得</p><p><b>　　（2-20）</b></p><p>　　因此，電功率在電機(jī)內(nèi)的終結(jié)有三個(gè)去向，第一部分消耗在定子和轉(zhuǎn)子的阻抗中，轉(zhuǎn)化成熱能；第二部分轉(zhuǎn)化為電機(jī)內(nèi)部儲(chǔ)存的磁能；剩下的那部分即用于輸出，轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。因此，輸出的電機(jī)功率為：</p><p><b>　

64、　(2-21)</b></p><p>　　其中 （2-22）</p><p>　　上式中 為極對(duì)數(shù)，為機(jī)械速度，且轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械功率定義為轉(zhuǎn)速、時(shí)間和轉(zhuǎn)矩，以此可得：</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p&

65、gt;<b>　?。?）勵(lì)磁</b></p><p>　　圖2-3 勵(lì)磁模塊框圖</p><p>　　所謂勵(lì)磁，是指為發(fā)電機(jī)等“利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備”提供工作磁場(chǎng)的行為。對(duì)于同步發(fā)電機(jī)來說，勵(lì)磁系統(tǒng)就是向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供電源的一組設(shè)備。供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源及其附屬設(shè)備統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)。它一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)主要部分組成。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)

66、電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流；而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的輸出。</p><p>　　勵(lì)磁系統(tǒng)的主要作用有根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的變化相應(yīng)的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，以維持機(jī)端電壓為給定值； 控制并列運(yùn)行各發(fā)電機(jī)間無功功率分配；提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定性；提高發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的暫態(tài)穩(wěn)定性；在發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行滅磁，以減小故障損失程度；根據(jù)運(yùn)行要求對(duì)發(fā)電機(jī)實(shí)行最大勵(lì)磁限制及最小勵(lì)磁限制。</p&

67、gt;<p>　　2.3.3 控制反饋環(huán)節(jié)</p><p>　　對(duì)工業(yè)過程進(jìn)行控制一般都采用PID控制，基本都能得到滿意的效果。比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，比例系數(shù)的加大，會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是，只要系統(tǒng)存在誤差，積分控制作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，但積分作用太強(qiáng)會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)加大，使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)

68、地穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)地動(dòng)態(tài)相應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)地動(dòng)態(tài)性能。基于現(xiàn)實(shí)中一旦加入微分環(huán)節(jié)，參數(shù)調(diào)整難度加大，因此，本設(shè)計(jì)只采用PI控制器。其中對(duì)于輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　為轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速

69、度，為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　3仿真系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖3-1系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖3-1所示，九個(gè)變量輸出到工作空間。 </p><p>　　其

70、封裝的子模塊共有三個(gè)，從左到右分別為電源模塊，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，中心電機(jī)模塊，其中Tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，具體輸入為一個(gè)短時(shí)間的脈沖函數(shù)。</p><p><b>　　3.2 具體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 電源模塊</p><p>　　圖3-2電源模塊框圖</p><p>　　電源設(shè)計(jì)主要輸入由一個(gè)電源頻率和一個(gè)

71、電壓幅值組成，如圖3-2所示。</p><p>　　設(shè)計(jì)中用了兩電源設(shè)計(jì)主要輸入由一個(gè)電源頻率和一個(gè)電壓幅值組成個(gè)同斜率不同起始時(shí)間的斜坡函數(shù)，來模擬電機(jī)通上電源后的初始電源頻率和幅值，以頻率為例，首先將第一個(gè)斜坡函數(shù)斜率定義為（60－3）*2起始時(shí)間定義為0s，第二個(gè)斜坡函數(shù)斜率定義為－(60-3)*2，起始時(shí)間為0.5s然后再加上一個(gè)常數(shù)3，構(gòu)成的輸出函數(shù)為一個(gè)從3開始到60的一個(gè)斜坡，而后穩(wěn)定的波形，如圖（

72、4-3），而后給予一個(gè)2π的增益，即為電機(jī)角速率，加上一個(gè)積分環(huán)節(jié)后接入多路信號(hào)復(fù)合器。</p><p>　　電壓值設(shè)計(jì)同上，將輸出波形加上的增益送入多路信號(hào)復(fù)合器，然后通過一個(gè)matlab fuction 模塊實(shí)現(xiàn)以下算式，從而輸出三相電壓：</p><p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　x(1)為電源頻率，x(2)為電

