電力電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)

1、可逆直流pwm調(diào)速系統(tǒng)目錄引 言11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理22 采用pwm控制的調(diào)速方法32.1 pwm基本原理32.2 pwm發(fā)生電路設(shè)計(jì)33 元器件的選擇比較53.1 基于igbt和 mosfet功率管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的比較53.2 89c51單片機(jī)54 系統(tǒng)電路總設(shè)計(jì)74.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分84.2 驅(qū)動(dòng)電路部分84.3 電源部分95 程序105.1 程序設(shè)計(jì)思想105.2 程序代碼106 系統(tǒng)仿真146.1 matlab/simuink簡介146.2 simulink的啟動(dòng)與界面說明146.3 simulink的仿真過程156.4 pwm直流可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真分析及結(jié)果156.4.1 開環(huán)調(diào)

2、速系統(tǒng)仿真結(jié)果156.4.2 h橋pwm雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果17總 結(jié)19致 謝 20參考文獻(xiàn)21引 言近年來，隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范圍廣;過載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn);需要能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，從而對直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這時(shí)通過pwm方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法應(yīng)運(yùn)而生。目前，直流調(diào)速技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到比較成熟的地步，尤其是隨著全數(shù)字直流調(diào)速

3、的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。目前國內(nèi)各大專院校，科研單位和廠家也都在開發(fā)直流調(diào)速裝置，但大多數(shù)調(diào)速技術(shù)都是結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中，而在民用中應(yīng)用相對較少，所以應(yīng)用已有的成熟技術(shù)開發(fā)性能價(jià)格比高的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的直流調(diào)速單元，將有廣闊的應(yīng)用前景。直流斬波電路原理實(shí)驗(yàn)和直流電機(jī)的pwm調(diào)速實(shí)驗(yàn)都是電力電子技術(shù)課程要求必須開設(shè)的實(shí)驗(yàn)。本課題是應(yīng)生產(chǎn)教儀的廠家的需要,研制開發(fā)出一套控制平滑、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、簡便、可靠性高、操作方便的直流調(diào)速控制掛箱以供大中專院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)之用,利用該掛箱設(shè)備可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有: 降壓斬波電路實(shí)驗(yàn)升壓斬波電路實(shí)驗(yàn)可逆直流pwm調(diào)速實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了斬波實(shí)驗(yàn)電路與

4、可逆pwm調(diào)速實(shí)驗(yàn)電路的兼容。采用傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)主要有以下缺陷：模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了pwm技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于pwm 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流,低速特性好；同樣,由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng),可以獲得很寬的頻帶;開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗小,裝置效率高。pwm 具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理脈寬調(diào)制技術(shù)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對

5、電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量，pwm控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)為：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n和其他參量的關(guān)系可表示為 （1）式中 ua電樞供電電壓（v）； ia 電樞電流（a）； 勵(lì)磁磁通（wb）； ra電樞回路總電阻（）； ce電勢系數(shù)， ，p為電磁對數(shù)，a為電樞并聯(lián)支路數(shù)，n為導(dǎo)體數(shù)。由式（1）可以看出，式中ua、ra、三個(gè)參量都可以成為變量，只要改變其中一個(gè)參量

6、，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以直流電動(dòng)機(jī)有三種基本調(diào)速方法：(1)改變電樞回路總電阻ra；(2)改變電樞供電電壓ua；(3)改變勵(lì)磁磁通?？梢酝ㄟ^改變電樞回路電阻來調(diào)速，此時(shí)轉(zhuǎn)速特性公式為 n=u-【i(r+rw)】/ke （2）式中rw為電樞回路中的外接電阻（）。當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，隨著串入的外接電阻rw的增大，電樞回路總電阻r=(ra+rw)增大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就降低。rw的改變可用接觸器或主令開關(guān)切換來實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)速方法為有級調(diào)速，轉(zhuǎn)速變化率大，輕載下很難得到低速，效率低，故現(xiàn)在這種調(diào)速方法已極少采用。當(dāng)電樞電壓恒定時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流也能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。由式1-1可看出，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁通（也就是

