信息与通信工程学院MATLAB仿真论文题目：基于matlab的系统仿真班级: 13级电信三班谢丽娟姓名：谢丽娟学号： 14132200845目录摘要 (2)一、关于MATLAB的基本知识 (2)1.1 MATLAB的介绍 (2)1.2 SIMULINK的介绍 (2)二、无环流可逆调速系统 (2)2.1 无环流可逆调速系统简介 (2)2.2逻辑无环流调速系统的原理图 (3)三、主电路的组成及其工作原理主电路的组成及其工作原理 (3)四、仿真系统的设计 (3)4.1电流环结构图的简化 (3)4.2 电流调节器结构的选择 (3)4.3转速调节器设计转速环结构图的简化 (4)4.4 转速调节器设计 (5)4.4 转速调节器设计 (5)4.5 转速调节器的参数计算 (5)4.6 逻辑控制器设计 (5)4.7逻辑控制器的组成 (6)五、逻辑无环流直流可逆调速系统仿真的建模 (6)5.1逻辑控制直流可逆调速原理和仿真模型 (6)5.2逻辑控制器模块 (7)5.3电平检测 (7)5.4延时电路 (8)5.5连锁保护 (8)六、仿真结果 (8)摘要许多生产机械要求电动机既能正传，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统，采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两项晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。

又环流可逆系统虽然具有反响快，过渡平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。

因此，当工艺过程对系统过度特性的平滑性要求不高时，特别是对于大容量的系统，常采用既没有直流平均环流又没有瞬时脉动环流的无环流可逆系统。

本文介绍了逻辑无环流可逆直流调速系统的基本原理及其构成，并对其控制电 路进行了计算和设计。

运用了一种基于 Matlab 的 Simulink 和 Power System 工具箱、 面向系统电气原理结构图的仿真新方法，实现了逻辑控制电流可逆调速系统的仿真。

关键词: 直流电机；环流；逻辑无环流可逆调速；Matlab 仿真一、关于MATLAB 的基本知识1.1 MATLAB 的介绍 MATLAB 是矩阵实验室的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C 、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

1.2 SIMULINK 的介绍 Simulink 是MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 。

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Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采 样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

二、无环流可逆调速系统 2.1 无环流可逆调速系统简介 许多生产机械要求电动机既能正传，又能反转，而且常常还需要快速的启动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是需要可逆的调速系统，采用两组晶闸管反并联的可逆调速系统解决了电动机的正、反转运行和回馈制动问题，但是，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两项晶闸管之间流通的短路电流，称作环流。

这样的环流对负载无益，因此应该予以抑制或消除。

逻辑无环流系统目前生产中应用最为广泛的可逆系统，当一组晶闸管工作时，用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使他完全处于阻断状态，确保两组晶闸管不同时工作，从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。

逻辑无环流调速系统主电路和系统控制电路的系统组成主电路采用两组晶闸管装置反并联线路；由于没有环流，不用设置环流电抗器；仍保留平波电抗器Ld ，以保证稳定与运行时电流波形连续；控制系统采用典型的转速、电流双闭环方案；电流环为内环，转速环为外环。

为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，既分别引入转速负反馈和电流负反馈。

1. 电流环分设两个电流调节器，ACR1用来控制正组出发装置GTF ，ACR2控制反组触发装置GTR 。

2. 速度环把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。

3. 为了保证不出现环流，设置了无环逻辑控制环节DLC ，这是系统中的关键环节。

它按照系统的工作状态，指挥系统进行正、反组的自动切换。

2.2逻辑无环流调速系统的原理图 这种逻辑无环流系统有一个转速调节器ASR ，一个反号器 AR ，采用双电流调节器1ACR 和 2ACR ，双触发装置 GTF 和 GTR结构。

主电路采用两组晶闸管装置反并 联线路，由于没有环流，不用再设置环流电抗器，但是为了保证稳定运行时的电流 波形的连续，仍应保留平波电抗器，控制线路采用典型的转速﹑电流双闭环系统， 1ACR 用来调节正组桥电流，其输出控制正组触发装置 GTF ；2ACR 调节反组桥电 流， 其输出控制反组触发装置 GTR ， 1ACR 的给定信号 U i 经反号器 AR 作为 2ACR 的给定信号 U i ,这样可使电流反馈信号 U i 的极性在正﹑反转时都不必改变， 从而可 采用不反映极性的电流检测器，在逻辑无环流系统中设置的无环流逻辑控制器 DLC ，这是系统中关键部件。