73、壓幅值。</p><p>　　3.2.2 abc/dq轉(zhuǎn)換器</p><p>　　圖3-3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　從模擬電源得到的只是三相電壓，為了模型計(jì)算，需將其轉(zhuǎn)化成d/q坐標(biāo)下的值，轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)見如圖3-3所示。</p><p>　　其原理是將三相電流表示為矩陣格式，而后用matlab fuction模塊實(shí)現(xiàn)矩陣乘法。<

74、;/p><p>　　派克變化是人們熟悉也是最廣泛運(yùn)用的坐標(biāo)變換之一。它的基礎(chǔ)是“任何一組平衡定子電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，總可由兩個(gè)軸線互相垂直的磁場(chǎng)所替代”的雙反應(yīng)原理。根據(jù)這原理，將這兩根軸線的方向選擇得與轉(zhuǎn)子正、交軸方向一致，使三相定子繞組電流產(chǎn)生得電樞反應(yīng)磁場(chǎng)，由兩個(gè)位于這兩軸方向的等值定子繞組電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場(chǎng)所替代。因此，派克變換相當(dāng)于觀察電位置的變化，將觀察電從空間不動(dòng)的定子上，轉(zhuǎn)移到空間旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上，并

75、且將兩個(gè)位于轉(zhuǎn)子正、交軸向的等值定子繞組，替代實(shí)際的三相定子繞組。</p><p>　　經(jīng)abc/dq變換，輸出結(jié)果即為d/q坐標(biāo)下的dq兩相電壓。d軸分量是電壓的有效值，由于是三相對(duì)稱電壓，故0相可忽略不計(jì)。</p><p>　　3.2.3控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-4 轉(zhuǎn)矩輸出及反饋控制框圖</p><p>　　見圖3-

76、4右上部分便是電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩。圖3-4下方所示是控制反饋環(huán)節(jié)。</p><p>　　控制器的控制規(guī)律為比例(P)控制、積分(I)控制和微分(D)控制。比例（P）控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。在積分(I)控制中，在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是

77、有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。在微分(D)控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件或有滯后組件，具有抑制誤差

78、的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。</p><p>　　這幾種控制規(guī)律可以單獨(dú)使用，但是更多場(chǎng)合是組合使用。如比例(P)控制、比例-積分(PI)控制、比例-積分-微分(PID)控制等。</p><p>　　比例(P)控制：單獨(dú)的比例控制也稱“有差控制”，輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關(guān)系，偏差越大

79、輸出越大。實(shí)際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太小，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動(dòng)，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒有什么控制作用；比例度太大，控制作用太強(qiáng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。對(duì)于反應(yīng)靈敏、放大能力強(qiáng)的被控對(duì)象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)使比例度稍小些；而對(duì)于反應(yīng)遲鈍，放大能力又較弱的被控對(duì)象，比例度可選大一些，以提高整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度，也可以相應(yīng)減小余差。單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不

80、高，允許有一定余差存在的場(chǎng)合。工業(yè)生產(chǎn)中比例控制規(guī)律使用較為普遍。</p><p>　　比例-積分(PI)控制：比例控制規(guī)律是基本控制規(guī)律中最基本的、應(yīng)用最普遍的一種，其最大優(yōu)點(diǎn)就是控制及時(shí)、迅速。只要有偏差產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用。但是，不能最終消除余差的缺點(diǎn)限制了它的單獨(dú)使用。克服余差的辦法是在比例控制的基礎(chǔ)上加上積分控制作用。積分控制器的輸出與輸入偏差對(duì)時(shí)間的積分成正比。這里的“積分”指的是“積累”的意

81、思。積分控制器的輸出不僅與輸入偏差的大小有關(guān)，而且還與偏差存在的時(shí)間有關(guān)。只要偏差存在，輸出就會(huì)不斷累積(輸出值越來越大或越來越小)，一直到偏差為零，累積才會(huì)停止。所以，積分控制可以消除余差。積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。積分時(shí)間的大小表征了積分控制作用的強(qiáng)弱。積分時(shí)間越小，控制作用越強(qiáng)；反之，控制作用越弱。積分控制雖然能消除余差，但它存在著控制不及時(shí)的缺點(diǎn)。因?yàn)榉e分輸出的累積是漸進(jìn)的，其產(chǎn)生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時(shí)有效

