直流交流调速系统仿真实验

目录

第1 章 MATLAB基础 (2)

第2 章 SIMULINK环境和模型库 (3)

第3 章三相桥式全控整流电路基本原理原理 (6)

第4 章三相逆变桥原理 (7)

第5 章 PWM控制技术原理 (10)

第6 章脉冲触发器 (13)

第7 章直流调速系统的仿真 (14)

第8 章交流调速系统的仿真 (18)

主要参考文献 (23)

第一章MATLAB基础

1.1MATLAB介绍

MA TLAB是一种科学计算软件。MA TLAB是Matrix Laboratory (矩阵实验室)的缩写，这是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MA TLAB 主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算、高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。

MA TLAB由美国Mathworks公司于1984年开始推出，历经升级，到2001年已经有了6.0 版，现在MA TLAB 6.1、6.5、7.0 版都已相继面世。早期的MA TLAB 在DOS环境下运行，1990年推出了Windows版本。1993年，Mathworks 公司又推出了MA TLAB 的微机版，充分支持在Microsoft Windows 界面下的编程，它的功能越来越强大，在科技和工程界广为传播，是各种科学计算软件中使用频率最高的软件。

MA TLAB 比较易学，它只有一种数据类型(即64 位双精度二进制)，一种标准的输入输出语句，它用解释方式工作，不需要编译，一般人门后经过自学就可以掌握。如果有不清楚的地方，可以通过它的帮助( help)和演示(demo)功能得到启示。学习MA TLAB 的难点在于，它有大量函数，这些MA TLAB 函数仅基本部分就有700多个，其中常用的有200 -300个，掌握和记忆起来都比较困难。

1993 年出现了SIMULINK，这是基于框图的仿真平台，SIMULINK 挂接在MA TLAB 环境上，以MA TLAB 的强大计算功能为基础，以直观的模块框图进行仿真和计算。SIMULINK 提供了各种仿真工具，尤其是它不断扩展的、内容丰富的模块库，为系统的仿真提供了极大便利。在SIMULINK 平台上，拖拉和连接典型模块就可以绘制仿真对象的模型框图，并对模型进行仿真。在SIMULINK 平台上，仿真模型的可读性很强，这就避免了在MA TLAB 窗口使用MA TLAB 命令和函数仿真时，需要熟悉记忆大量M 函数的麻烦，对广大工程技术人员来说，这无疑是最好的福音。现在的MA TLAB 都同时捆绑了SIMULINK，SIMULINK 的版本也在不断地升级，从1993 年的MA TLAB 4.0/SIMULINK 1.0 版到2001 年的MA TLAB 6. 1/SIMULINK 4. 1 版，2002 年即推出了MA TLAB 6. 5/SIMULINK5.0 版。MA TLAB 已经不再是单纯的"矩阵实验室"了，它已经成为一个高级计算和仿真平台。

SIMULINK 原本是为控制系统的仿真而建立的工具箱，在使用中易编程、易拓展，并且可以解决MA TLAB 不易解决的非线性、变系数等问题。它能支持连续系统和离散系统的仿真，支持连续离散混合系统的仿真，也支持线性和非线性系统的仿真，并且支持多种采样频率( Multirate )系统的仿真，也就是不同的系统能以不同的采样频率组合，这样就可以仿真较大、较复杂的系统。因此，各科学领域根据自己的仿真需要，以MA TLAB 为基础，开发了大量的专用仿真程序，并把这些程序以模块的形式都放入SIMULINK 中，形成了模块库。SIMU- LINK 的模块库实际上就是用MA TLAB 基本语句编写的子程序集。现在SIMULINK 模块库有三级树状的子目录，在一级目录下就包含了SIMULINK 最早开发的数学计算工具箱、控制系统工具箱的内容，之后开发的信号处理工具箱(DSP Blocks) 、通信系统工具箱(Comm) 等也并行列入模块库的一级子目录，逐级打开模块库浏览器(SIMULINK Library Browser) 的目录，就可以看到这些模块。从SIMULINK 4. 1 版开始，有了电力系统模块库(Power System Blockset) ，该模块库主要由加拿大HydroQuebec 和TECSIM Ir阳口lational 公司共同开发。在SIMU- LINK 环境下用电力系统模块库的模块，可以方便地进行RLC 电路、电力电子电路、电机控制系统和电力系统的仿真。本书中电力电子和电力拖动控制系统的仿真就是在