7、勵(lì)磁電流）成反比，即當(dāng)磁通減小時(shí)，轉(zhuǎn)速n升高；反之，則n降低。與此同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩te是磁通和電樞電流ia的乘積（即te=ctia），電樞電流不變時(shí)，隨著磁通的減小，其轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地減小。所以，在這種調(diào)速方法中，隨著電動(dòng)機(jī)磁通的減小，其轉(zhuǎn)矩升高，轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)地降低。在額定電壓和額定電流下，不同轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)始終可以輸出額定功率，因此這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速。2 采用pwm控制的調(diào)速方法2.1 pwm基本原理pwm（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。pwm可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力

8、控制等等。在pwm驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?，pwm又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。如下圖所示： 圖2.1 開關(guān)驅(qū)動(dòng)設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為vmax，設(shè)占空比為d= t1 / t，則電機(jī)的平均速度為va = vmax * d，其中va指的是電機(jī)的平均速度；vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；d = t1 / t是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 d = t1 / t時(shí)，就可以得到不同的

9、電機(jī)平均速度vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度vd 與占空比d并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。2.2 pwm發(fā)生電路設(shè)計(jì)pwm波可以由具有pwm輸出的單片機(jī)通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用pwm專用芯片來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)pwm波的頻率太高時(shí)，它對直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時(shí)，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)pwm波的頻率在18khz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了pwm信號發(fā)生電路。兩片數(shù)值比較器4585，即圖2.2 u2、u3的a組接12位串行4040計(jì)數(shù)

10、輸出端q2q9，而u2、u3的b組接到單片機(jī)的p1端口。只要改變p1端口的輸出值，那么就可以使得pwm信號的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。圖2.2 數(shù)值比較電路12位串行計(jì)數(shù)器4040的計(jì)數(shù)輸入端clk接到單片機(jī)c51晶振的振蕩輸出xtal2。計(jì)數(shù)器4040每來8個(gè)脈沖，其輸出q2q9加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī)p1端口輸出值x時(shí)，圖中u2的（ab）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī)p1端口輸出值x時(shí)，圖中u2的（ab）輸出端為高電平。隨著計(jì)數(shù)值的增加，q2q9由全“1”變?yōu)槿?”時(shí)，圖中u2的（ab）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在u2的（ab）端得到了pwm的信號，它的占空比為

11、（255 -x / 255）*100%，那么只要改變x的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變pwm信號的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。使用這個(gè)方法時(shí)，單片機(jī)只需要根據(jù)調(diào)整量輸出x的值，而pwm信號由三片通用數(shù)字電路生成，這樣可以使得軟件大大簡化，同時(shí)也有利于單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作。由于單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)p1端口輸出全為“1”，使用數(shù)值比較器4585的b組與p1端口相連，升速時(shí)p0端口輸出x按一定規(guī)律減少，而降速時(shí)按一定規(guī)律增大。本設(shè)計(jì)就采用該技術(shù)。3 元器件的選擇比較3.1 基于igbt和 mosfet功率管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的比較igbt驅(qū)動(dòng)電路能驅(qū)動(dòng)大型的功率設(shè)備，但價(jià)格高。mosfet能驅(qū)動(dòng)較大的功率設(shè)

12、備，價(jià)格比igbt低很多。本課程設(shè)計(jì)是驅(qū)動(dòng)小功率直流電動(dòng)機(jī)，可以用igbt和 mosfet功率管的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。但電動(dòng)機(jī)功率僅為100w，所以本課程設(shè)計(jì)采用mosfet管來進(jìn)行控制。功率場效應(yīng)管(mosfet)與雙極型功率相比具有如下特點(diǎn)：1場效應(yīng)管(mosfet)是電壓控制型器件(雙極型是電流控制型器件)，因此在驅(qū)動(dòng)大電流時(shí)無需推動(dòng)級，電路較簡單；2輸入阻抗高，可達(dá)108以上；3工作頻率范圍寬，開關(guān)速度高(開關(guān)時(shí)間為幾十納秒到幾百納秒)，開關(guān)損耗??；4有較優(yōu)良的線性區(qū)，并且場效應(yīng)管(mosfet)的輸入電容比雙極型的輸入電容小得多，所以它的交流輸入阻抗極高；噪聲也小，最合適制作hi-fi音響