82、地克服干擾的影響，難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來。所以，實(shí)用中一般不單獨(dú)使用積分控制，而是和比例控制作用結(jié)合起來，構(gòu)成比例積分控制。這樣取二者之長，互相彌補(bǔ)，既有比例控制作用的迅速及時(shí)，又有積分控制作用消除余差的能力。因此，比例積分控制可以</p><p>　　比例-積分-微分(PID)控制：最為理想的控制當(dāng)屬比例-積分-微分控制規(guī)律。它集三者之長：既有比例作用的及時(shí)迅速，又有積分作用的消除余差能力，還有微分作用的超前控

83、制功能。當(dāng)偏差階躍出現(xiàn)時(shí)，微分立即大幅度動(dòng)作，抑制偏差的這種躍變；比例也同時(shí)起消除偏差的作用，使偏差幅度減小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制規(guī)律，因此可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定；而積分作用慢慢把余差克服掉。只要三個(gè)作用的控制參數(shù)選擇得當(dāng)，便可充分發(fā)揮三種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，得到較為理想的控制效果。</p><p>　　由于微分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)而言動(dòng)蕩較大，調(diào)試費(fèi)事，因此控制器選擇的是一個(gè)傳統(tǒng)的PI控制器，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，證明了該控制

84、器能很好的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　3.2.4電機(jī)模塊</b></p><p>　　圖3-5 電機(jī)控制框圖</p><p>　　圖3-5便是電機(jī)模塊，也是一個(gè)矢量運(yùn)算模塊，最后輸入的是定子轉(zhuǎn)子的各相電流。</p><p>　　3.2.5控制反饋環(huán)節(jié)</p><p>　　因?yàn)?/p>

85、微分環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)而言動(dòng)蕩較大，調(diào)試費(fèi)事，因此本設(shè)計(jì)的控制器是一個(gè)傳統(tǒng)的PI控制器，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，該控制器能很好的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　見圖3-4下方所示。</p><p><b>　　4系統(tǒng)仿真運(yùn)行</b></p><p>　　圖4-1 轉(zhuǎn)速時(shí)間的響應(yīng)</p><p>　　如圖4-1所示，研究仿真同步電機(jī)

86、的起動(dòng)特性。從輸出圖象可以看出，系統(tǒng)開始的時(shí)候轉(zhuǎn)速穩(wěn)定上升，到最高點(diǎn)之后經(jīng)歷一段動(dòng)蕩，在15s左右之后穩(wěn)定在一定轉(zhuǎn)速上，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。由此可見設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。</p><p>　　圖4-2 轉(zhuǎn)速時(shí)間的響應(yīng)局部放大圖</p><p>　　圖4-3 負(fù)荷角變化的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　如圖4-3所示，這是系統(tǒng)在運(yùn)行過程中系統(tǒng)負(fù)荷角隨時(shí)間的響應(yīng)變化，在最初的

87、震蕩之后，隨著轉(zhuǎn)速開始穩(wěn)定，在15s左右負(fù)荷角也趨于穩(wěn)定。該電機(jī)是電動(dòng)機(jī)，因此穩(wěn)定的角度是負(fù)角度。</p><p>　　圖4-4 負(fù)荷角變化的時(shí)間響應(yīng)局部放大圖</p><p>　　圖4-5 有功功率輸出的時(shí)間響應(yīng)</p><p>　　如圖4-5所示，有功功率的輸入響應(yīng)也是要經(jīng)過一段時(shí)間，然后15s左右隨著轉(zhuǎn)速趨于穩(wěn)定。</p><p>　　

88、圖4-6 有功功率輸出的時(shí)間響應(yīng)局部放大圖</p><p>　　圖4-7 系統(tǒng)定子電流的時(shí)間相應(yīng)</p><p>　　如圖4-7所示，系統(tǒng)定子電流從一開始便產(chǎn)生很大的震蕩，在15s左右時(shí)候也是趨于穩(wěn)定。</p><p>　　圖4-8 系統(tǒng)定子電流的時(shí)間相應(yīng)局部放大圖</p><p><b>　　結(jié)論</b></p&

