畢業(yè)論文：變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望

1、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的開展現(xiàn)狀與前景展望交流傳動與控制技術(shù)是目前開展最為迅速的技術(shù)之一，這是和電力電子器件制造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以及微型計算機和大規(guī)模集成電路的飛速開展密切相關(guān)。 通用變頻器作為早個商品開始在國內(nèi)上市，是近十年的事，銷售額逐年增加，于今全年有超過數(shù)十億元RMB的市場。其中各種進口品牌居多，功率小至百瓦大至數(shù)千千瓦；功能簡易或復(fù)雜；精度低或高；響應(yīng)慢或快：有PG測速機或無PG;有噪音或無噪音等等。 對于許多用戶來說,這十年中經(jīng)歷了屢次更新，現(xiàn)所使用的變頻器大都屬于目前最為先進的機型如果從應(yīng)用的角度來說，我們的水準與興旺國家沒有什么兩樣。作為國內(nèi)制造商,通過這十年來對國外的先進技術(shù)

2、進行銷化，也正在積極地進行國產(chǎn)變頻器的自主開發(fā)努力追趕世界興旺國家的水平。 回憶近十年來國外通用變頻器技術(shù)的開展對于深入了解交流傳動與控制技術(shù)的走向，以及如何站在高起點上結(jié)合我國國情開發(fā)我國自己的產(chǎn)品應(yīng)該說具有十分積極的意義.2.關(guān)于功率器件 變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)根底之上的。在低壓交流電動機的傳動控制中，應(yīng)用最多的功率器件有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊 IPM(Intelligent Power Module，后面二種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關(guān)特性于一體是目前通用變頻器中最廣泛使用的主流功率器件。IGBT集射電壓 Vce可3V,頻率可到達20KHZ,內(nèi)含的

3、集射極間超高速二極管Trr可達150ns,1992年前后開始在通用變頻器中得到廣泛應(yīng)用。其開展的方向是損耗更低,開關(guān)速度更快、電壓更高,容量更大(3.3KV、 1200A), 目前，采用溝道型柵極技術(shù)、非穿通技術(shù)等方法大幅度降低了集電極一發(fā)射極之間的飽和電壓VCEsat)的第四代IGBT也已問世。 第四代IGBT的應(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高。其一是ICBT開關(guān)器件發(fā)熱減少，將曾占主回路發(fā)熱5070的器件發(fā)熱降低了30。其二是高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善；其三是開關(guān)頻率提高，使之超過人耳的感受范圍，即實現(xiàn)了電機運行的靜青化；其四是驅(qū)動功率減少，體積趨于更小。 而IPM的投入應(yīng)用比I

4、GBT約晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅(qū)動和保護電路.甚至還有的把光耦也集成于一體，因此是種更為好用的集成型功率器件，目前，在模塊額定由流10600A范圍內(nèi)，通用變頻器均有采用IPM的趨問，其優(yōu)點是：l開關(guān)速度快，驅(qū)動電流小，控制驅(qū)動更為簡單。2)內(nèi)含電流傳感器，可以高效迅速地檢測出過電流和短路電流，能對功率芯片給予足夠的保護，故障率大大降低。3)由于在器件內(nèi)部電源電路和驅(qū)動電路的配線設(shè)計上做到優(yōu)化，所以浪涌電壓，門極振蕩，噪聲引起的干擾等問題能有效得到控制。4保護功能較為豐富，如電流保護、電壓保護、溫度保護一應(yīng)俱全，隨著技術(shù)的進步，保護功能將進一步日臻完善。5IPM的售價已逐漸

5、接近IGBT而計人采用IPM后的開關(guān)電源容量、驅(qū)動功率容量的減小和器件的節(jié)省以及綜合性能提高等因素后在許多場合其性價比已高過IGBT，有很好的經(jīng)濟性。 為此IPM除了在工業(yè)變頻器中被大量采用之后，經(jīng)濟型的IPM在近年內(nèi)也開始在一些民用品如家用空調(diào)變頻器，冰箱變頻器、洗衣機變頻器中得到應(yīng)用。IPM 也在向更高的水平開展，日本三菱電機最近開發(fā)的專用智能模塊ASIPM將不需要外接光耦，通過內(nèi)部自舉電路可單電源供電并采用了低電感的封裝技術(shù)，在實現(xiàn)系統(tǒng)小型化，專用化，高性能，低本錢方面又推進了一步。3.關(guān)于控制方式 早期通用變頻器如東芝TOSVERT130系列、FUJI FVRG5P5系列，SANKEN