13、；3.2 89c51單片機(jī)1 89c51單片機(jī)的基本組成89c51單片機(jī)由cpu和8個(gè)部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用cpu加上外圍單芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如圖3.1所示： 圖3.1 89c51單片機(jī)的基本構(gòu)成2cpu及8個(gè)部件的作用功能介紹如下中央處理器cpu：它是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：8051芯片中共有256個(gè)ram單元，能作為存儲器使用的只是前128個(gè)單元，其地址為00h7fh。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個(gè)單元，簡稱內(nèi)部ram。特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部件進(jìn)

14、行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)特殊功能的ram區(qū)，位于內(nèi)部ram的高128個(gè)單元，其地址為80hffh。內(nèi)部程序存儲器：8051芯片內(nèi)部共有4k個(gè)單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部rom。并行i/o口：8051芯片內(nèi)部有4個(gè)8位的i/o口（p0，p1，p2，p3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：它是用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器，用來實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并且以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)和串行中斷1個(gè)。振蕩電路：它外接石英晶體和微

15、調(diào)電容即可構(gòu)成8051單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12mhz。389c51單片機(jī)引腳圖 圖3.2 89c51單片機(jī)單片機(jī)價(jià)格便宜，使用簡單、方便，功能較齊全，能夠達(dá)到控制本電路的要求。所以本課程設(shè)計(jì)采用89c51單片機(jī)。4 系統(tǒng)電路總設(shè)計(jì)圖4.1總體電路原理圖本次課程設(shè)計(jì)采用定頻調(diào)寬法：t1+t2保持一定，使t1在0t范圍內(nèi)變化來改變a的值從而達(dá)到調(diào)壓的目的。以89s51單片機(jī)系統(tǒng)和7805穩(wěn)壓電源系統(tǒng)以及光電耦合mosfet部分組成。由鍵盤k1和k2發(fā)出指令，單片機(jī)處理后經(jīng)p26口發(fā)出矩形波，通過占空比的調(diào)節(jié)達(dá)到電機(jī)調(diào)速的目的。當(dāng)按下key1按鍵時(shí)，irf740

16、mosfet功率管1腳的高電平占空比增大，電樞電壓增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速增大；當(dāng)按下key2按鍵時(shí)，irf740mosfet功率管1腳的高電平占空比減小，電樞電壓減小，電機(jī)轉(zhuǎn)速減小。從而通過單片機(jī)達(dá)到簡單調(diào)速的目的。4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)部分圖4.2 最小單片機(jī)系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用了89c51單片機(jī)，由最小單片機(jī)系統(tǒng)組成，并將單片機(jī)的p26口作為輸出口，輸出占空比不同的矩形波，供給后續(xù)驅(qū)動(dòng)電路部分，在單片機(jī)的外圍擴(kuò)展了兩個(gè)按鍵，k1作為加速按鍵，k2作為減速按鍵，進(jìn)行調(diào)速控制。4.2 驅(qū)動(dòng)電路部分圖4.3驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)部分主要由用的光電耦合器和mosfet組成，由單片機(jī)的p26口提供的信號，p26當(dāng)為