89、gt;<p>　　仿真過程的三個(gè)主要活動(dòng)是“系統(tǒng)建?！薄ⅰ胺抡娼！薄ⅰ胺抡鎸?shí)驗(yàn)”，而聯(lián)系這些活動(dòng)的要素是“系統(tǒng)”、“模型”、“計(jì)算機(jī)”。其中：系統(tǒng)是研究的對(duì)象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來達(dá)到研究的目的。要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或?qū)ο髮?shí)施計(jì)算機(jī)仿真，首先必須把握系統(tǒng)的基本特征，抓住主要的因素，引入必要的參量，提出合理的假設(shè)，進(jìn)行科學(xué)的抽象，分析各參量間的相互關(guān)系，選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具，然后在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。

90、仿真建模的過程是在已有的一些先驗(yàn)知識(shí)的基礎(chǔ)上，試探地寫出研究對(duì)象所滿足的或近似滿足的數(shù)學(xué)規(guī)律，再結(jié)合實(shí)際的研究目的，對(duì)猜測(cè)性的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行反復(fù)修改和優(yōu)化，從而得到既符合客觀實(shí)際又易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型。 </p><p>　　系統(tǒng)仿真技術(shù)是一門發(fā)展迅速、應(yīng)用面廣泛的、多學(xué)科綜合的高新技術(shù)，它可應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)和研制的全過程，即需求分析、方案論證、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)評(píng)估、使用維護(hù)和人員訓(xùn)練。系統(tǒng)

91、仿真技術(shù)同時(shí)可應(yīng)用于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、管理等領(lǐng)域的分析研究和預(yù)測(cè)，系統(tǒng)仿真技術(shù)是為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和軍事訓(xùn)練服務(wù)的重要技術(shù)手段。分布交互仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的當(dāng)前的重要發(fā)展領(lǐng)域。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)加深了理解和掌握，對(duì)MATLAB的仿真也能熟練操作，對(duì)我今后運(yùn)用仿真工作有很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b&

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101、IONS，1998.</p><p><b>　　開題報(bào)告</b></p><p>　　基于MATLAB/SIMULINK的凸極同步電機(jī)建模與仿真---電源模塊、abc/dq坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器模塊、控制系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：采用電力電子變頻裝置實(shí)現(xiàn)電壓頻率協(xié)調(diào)控制，改變了同步電機(jī)歷來的恒速運(yùn)行不能調(diào)速的面貌，使它和異步電機(jī)一樣成為調(diào)速

102、電機(jī)大家庭的一員。本文針對(duì)同步電機(jī)中具有代表性的凸極機(jī)，在忽略了一部分對(duì)誤差影響較小而使算法復(fù)雜度大大增加的因素（如諧波磁勢(shì)等），對(duì)其內(nèi)部電流、電壓、磁通、磁鏈及轉(zhuǎn)矩的相互關(guān)系進(jìn)行了一系列定量分析，建立了簡化的基于abc三相變量上的數(shù)學(xué)模型，并將其進(jìn)行派克變換，轉(zhuǎn)換成易于計(jì)算機(jī)控制的d/q坐標(biāo)下的模型。再使用MATLAB中用于仿真模擬系統(tǒng)的SIMULINK對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行封裝及連接，系統(tǒng)總體分為電源、abc/dq轉(zhuǎn)換器、電機(jī)內(nèi)部模擬

103、、控制反饋四個(gè)主要部分，并為其設(shè)計(jì)了專用的模塊，同時(shí)對(duì)其中的一系列參數(shù)進(jìn)行了配置。系統(tǒng)啟動(dòng)仿真后，在經(jīng)歷了一開始的振蕩后，各輸出相對(duì)于輸出時(shí)間的響應(yīng)較穩(wěn)定。</p><p>　　關(guān)鍵詞：同步電機(jī) d/q模型 MATLAB SIMULINK 仿真。</p><p><b>　　1選題的背景、意義</b></p><p>　　1.1 同步電

104、機(jī)概述</p><p>　　隨著電力電子器件的不斷進(jìn)步，尤其是新型的可關(guān)斷器件(如IGBT)的實(shí)用化，使得高頻PWM控制技術(shù)成為可能。這一技術(shù)的興起直接推動(dòng)了矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制等新的先進(jìn)控制理論的出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)作為一個(gè)多變量、非線性的復(fù)雜系統(tǒng)的靈活控制。采用矢量控制技術(shù)的控制方法后，系統(tǒng)性能均大大提高，尤其是永磁同步電機(jī)，因此永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)逐漸成為主流和熱點(diǎn)研究課題。在大多數(shù)永磁同步電