它按照系统的工作状态，指挥系统进行自动切换，或 者允许正组触发装置发出触发脉冲而封锁反组，或者允许反组触发装置发出触发脉 冲而封锁正组。

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。

三、主电路的组成及其工作原理 主电路的组成及其工作原理 （1）V-M 系统的可逆线路的分类 根据电机理论，改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能够改变 直流电机的旋转方向。

因此，V-M 系统的可逆线路有两种方式： 电枢反接可逆线路--电枢反接反向过程快，但需要较大容量的晶闸管装置； 励磁反接可逆线路。

励磁反接反向过程慢，控制相对复杂，但所需晶闸管装置 容量小。

本系统采用的是电枢反接可逆接线方案。

（2）本系统的主电路组成及工作原理 系统采用的主电路是两组晶闸管装置反并联可逆线路。

两组晶闸管分别由两套 触发装置控制，不允许让两组晶闸管同时处于整流状态，否则将造成电源短路。

本系统采用的是三相桥式反并联可逆线路，可使电动机在四个象限内运转， 工作原理如下： 1.三相桥式反并联线路在任何时候都必须有两个晶闸管导通才能形成导电回 路，其中一个是共阴极组的，另一组是共阳极组的。

2.关于触发脉冲的相位，共阴极组的三个晶闸管之间应互差 120°共阳极组的 晶闸管之间也应该互差别 120°接在同一相的两管之间互差180°。

3.为了保证整流桥合闸后共阴极组和共阳极组各有一个晶闸管导通，或者在电 流断续后能再次导通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时给触发脉冲。

四、仿真系统的设计4.1电流环结构图的简化图4.1 电流环结构图最终简化图图4.2 电流调节器模块4.2 电流调节器结构的选择调节器基本思路: 将控制对象校正成为典型系统。

系统设计的一般原则：“先内环后外环”。

电流超调量δi ≤5% ，电流环按典型I 型系统设计电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成典型 I 型系统，显然应采用PI 型的电流调节器。

从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，采用 I 型系统就够了。

从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，电流环应以跟随性能为主。

4.3转速调节器设计转速环结构图的简化图4.3 转速环结构图最终简化图 图4.4 转速调节器模块 4.4 转速调节器设计 转速环按典型II 型系统设计，并选中频段宽度h=5。

为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器 ASR 中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 Ⅱ 型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。

4.5 转速调节器的参数计算 (1)传递函数可以写成： s s K s W n n n ASR 1)(ττ+=(1)τn=h(2T+Ton)=5*(2*0.0037+0.01)=0.087s (2)Kp2=(h+1)βCeTm/2hαR(2T+Ton)=6*0.05*0.113*0.275/2*5*0.00668*0.0174*(0.4+1.35+0.5)=3.56 (3)Ki2=τn/Kp2=0.087/3.56=0.024(4)转速调节器ASR 的输出限幅电压U*im 决定了电流给定电压的最大值；它是由负载电流 IdL 决定。

Idl=24A 。

则U*im=In-Idl*λ=136-1.5*24=10V 4.6 逻辑控制器设计 逻辑控制器的工作原理 逻辑控制器模块DLC 是根据控制器的输入来判断输出的逻辑状态。

逻辑控制器有两个输入输出，两个输出信号Ublr 和Ublf 分别通过触发器来控制是否产生还是封锁触发脉冲，输出信号Ublf 和Ublr 的状态必须始终保持相反，以保证两组整流器不会同时处于工作状态。

由于电动机的制动和改变转向都需要改变电动机的转矩方向，即电枢电流的方向，在系统控制中电流的方向是由转速调节器输出Ui*的极性来决定的，也就是说Ui*的符号改变是逻辑控制器切换的条件之一。

从a=β配合控制的分析中已经知道，可逆系统的快速制动或反转过程要经历本桥逆变，反馈制动和回馈制动三个阶段。