6、 SVF系列等大多數(shù)為開環(huán)恒壓比VF=常數(shù)的控制方式其優(yōu)點是控制結(jié)構(gòu)簡單、本錢較低，缺點是系統(tǒng)性能不高，比擬適合應(yīng)用在風機、水泵調(diào)這場合。具體來說，其控制曲線會隨著負載的變化而變化；轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢，電視轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降穩(wěn)定性變差等。對變頻器UF控制系統(tǒng)的改造主要經(jīng)歷了三個階段；第一階段：1. 八十年代初日本學者提出了根本磁通軌跡的電壓空間矢量或稱磁通軌跡法。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成二相調(diào)制波形。這種方法被稱為電壓空間矢量控制。典型機種如1989年前后進入中國市場的FUJI富士FRN5O

7、OOG5/P5、 SANKEN三墾MF系列等。引人頻率補償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差基于電機的穩(wěn)態(tài)模型，用直流電流信號重建相電流，如西門子MicroMaster系列,由此估算出磁鏈幅值，并通過反應(yīng)控制來消除低速時定子電阻對性能的影響。將輸出電壓、電流進行閉環(huán)控制，以提高動態(tài)負載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度，同時也一定程度上求得電流波形的改善。這種控制方法的另一個好處是對再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實現(xiàn)快速的加減速。 之后，1991年由富士電機推出大家熟知的FVR與 FRNG7P7系列的設(shè)計中，不同程度融入了3項技術(shù)，因此很具有代表性。三菱日立，東芝也都有類似的產(chǎn)品。然而，在上

8、述四種方法中，由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善.第二階段：矢量控制。也稱磁場定向控制。它是七十年代初由西德 F.Blasschke等人首先提出，以直流電動機和交流電動機比擬的方法分析闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了交流電動機等效直流電動機控制的先河。它使人們看到交流電動機盡管控制復(fù)雜，但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨立控制的內(nèi)在本質(zhì)。 矢量控制的根本點是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，以及矢量變換的復(fù)雜性，使得實際控制效果往往難以到達理論分析的效果，這是矢量控制技術(shù)在實踐上的缺乏。

9、此外它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配留轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應(yīng)用場合帶來不便。僅管如此，矢量控制技術(shù)仍然在努力融入通用型變頻器中，1992年開始，德國西門子開發(fā)了6SE70通用型系列，通過FC、VC、SC板可以分別實現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制。1994年將該系列擴展至315KW以上。目前，6SE70系列除了200KW以下價格較高，在200KW以上有很高的性價比。第三階段： 1985年德國魯爾大學Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論Direct Torque Control簡稱DTC。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控

10、制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。 轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于：轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息；控制上對除定子電阻外的所有電機參數(shù)變化魯棒性良好；所引入的定子磁鍵觀測器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化。這種控制方法被應(yīng)用于通用變頻器的設(shè)計之中，是很自然的事，這種控制被稱為無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。然而，這種控制依賴于精確的電機數(shù)學模型和對電機參數(shù)的自動識別Identification向你ID),通過ID運行自動確立電機實際的定子阻抗互感、飽和因素、電動機慣量等重要參數(shù)，然后根據(jù)精確的電動機模型估算出電動機的

11、實際轉(zhuǎn)矩、定子碰鏈和轉(zhuǎn)子速度，并由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的 BandBand控制產(chǎn)生PWM信號對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行控制。這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和很高的速度、轉(zhuǎn)矩控制精度。 1995年ABB公司首先推出的ACS600直接轉(zhuǎn)矩控制系列，已到達2ms的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度在帶PG時的靜態(tài)速度精度達土O.01%，在不帶PG 的情況下即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，向樣可以到達正負0.1的速度控制精度。其他公司也以直接轉(zhuǎn)矩控制為努力目標，如安川 VS676H5高性能無速度傳感器矢量控制系列，雖與直接轉(zhuǎn)矩控制還有差異，但它也已做到了100ms的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)和正負0.2%無PG,正負 0.01帶 PG的速度控

12、制精度，轉(zhuǎn)矩控制精度在正負3左右。其他公司如日本富士電機推出的FRN 5000G9P9以及最新的 FRN5000GllP11系列出采取了類似無速度傳感器控制的設(shè)計，性能有了進一步提高，然而變頻器的價格并不比以前的機型昂貴多少。 控制技術(shù)的開展完全得益于微處理機技術(shù)的開展，自從1991年INTEL公司推出8X196MC系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價比等方面都有很大的開展。如日本三菱電機開發(fā)用于電動機控制的M37705、M7906單片機和美國德州儀器的TMS320C240DSP等都是頗具代表性的產(chǎn)品。4.關(guān)于PWM技術(shù) PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。196

13、4年A.Schonung和H.stemmler首先在評論上提出把這項通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。 從最初采用模擬電路完成三角調(diào)制波和參考正弦波比擬，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制SPWM信號以控制功率器件的開關(guān)開始，到目前采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實時在線的PWM信號輸出，可以說直到目前為止，PWM在各種應(yīng)用場合仍占主導(dǎo)地位,并一直是人們研究的熱點。 由于PWM可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點，由此在交流傳動乃至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。PWM控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦PWM包括電壓，電流或磁通的正弦為目標的各種PWM方案，多重PWM也應(yīng)歸于此類，優(yōu)化P

