matlab仿真

一 设计题目：29.42kW电力拖动自动控制系统设计

二 设计方案：

（1）被控对象：29.42kW直流电动机（即simulink第11号直流电动机）

（2）功率变换装置：两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路

word/media/image4.gif

两组晶闸管均采用三相桥式全控整流电路。晶闸管的额定电压通常选取断态重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM中较小的标值。晶闸管的额定电流一般选取其通态平均电流的1.5-2倍。在本次仿真设计的三相桥式整流电路中晶闸管两端承受的最大正反向电压均为，晶闸管的额定电压一般选取其最大正反向电压的2-3倍。带反电动势负载时，变压器二次侧电流有效值I2是其输出直流电流有效值Id的一半，而对于桥式整流电路，晶闸管的通态平均电流IVT=2

2I，则在本设计中晶闸管的额定电流IVT(AV)=523-698A ，本设计中晶闸管的额定电压UN=311-466V。

(4)电流和转速双闭环控制器

本次设计采用双闭环控制调速系统，其特点是电机的转速和电流分别由两个独立的调节器分别控制，且转速调节器的输出就是电流调节器的给定，因此电流环能够跟随转速的偏差调节电机电枢的电流。

(5)逻辑无环流控制器DLC

DLC工作原理是根据控制器输入来判断输出的逻辑状态，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，以保证系统的可靠运行。系统既没有直流平钧环流，也没有瞬时脉动环流。DLC依据系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，即允许一组触发装置发出触发脉冲而封锁另一组。在任何情况下，决不允许两组晶闸管同时开放，确保主电路没有产生环流的可能。考虑到系统需要迅速准确进入可逆工作来获得优良的制动性能，被封锁的那组整流装置的移相触发环节仍应有word/media/image5.gif配合控制所对应的输入控制信号 但其输出触发脉冲通过逻辑控制作用予以封锁，可认为移相触发环节处于“待工作”状态。

(6)保护电路：

1) 常用的过电压保护措施如下图所示。

图　过电压抑制措施及配置位置

F避雷器　 D变压器静电屏蔽层　 C静电感应过电压抑制电容

RC1阀侧浪涌过电压抑制用RC电路

RC2阀侧浪涌过电压抑制用反向阻断式RC电路

RV压敏电阻过电压抑制器　

RC3阀器件换相过电压抑制用RC电路

RC4直流侧RC抑制电路　

RCD阀器件关断过电压抑制用RCD电路

其中，电力电子装置可视具体情况只采用其中的几种保护措施。其中RC3和RCD为抑制内因过电压的措施，属于缓冲电路范畴。

2) 过电流——过载和短路两种情况

常用过电流保护措施如下图所示。

图　过电流保护措施及配置位置

电流保护措施可以同时采用多种，这样更能提高可靠性和合理性。电子电路作为第一保护措施，快熔仅作为短路时的部分区段的保护，过电流继电器整定在过载时动作。

快熔对器件的保护方式有全保护和短路保护两种。全保护即过载、短路时均由快熔进行保护，此方法适用于小功率装置或器件裕度较大的场合。而短路保护则是快熔只在短路电流较大的区域起保护作用。

对重要的且易发生短路的晶闸管设备，或全控型器件，需采用电子电路进行过电流保护。一般在全控型器件的驱动电路中设置过电流保护环节，这样响应最快。

3) 本次设计仿真所用的保护措施

本次，设计仿真主回路包括整流装置和电机。对于整流装置中，晶闸管需要过电压和过电流保护措施。所以，本次仿真中设计了晶闸管的过电压和过电流和电机的过电流保护措施。

下图是Matlab中的晶闸管整流模块以及它的内部构成。

由图可见，并且经过验证，晶闸管流过的电流和电机流过的电流相同，而加在晶闸管两端的电压是电源端的线电压。所以只要检测电机的电流信号和电源端的线电压信号即可。被检测信号通过比较模块。比较模块设定电流信号不超过100A，电压信号不超过750V。信号经过信号类型转换模块，然后送给取样保持模块。取样保持模块设定为采样下降沿信号，所以，当电压或电流超过限制时，比较模块输出由1变为0并一直保持为0。该0信号能触发三相断路器和给定模块的开关，使电源断路并且给定为0，则电压、电流和转速均逐渐降为0。具体模块如下图所示。