17、高電平時(shí)，發(fā)光管導(dǎo)通，光電耦合器輸出低電平，mosfet關(guān)閉，回路關(guān)閉。當(dāng)p26口為低電平時(shí)，發(fā)光管關(guān)閉，光電耦合器輸出為高電平，mosfet打開，回路導(dǎo)通。4.3 電源部分圖4.4電源電路電源部分采用的是三端穩(wěn)壓器7805，輸入由ac-dc變壓器提供+9v直流電，經(jīng)7805穩(wěn)壓，由電容濾波，輸出+5v電壓，為單片機(jī)提供工作電源。答辯時(shí)得知數(shù)據(jù)有偏差，但確實(shí)為實(shí)驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)。附錄有圖。轉(zhuǎn)速和電壓的關(guān)系序號1234轉(zhuǎn)速（vpm）11931073906717電壓（v）169152.3129.1102.4 5 程序5.1 程序設(shè)計(jì)思想當(dāng)按key1鍵時(shí)，電壓升高，轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)按key2鍵時(shí)，電壓下降，轉(zhuǎn)

18、速下降;定時(shí)器1中斷用來產(chǎn)生周期為1ms的脈寬信號，定時(shí)器每次中斷后改變下一次的定時(shí)設(shè)置，設(shè)置值由按鍵決定，按key1，高脈寬定時(shí)時(shí)間加大，按key2，低脈寬定時(shí)時(shí)間增大，每次變化10us。 n初始化，周期t=20ms，高電平t0=10ms判斷是否有按鍵按下開始t0增加或減少1ms，改變占空比y圖5.1 程序設(shè)計(jì)流程5.2 程序代碼org0000hajmpmainorg001bhajmpintt1org0100hmain:mov60h,#0feh/存放高電平的脈寬時(shí)間，定時(shí)500usmov61h,#0chmov62h,#0fehmov63h,#0ch/存放低電平的脈寬時(shí)間，定時(shí)500us，剛開

19、始時(shí)，高低電平各為50，此時(shí)電壓為輸入電壓的一半，電機(jī)此時(shí)的轉(zhuǎn)速為最低。調(diào)速設(shè)定為向上調(diào)節(jié)，即按加鍵時(shí)轉(zhuǎn)速上升，此時(shí)按減鍵，轉(zhuǎn)速不變。clrp2.0movtmod,#10h/定時(shí)器1用來產(chǎn)生脈寬，周期固定為1ms，movth1,60hmovtl1,61hsetbeasetbet1setbpt1setbtr1setbp2.6readkey:setbp1.2clrp1.0jnbp1.2,delayjnbp1.3,delayajmpreadkeydelay:lcalldl10ms;去抖setbp1.2clrp1.0jnbp1.2,havekey1 /假設(shè)電路板接兩個(gè)鍵，分別為key1和key2，ke

20、y1為脈寬增加，key2為脈寬減小jnbp1.3,havekey2ajmpreadkeyhavekey1:mova,61h/是加鍵，60h61h值減小，高電平脈寬增加，62h63h值增大，低電平時(shí)間減小clrcsubba,#0ahmov61h,amova,60hsubba,#00hmov60h,aclrcmova,63hadda,#0ahmov63h,amova,62haddca,#00hmov62h,amovr2,60hmovr3,61hmovr6,#0fchmovr7,#18hlcallnsub1jnccontinumov60h,#0fch/超出調(diào)速范圍，即高脈寬大于1ms溢出了，則保持此

21、數(shù)值mov61h,#18hmov62h,#0ffhmov63h,#0fbhcontinu:ajmpnotxshavekey2:mova,63h/是減鍵，60h61h值增加，高電平脈寬減小，62h63h值減小，低電平時(shí)間增大clrcsubba,#0ahmov63h,amova,62hsubba,#00hmov62h,aclrcmova,61hadda,#0ahmov61h,amova,60haddca,#00hmov60h,amovr2,62hmovr3,63hmovr6,#0fdh;#0fch /設(shè)定低電平最長保持700us，高電平最少300usmovr7,#44h;#18h /0fc18是低

