发布时间 : 星期日 文章基于Matlab的双闭环直流调速系统仿真研究毕业设计论文更新完毕开始阅读d5c487ebb1717fd5360cba1aa8114431b90d8ed4
2.8双闭环直流调速系统的频域分析
在设计校正装置时，主要的研究工具是伯德图（Bode Diagram）如图2-8所示，即开环对数频率特性的渐近线。它的绘制方法简便，可以确切地提供稳定性和稳定裕度的信息，而且还能大致衡量闭环系统稳态和动态的性能。正因为如此，伯德图是自动控制系统设计和应用中普遍使用的方法。
L/dB 低频段 中频段 -20dB/dec 高频段 0 ?c ?/s -1
图2-8 典型的控制系统伯德图 Fig2-8 Typical control system Bode Diagram
在定性地分析闭环系统性能时，通常将伯德图分成低、中、高三个频段，频段的分割界限是大致的，从上图中三个频段的特征可以判断系统的性能，这些特征包括以下四个方面：
(1)中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性好；
(2)截止频率（或称剪切频率）?c越高，则系统的快速性越好； (3)低频段的斜率陡、增益高，说明系统的稳态精度高；
(4)高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。 以上四个方面常常是互相矛盾的。对稳态精度要求很高时，常需要放大系数大，却可能使系统不稳定；加上校正装置后，系统稳定了，又可能牺牲快速性；提高截止频率可以加快系统的响应，又容易引入高频干扰；如此等等。
设计时往往须在稳、准、快和抗干扰这四个矛盾的方面之间取得折中，才能获得比较满意的结果。
在伯德图，稳定裕度是衡量最小相位系统稳定程度（即相对稳定性）的重要指标，保留适当的稳定裕度可以防止系统在各元件参数发生变化后导致不稳定，稳定裕度也能间接地反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大意味着震荡弱、超调小。稳定裕度包括模稳定裕度Lh和相稳定裕度γ，一般要求：
Lh≥6dB
γ≥40
?2.9双闭环直流调速系统两个调节器的作用
1．转速调节器的作用
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（1）使转速n跟随给定电压Um变化，当偏差电压为零时，实现稳态无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。
（3）其输出限幅值决定允许的最大电流。 2．电流调节器的作用
（1）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压Ui变化。 （2）对电网电压波动起及时抗扰作用。
（3）起动时保证获得允许的最大电流，使系统获得最大加速度起动。
（4）当电机过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起大快速的安全保护作用。
当故障消失时，系统能够自动恢复正常。
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3 MATLAB语言及Simulink
3.1仿真技术的背景
仿真技术作为一门综合性的科学已有四十多年的发展历史,其间经历了物理模型仿真,模拟计算机仿真和数字计算机仿真。早期,人们采用计算机高级程序语言对系统进行仿真,如BASIC、FORTRAN、PASCAL等。近些年,C语言用得最为普遍。用计算机高级程序语言编制的系统仿真程序,不但要详尽描述各类事件的发生和处理情况,还要规定各类事件的处理顺序。这样,即便是一个很简单的系统,程序也会很长,难于调试。同时,为了设计出优良的人机界面,对数据输入方式和
仿真结果的数据打印格式或图形表达形式要大费心思。
3.2 Matlab和Simulink简介
电子计算机的出现和发展是现代科学技术的巨大成就之一。它对科学计术的几乎一切领域，特别对数值计算，数据处理，统计分析，人工智能以及自动控制等方面产生了极其深远的影响。熟练掌握利用计算机进行科学研究和工程应用的技术，已经成为广大科研设技人员必须具备的基本能力之一。大部分从事科学研究和工程应用的读者朋友可能都已经注意到并为之所困扰的是，当我们的计算涉及矩阵运算或画图时，利用FORTRAN和C语言等计算机语言进行程序设计是一项很麻烦的工作。Matlab正是为了免除无数类似上述的尴尬局面而产生的。在1980年前后，美国的Cleve博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其它高级语言编程极为不便，便构思并开发了Matlab（MATrix LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，矩阵的运算变得异常容易。
为了准确的把一个控制系统的复杂模型输入给计算机，然后对之进行进一步的分析与仿真，1990年MathWorks软件公司为Matlab提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并定名为Simulnk，该工具很快在控制界得到了广泛的应用。但因其名字与著名的软件Simula类似，所以在1992年正式改名为Simulink。此软件有两个明显的功能：仿真与连接，亦即可以利用鼠标器在模型窗口上画出所需要的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显，这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。Simulink的出现，更使得Matlab为控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。
目前的Matlab已经成为国际上最为流行的软件之一，它除了传统的交互式编程外，还提供了丰富可的矩阵运算，图形绘制，数据处理，图像处理，方便的Windows编程等便利工具，由各个领域的专家学者相继推出了以Matlab为基础的实用工具箱工具箱,其中主要有信号处理、控制系统、神经网络、图像处理、鲁棒控制、非线性系统控制设计、系统辨识、最优化、μ分析与综合、模糊逻辑、小波、样条等工具箱,而且工具箱还在不断增加。借助其强大的功能，Matlab广泛应用于自动控制、图像信号处理，生物医学工程，语音处理，雷
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达工程，信号分析，振动理论，时序分析与建模，化学统计学，优化设计等领域，并表现出一般高级语言难以比拟的优势。
3.3 Matlab建模与仿真
长期以来，仿真领域的研究重点在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，要设计一种算法以使系统模型等为计算机所接受，然后再将其编制成程序在计算机上运行，因此，建模通常需要很长一段时间，同时仿真结果的分析必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导。Matlab 提供的动态系统仿真工具 Simulink 可有效解决上述仿真技术问题。 在 Simulink 中，建立系统模型，可以随意改变仿真参数，即时得到修改后的仿真结果。 Matlab中的分析与可视化工具多种多样且易于操作。利用 Simulink 对动态系统做适当仿真和分析，可以在实际做出系统之前进行，以便对不符合要求的系统进行适时校正，增强系统性能，减少系统反复修改的时间，实现高效开发系统的目标。 动态仿真结果用图形方式显示在示波器的窗口或将数据以数字方式显示出来。 常用的 3 种示波器为Scope，XY Graph和Display。
3.4 Simulink仿真工具
为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机,然后对之进行进一步的分析与仿真,MathWorks公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具,并定名为Simulink。
MATLAB软件的Toolbox工具箱与Simulink仿真工具，为控制系统的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使控制系统的计算与仿真的传统方式发生了革命性的变化。MATLAB已经成为国际、国内控制领域内最流行的计算与仿真软件。
Simulink有两个明显的功能:仿真与连接,亦即可以利用鼠标器在模型窗口上画出所需的控制系统模型,然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显,这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。Simulink的出现,更使得Matlab为控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。
Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,不仅界面友好且支持更灵活的模型描述手段。用户既可直接用方块图来输入仿真模型,也可用Matlab语言编写M-文件来输入。既可以纯图形方式输入,也可以纯文本方式来输入。还可将上述两种方法交叉混合使用。既可对连续系统也可对离散系统进行仿真,还适合于采样保持系统。同时,它也具有能在仿真进行的过程中动态改变仿真参数的功能。因此可以不难理解它自推出以后,就一直受到欧美和日本等国家或地区的控制界学者的青睐。
Simulink为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型就像你用笔和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包用微分和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink包含有Sinks(输出方式)、Source(输入源)、Linear(线性环节)、Nonlinear(非线性环节)、Connections(连接与接口)和Extra (其它环节)子模型库,而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。用户也可以定制和创建用户自已的模块。
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