MA TLAB/SIMULINK 环境下，主要使用电力系统模块库和SIMULINK 两个模块库进行。通过电力电子电路和电机控制系统的仿真，不仅展示了MA TLAB/SIMULINK 的强大功能，并且可以学习控制系统仿真的方法和技巧，研究电路和系统的原理和性能。由于SIMULINK 和MA TLAB 的密切依存关系，在介绍SIMULINK之前，必须首先介绍MA TLAB。MA TLAB 的一些基本命令和函数，尤其是MA TLAB 的绘图功能，是在电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真中要经常使用的。但是本书主要是介绍电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真，因此对MA TLAB 只介绍与本书有关的内容。MA TLAB 功能强大，有关MA TLAB 的书刊已经很多，对MA TLAB 更深入的要求，可以阅读其他介绍MA TLAB 的书籍。

第2 章SIMULINK 环境和模型库

MA TLAB 的SIMULINK 是很有特色的仿真环境，在此环境中，用户可以用点击拖动鼠标的方式绘制和组织系统或电路，并完成对系统和电路的仿真O原来的MA TLAB仿真编程是在文本窗口中进行的，编制的程序是一行行的命令和MA TLAB 函数，不直观也难以与实际的物理系统或电路建立形象的联系。在SIMULINK 环境中，系统的函数和电路元器件的模型都用框图来表达，框图之间的连线则表示了信号流动的方向。对用户来说，只要学习图形界面的使用方法和熟悉模型库的内容，就可以很方便地使用鼠标和键盘进行系统和电路的仿真，而不必去记那些复杂的函数，这无疑是受欢迎的。MA TLAB 的工具箱已经有极其丰富的内涵，现在结合本书的内容，主要介绍SIMULINK工作环境和系统仿真(SIMULINK) 和电力系统(Power System Block)两个模理库。

2.1系统仿真(SIMULINK) 环境

系统仿真(SIMULINK) 环境也称工具箱(Toolbox) ，是MA TLAB 最早开发的，它包括SIMULINK仿真平台和系统仿真模型库两部分，主要用于仿真以数学函数和传递函数表达的系统，是20 世纪70 年代开发的连续系统仿真程序包(CCS)的继续，现在的系统仿真(SIMULINK)包括了连续系统、非线性系统和离散系统的仿真。由于SIMULINK 的仿真平台使用方便、功能强大，后来拓展的其他模型库也都共同使用这个仿真环境，成为MA TLAB 仿真的公共平台。SIMULINK是Simulation 和Link 两个英文单词的缩写，意思是仿真链接，MA TLAB模型库都在此环境中使用，从模型库中提取模型放到SIMULINK 的仿真平台上进行仿真。所以，有关SIMULINK 的操作是仿真应用的基础。

SIMULINK 作为面向系统框图的仿真平台，它具有如下特点:

(1) 以调用模块代替程序的编写，以模块连成的框图表示系统，点击模块即可以输入模块参数。以框图表示的系统应包括输入(激励源)、输出(观测仪器)和组成系统本身的模块。

(2) 画完系统框图，设置好仿真参数，即可启动仿真。这时，会自动完成仿真系统的初始化过程，将系统框图转换为仿真的数学方程，建立仿真的数据结构，并计算系统在给定激励下的响应。

(3) 系统运行的状态和结果可以通过波形和曲线观察，这和实验室中用示波器观察的效果几乎一致。

(4) 系统仿真的数据可以用以. mat 为后缀的文件保存，并且可以用其他数据处理软件进行处理。

(5) 如果系统框图绘制不完整或仿真过程中出现计算不收敛的情况，会给出一定的出错提示信息，但是这提示不一定准确，这是软件还不够完备的地方。

(6) 以框图形式对控制系统进行仿真是SIMULINK 的最早功能，后来在SIMULINK 的基础上叉开发了数字信号处理、通信系统、电力系统、模糊控制等数10 种模型库，但是SIMULINK 的窗口