22、電平保持1ms，高電平幾乎為0的情況，這種情況輸出電壓幾乎為0，電機(jī)停止lcallnsub1jncnotxsmov60h,#0feh/高電平最少保持300us，低電平最大700usmov61h,#0d4hmov62h,#0fdhmov63h,#44hnotxs:ljmpreadkeyret /雙字節(jié)減法子程序，功能：（r2r3)-(r6r7)-r4r5nsub1:mova,r3clrcsubba,r7movr5,amova,r2subba,r6movr4,aret /定時(shí)器1中斷，總周期20ms。pushpswpushaccsetbrs0clrrs1jnb20h,xgthtlclr20hmov

23、th1,62hmovtl1,63hsetbp2.6ajmpretiendxgthtl: setb20hmovth1,60hmovtl1,61hclrp2.6retiend:popaccpoppswretidl10ms:movr6,#30ddcwm:movr7,#0fahdcwm:djnzr7,dcwmdjnzr6,ddcwmret6 系統(tǒng)仿真6.1 matlab/simuink簡介計(jì)算機(jī)是一種解算工具。簡單地說，仿真是建立相應(yīng)物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上解算的過程。數(shù)學(xué)模型是仿真的基礎(chǔ)，只有建立正確的數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)，才能得到正確的仿真結(jié)果，仿真才有意義。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，仿真的發(fā)展經(jīng)歷模擬仿真

24、、混合仿真、數(shù)字仿真的歷史過程。目前，采用數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)仿真獲得了普遍的應(yīng)用。matlab是由mathworks公司于1984年推出的一套數(shù)值計(jì)算軟件，分為總包和若干個(gè)數(shù)據(jù)箱，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、偏微分方程數(shù)值、自動(dòng)控制、信號處理、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域的計(jì)算和圖形顯示功能。它將不同數(shù)學(xué)分支的算法以函數(shù)的形式分類成庫，使用時(shí)直接調(diào)用這些函數(shù)并賦予實(shí)際參數(shù)就可以解決問題，快速而且準(zhǔn)確。simulink是mathworks公司于1990年推出的產(chǎn)品，是用于matlab下建立系統(tǒng)框圖和仿真的環(huán)境。從名字上看，立即就能看出該程序的兩層含義，首先“simu”一詞表明它可以用于計(jì)算機(jī)仿真，而“l(fā)i

25、nk”一詞表明它能進(jìn)行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來，構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)模型。最近幾年，后來崛起的simulink已成為學(xué)術(shù)領(lǐng)域及工業(yè)領(lǐng)域在構(gòu)建、仿真與分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)上使用最為廣泛的軟件包，它支持線性及非線性系統(tǒng)，能創(chuàng)建連續(xù)時(shí)間、離散時(shí)間或者兩者混合的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)也能夠是多采樣頻率的（multirate），也就是不同的系統(tǒng)能夠以不同的采樣頻率結(jié)合起來。simulink作為matlab的一個(gè)附加組件，的一個(gè)附加組件，用來提供一個(gè)系統(tǒng)的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺。simulink是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確的創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的，特別對于復(fù)雜的非線性，它的效果更為明顯。simulink

26、模型可以用來模擬線性或非線性、連續(xù)或離散或者兩者混合系統(tǒng)，也就是說它可以用來模擬幾乎所有可遇到的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。另外，simulink還提供一套圖形動(dòng)畫的處理方法，使用戶可以方便的觀察到仿真的整個(gè)過程。6.2 simulink的啟動(dòng)與界面說明啟動(dòng)simulink在matlab命令平臺上鍵入命令：simulink就能進(jìn)入simulink仿真環(huán)境的子窗口simulink的菜單窗口的最上方一覽的simulink的主菜單，各選項(xiàng)由：file,edit,view等打開一個(gè)文件后，主菜單欄還會(huì)增加simulation,format,tools等選項(xiàng)。simulink的功能模塊組左邊的窗口列出了simulink的