105、機(jī)變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,需要軸傳感器安裝于電機(jī)軸上提供轉(zhuǎn)子位置信息，確定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的空間角度，使坐標(biāo)變換成為可能。在實(shí)際系統(tǒng)中,傳感器的存在降低了系統(tǒng)的可靠性,提高了系統(tǒng)的成本。近10年來,各國學(xué)者致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究,利用檢測(cè)定子電壓、電流等易測(cè)量進(jìn)行速度估算以取代速度傳感器。由于無傳感器技術(shù)不需要檢測(cè)硬件，免去了傳感器的安裝維護(hù)的麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了成本，因而引起廣泛的研究興趣。</p><p&

106、gt;　　交流伺服電機(jī)能夠被有效地應(yīng)用在許多位置控制的系統(tǒng)中?，F(xiàn)代的交流伺服系統(tǒng)是一種復(fù)雜的非線性時(shí)變系統(tǒng)。能夠?qū)涣魉欧到y(tǒng)進(jìn)行建模與仿真將會(huì)對(duì)其更深層次的研究產(chǎn)生巨大的影響。為了滿足高性能的傳動(dòng)需要,必須對(duì)位置進(jìn)行精確控制。在設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)中,使用MATLAB/SIMULINK對(duì)其方案進(jìn)行驗(yàn)證和仿真,將大大地縮短開發(fā)周期[1]。模型是仿真的基礎(chǔ)。仿真模型所要描述的是客觀世界中的客觀事物的特性,主要包括自然環(huán)境、客體/ 系統(tǒng)、人以及他們

107、之間的交互作用。自然環(huán)境包括地形地貌、海洋、大氣、氣象、電磁干擾、聲的傳播等。自然環(huán)境的建模和虛擬環(huán)境的建立是相當(dāng)復(fù)雜的。對(duì)于半實(shí)物仿真,將建立為各種系統(tǒng)的傳感器所需要的測(cè)量和探測(cè)仿真環(huán)境。對(duì)于人在回路仿真,將建立為操作、駕駛工作人員所需要的視覺、聽覺、觸覺、力反饋、動(dòng)感等仿真虛擬環(huán)境[2]。</p><p>　　目前, 永磁同步電機(jī)建模和仿真大多集中在控制系統(tǒng)。對(duì)于PMSM本體的仿真, 雖然可以從SIMULIN

108、K中直接調(diào)用PMSM模塊。但是,不同的永磁同步電機(jī),轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)、定子繞組相數(shù)等均有差異。尤其是多相永磁同步電機(jī)(譬如5相) 推進(jìn)系統(tǒng)的仿真和開發(fā)還處于起步階段,在SIMULINK庫中也找不到現(xiàn)成的仿真模塊。 好在S2函數(shù)提供了擴(kuò)展仿真模塊的功能,往往S2函數(shù)模塊是整個(gè)仿真系統(tǒng)的核心。因此,根據(jù)不同PMSM數(shù)學(xué)模型,建立S2函數(shù)仿真模塊,對(duì)于永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)具有重要意義。近年來,我國開展了分布交互仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)仿真技術(shù)的研究。分

109、布交互仿真起源于聯(lián)網(wǎng)仿真,它是一種具有時(shí)空一致性的綜合環(huán)境,應(yīng)著重解決以下關(guān)鍵技術(shù):體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)通、時(shí)間管理與數(shù)據(jù)管理、時(shí)空一致性等。分布交互仿真系統(tǒng)通過局域網(wǎng)/ 廣域網(wǎng)將各種仿真器、仿真設(shè)備、人在回路仿真系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)生成系統(tǒng)等聯(lián)接為一個(gè)整體,進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的仿真,用于人員訓(xùn)練和工程設(shè)計(jì)[3]。</p><p>　　世界工業(yè)進(jìn)步的一個(gè)重要因素是過去幾十年中工廠自動(dòng)化的不斷完善。在上個(gè)世紀(jì)70年代初葉，席卷全球世界