图 过电压和过电流检测模块

其中，过电压和过电流信号用与门模块合并后送给取样保持模块。由于整流触发装置存在，电流信号并不是平滑直线，所以加入滤波模块，使被采集信号不受干扰。

图 给定部分保护模块 图 电源部分断路器

通过保护模块，当产生过电压或过电流时，给定会自动变为零，同时电源断电，保证晶闸管不损坏，转速和电流均逐渐降为零。如下图所示。

图 过电压或过电流保护后电流转速波形（电流*10）

三 系统参数

本次设计被控对象为29.42kW直流电动机（即simulink第11号直流电动机）。其具体参数如下图所示。

（1）主电路等效电阻的处理

主电路等效电阻应该包括电机电枢电阻和晶闸管的压降对应的电阻。在本次仿真设计中，所使用的晶闸管管压降为零，同时平波电抗器采用纯电感，所以主电路等效电阻就等于电枢电阻。

（2）平波电抗器的选取

平波电抗器电感一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择。通常首先给定最小电流word/media/image16.gif，再利用它计算所需的总电感量（以mH为单位），减去电枢电感，即得平波电抗器应有的电感值。

对于三相桥式整流电路，总电感量的计算公式为

word/media/image17.gif

word/media/image18.gif

（3）拖动系统转动惯量处理

电动机本身的转动惯量为word/media/image19.gif，由于设计过程中需要考虑负载的转动惯量，所以取拖动系统总转动惯量为电机转动惯量的十倍，即word/media/image20.gif。

（4）晶闸管整流装置放大倍数求取

在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。

实际的触发电路和整流电路都是非线性的，只能在一定的工作范围内近似看成线性环节。然后通过实验方法测出该环节的输入-输出特性，如图所示，曲线是采用锯齿波触发器移相时的特性。设计时，希望整个调速范围的工作点都落在特性的近似线性范围之中，并有一定的调节余量。

晶闸管触发和整流装置的放大系数可由工作范围内的特性率决定，计算方法是:

word/media/image22.gif

如果不可能实测特性，只好根据装置的参数估算。

设触发电路控制电压的调节范围为Uc = 0~10V，相对应的整流电压的变化范围是Ud = 0~500V，可取Ks = 500/10 = 50。 图 晶闸管触发与整流装置的输入输出特性的测定

（5）本次仿真设计中，忽略粘滞摩擦系数的影响。

四 调节器设计

电流环和转速环调节器设计采用工程设计法，具体步骤如下。

（一）电流环

word/media/image43.gif

取word/media/image44.gif，

若令word/media/image45.gif，则word/media/image46.gif，所以word/media/image47.gif。

晶闸管整流装置传函近似条件为word/media/image48.gif，但是word/media/image49.gif，所以word/media/image45.gif不符合条件。

则令word/media/image50.gif，word/media/image51.gif，所以word/media/image52.gif。

那么，word/media/image53.gif

校验：

（1）晶闸管整流装置传函近似条件：

word/media/image48.gif，word/media/image54.gif

满足条件。

（2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件：

word/media/image55.gif

满足条件。

（3）电流环小时间常数近似处理条件：

word/media/image56.gif

满足条件。

综上：

word/media/image57.gif，

word/media/image58.gif

（二）转速环：

word/media/image50.gif，word/media/image59.gif

word/media/image60.gif

取word/media/image61.gif，则word/media/image62.gif

word/media/image63.gif，word/media/image64.gif

则word/media/image65.gif

校验：

（1）电流环节等效替代为一阶惯性环节条件为

word/media/image66.gif，显然成立。

（2）转速环小时间常数近似条件：

word/media/image67.gif，，显然成立。

综上：

word/media/image68.gif，

word/media/image69.gif

五 仿真波形

（1）给定=1V

（2）给定=2

（3）给定=3

（4）给定=4

（5）给定=5

（6）给定=6

（7）给定=7

（8）给定=8

（9）给定=9

（10）给定=10

（11）给定=-1

（12）给定=-3

（13）给定=-5

（14）给定=-8

（15）给定=-10

（16）正向起动 正向停车

（17）反向启动 反向停车

（18）正向运行切换为反向运行（电流*10）

（19）反向运行切换为正向运行（电流*10）

（20）突加负载 突减负载（电流*10）

（21）过电压或过电流保护后电流转速波形

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f24ce93227d3240c8447ef94.html