27、功能模塊組，例如：commonly used blocks常用單元模塊組continuous連續(xù)單元模塊組discrete離散單元模塊組linear線性單元模塊組nonlineae非線性單元模塊組sources輸入信號模塊組sinks輸出信號模塊組用鼠標(biāo)單機(jī)某模塊組的圖標(biāo)，及選中該模塊。同時(shí)，在右邊會(huì)打開該模塊的子窗口，用于選擇需要的模塊。6.3 simulink的仿真過程 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)圖文件在simulink界面上打開file菜單，選擇new，打開一個(gè)名為untitled的結(jié)構(gòu)程序文件窗口。結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所需要的模塊單元，構(gòu)成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。具體操作為：激活simulink（如前所述

28、）。激活信號源模塊組sources，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。激活線性單元模塊組linear，選中所需要的單元圖標(biāo)，如求和器等，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。激活輸出顯示模塊組silnks，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放在用戶文件窗口上，用鼠標(biāo)在個(gè)拖入的單元之間做連線。在結(jié)構(gòu)圖上激活相應(yīng)的單元，完成對各單元的參數(shù)設(shè)置于修改。simulink仿真的啟動(dòng)與停止用鼠標(biāo)選擇主菜單的simulink選項(xiàng) 出現(xiàn)下拉子菜單，選中start仿真即開始，仿真啟動(dòng)后，該選項(xiàng)即變成stop用于啟動(dòng)后的停止選擇。6.4 pwm直流可逆調(diào)

29、速系統(tǒng)的仿真分析及結(jié)果6.4.1 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果在如圖6.1所示的轉(zhuǎn)速給定條件下，可以得到pwm開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流，電樞電壓，電磁轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)速的仿真圖。圖6.1 轉(zhuǎn)速給定圖6.2 開環(huán)系統(tǒng)電樞電流仿真如圖6.2所示:在t=0時(shí)，轉(zhuǎn)速給定n=8，電樞電流i=20，隨著轉(zhuǎn)速的上升電樞電流開始下降，當(dāng)t=1時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定，電樞電流i=6也保持一穩(wěn)定值。當(dāng)t=2時(shí)，轉(zhuǎn)速給定n=-8，電樞電流也達(dá)到反向最大，然后電樞電流i的變化過程和正向給定一樣。 圖6.3 開環(huán)系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩仿真圖如圖6.3所示：因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩te和電樞電流ia有關(guān)，所以它的變化過程和電樞電流一模一樣。圖6.4 開環(huán)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速

30、仿真圖如圖6.4所示：t=0時(shí)，在轉(zhuǎn)速給定n=8的條件下，轉(zhuǎn)速n=0開始加速上升。當(dāng)t=1時(shí)，電樞電流達(dá)到穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速加速度也等于零，轉(zhuǎn)速也達(dá)到最大n=1750，系統(tǒng)穩(wěn)定。當(dāng)t=2時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速給定n=-8反向，轉(zhuǎn)速開始加速下降，并在很短時(shí)間里下降為零。緊接著轉(zhuǎn)速開始反向加速，然后和正向起動(dòng)是一樣的過程。6.4.2 h橋pwm雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果同樣在圖6.1轉(zhuǎn)速給定下，我們可以用h橋pwm雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型得到閉環(huán)系統(tǒng)的電樞電流，電樞電壓，電磁轉(zhuǎn)矩，和輸出轉(zhuǎn)速的仿真圖。 圖6.5 雙閉環(huán)系統(tǒng)電樞電流仿真圖如圖6.5所示，因?yàn)殡p閉環(huán)系統(tǒng)有電流反饋所以電樞電流理論上基本保持一樣。只是在不同轉(zhuǎn)速給定下大小和方向不同，比如在轉(zhuǎn)速給定是正直時(shí)，它也是正直。反之，它就是負(fù)值。圖6.6 雙閉環(huán)系統(tǒng)pwm輸出波形圖6.7 雙閉環(huán)系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速仿真圖總 結(jié)這一次的課程設(shè)計(jì)讓