14、WM及隨機PWM。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨特的優(yōu)勢如 ABB ACS1000系列和美國ROBICON公司的完美無諧波系列等；而優(yōu)化PWM所追求的那么是實現(xiàn)電流諧波畸變率THD最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動最小以及其它特定優(yōu)化目標。 在70年代開始至80年代初，由于當時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般最高不超過5KHZ，電機繞組的電磁噪音及諧波引起的振動引起人們的關(guān)注。為求得改善，隨機PwM方法應(yīng)運而生。其原理是隨機改變開關(guān)頻率使電機電磁噪音近似為限帶白噪聲在線性頻率坐標系中，各頻

15、率能量分布是均勻的，盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強度大大削弱。正因為如此，即使在IGBT已被廣泛應(yīng)用的今天，對于載波頻率必須限制在較低頻率的場合，隨機PWM仍然有其特殊的價值DTC控制即為一例；另一方面那么告訴人們消除機械和電磁噪音的最正確方法不是盲目地提高工作頻率，因為隨機PWM技術(shù)提供了一個分析、解決問題的全新思路。5.展望 通用變頻器的開展是世界高速經(jīng)濟開展的產(chǎn)物。其開展的趨勢大致為：5.l主控一體化 日本三菱公司將功率芯片和控制電路集成在一快芯片上的DIPIPM即雙列直插式封裝的研制已經(jīng)完成并推向市場。一種使逆變功率和控制電路到達一體化，智能化和高性能化的H

16、VIC高耐壓ICSOCSystem on Chip的概念已被用戶接受，首先滿足了家電市場低本錢、小型化、高可靠性和易使用等的要求。因此葉以展望，隨著功率做大，此產(chǎn)品在市場上極具競爭力。5.2 小型化 用日本富士FUJI電機的三添勝先生的話說，變頻器的小型化就是向發(fā)熱挑戰(zhàn)。這就是說變頻器的小型化除了出自支撐部件的實裝技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計的大規(guī)模集成化，功率器件發(fā)熱的改善和冷卻技術(shù)的開展已成為小型化的重要原因。ABB公司將小型變頻器定型為CompACTM他向全球發(fā)布的全新概念是，小功率變頻器應(yīng)當象接觸器、軟起動器等電器元件一樣使用簡單，安裝方便，平安可靠。5.3低電磁噪音化 今后的變頻器都要求在抗干擾和

17、抑制高次諧波方面符合EMC國際標準，主要做法足在變頻器輸入側(cè)加交流電抗器或有源功率因數(shù)校正Active Power Factor Correction APFC電路，改善輸入電流波形降低電網(wǎng)諧波以及逆變橋采取電流過零的開關(guān)技術(shù)。而控制電源用的開關(guān)電源將推崇半諧振方式，這種開關(guān)控制方式在 3050MhZ時的噪聲可降低1520dB。5.4專用化 通用變頻器中出現(xiàn)專用型家族是近年來的事。其目的是更好發(fā)揮變頻器的獨特功能并盡可能地方便用戶。如用于起重稅負載的 ARB ACC系列，用廣交流電梯的 Siemens MICO340系列和FUJI FRN5000G11UD系列，其他還有用于恒壓供水、上作機械主

18、軸傳動、電源再生、紡織、機車牽引等專用系列。5.5系統(tǒng)化 作為開展趨勢，通用變頻器從模擬式、數(shù)字式、智能化、多功能向集中型開展。最近，日本安川由機提出了以變頻器，伺服裝置，控制器及通訊裝置為中心的 D&M&C概念，并制定了相應(yīng)的標準。目的是為用戶提供最正確的系統(tǒng)。因此可以預(yù)見在今后變頻器的高速響應(yīng)件和高性能什將是基件。MATLAB MATLAB是矩陣實驗室Matrix Laboratory的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè) HYPERLINK :/baike.baidu /view/1658637.htm t _blank 數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的

19、高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大局部。MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言如C、Fortran的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。 MATLAB和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/30608.htm t

20、_blank Mathematica、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/127864.htm t _blank Maple并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/920695.htm t _blank 數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10337.htm t _blank 矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)立用戶界面、連 HYPERLINK :/baike.baidu /image/9252ae7e845661020dd7da

21、35 o 查看圖片 t _blank matlab開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/14662.htm t _blank 圖像處理、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1345304.htm t _blank 信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB的根本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使M

22、ATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也參加了對 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10075.htm t _blank C， HYPERLINK :/baike.baidu /view/36402.htm t _blank FORTRAN， HYPERLINK :/baike.baidu /view/824.htm t _blank C+ ， HYPERLINK :/baike.baidu /view/29.htm t _blank JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB

23、愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段應(yīng)用MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進行以下各種工作： 數(shù)值分析 數(shù)值和符號計算 工程與科學繪圖 控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 HYPERLINK :/baike.baidu /view/286846.htm t _blank 數(shù)字圖像處理 技術(shù) HYPERLINK :/baike.baidu /view/162096.htm t _blank 數(shù)字信號處理 技術(shù) 通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真 HYPERLINK :/baike.baidu /image/3792cb

24、39f49b3ec93b87ce72 o 查看圖片 t _blank MATLAB在通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真的應(yīng)用 財務(wù)與金融工程 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計、測試和測量、財務(wù)建模和分析以及計算生物學等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱單獨提供的專用 MATLAB 函數(shù)集擴展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段開展歷程20世紀70年代，美國新墨西哥大學計算機科學系主任Cleve Moler為了減輕學生編程的負擔，用FORTRAN編寫了最早的MATLAB

25、。1984年由Little、Moler、Steve Bangert合作成立了的MathWorks公司正式把MATLAB推向市場。到20世紀90年代，MATLAB已成為國際控制界的標準計算軟件。 版本更新: 版本1建造編號發(fā)布時間1984 MATALB 21986MATLAB 319871990MATLAB 41992R7 1994R81996R91997MATLAB R9.1 1997R10 1998MATLAB 1998R111999MATLAB 1999R1220002001R132002MATLAB R13SP12003MATLAB R13SP22003MATLAB 7R142004MA

26、TLAB R14SP12004MATLAB R14SP22005MATLAB 7.1 R14SP32005R2006a2006MATLAB 7.3 R2006b2006R2007a2007R2007b2007R2021a2021R2021b2021R2021aR2021bR2021aR2021b HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段新版本新功能Release 2021a 的新功能 Release 2021a 包括 MATLAB 和 Simulink 的假設(shè)干新功能丶一款新產(chǎn)品以及對其它 85 款產(chǎn)品的更新和缺陷修復(fù)。已經(jīng)購置 MathWork

27、s 軟件維護效勞的用戶可以下載產(chǎn)品更新。 MATLAB 產(chǎn)品系列的新功能包括： 增加更多多線程數(shù)學函數(shù)，增強文件共享丶路徑管理功能以及改良 MATLAB 桌面 新增用于在 MATLAB 中進行流處理的系統(tǒng)對象，并在Video and Image Processing Blockset 和 Signal Processing Blockset 中提供超過 140 種支持算法 針對 50 多個函數(shù)提供多核支持并增強性能，并對圖像處理工具箱中的大型圖像提供更多支持 在全局優(yōu)化工具箱和優(yōu)化工具箱中提供新的非線性求解器 能夠從 Symbolic Math Toolbox 中生成 Simscape 語言方

28、程 在 SimBiology 中提供隨機近似最大期望 (SAEM) 算法和藥動學給藥方案支持 Simulink 產(chǎn)品系列的新功能包括： 在 Simulink 中提供可調(diào)參數(shù)結(jié)構(gòu)丶觸發(fā)模型塊以及用于大型建模的函數(shù)調(diào)用分支 在 嵌入式 IDE 鏈接和目標支持包中提供針對 Eclipse丶嵌入式 Linux 及 ARM 處理器的代碼生成支持 在 IEC 認證工具包中提供對 Real-Time Workshop Embedded Coder 和 PolySpace 產(chǎn)品的 ISO 26262 認證 在 DO 鑒定工具包中提供擴展至模型的 DO-178B 鑒定支持 Simulink PLC Coder，

29、用于生成 PLC 和PAC IEC 61131 結(jié)構(gòu)化文本的新產(chǎn)品 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段特點1) 高效的數(shù)值計算及符號計算功能,能使用戶從繁雜的數(shù)學運算分析中解脫出來; 2) 具有完備的圖形處理功能,實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化; 3) 友好的用戶界面及接近數(shù)學表達式的自然化語言,使學者易于學習和掌握; 4) 功能豐富的應(yīng)用工具箱(如信號處理工具箱、通信工具箱等) ,為用戶提供了大量方便實用的處理工具. HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段優(yōu)勢1友好的工作平臺和編程環(huán)境MATL

30、AB由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。隨著MATLAB的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級，MATLAB的用戶界面也越來越精致，更加接近Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的MATLAB提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的編程環(huán)境提供了比擬完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。 2簡單易用的程序語言Matlab一個

31、高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序M文件后再一起運行。新版本的MATLAB語言是基于最為流行的C語言根底上的，因此語法特征與C語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是MATLAB能夠深入到科學研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。 3強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力MATLAB是一個包含大量計算算法的集合。其擁有600多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實

32、現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如C和C+ 。在計算要求相同的情況下，使用MATLAB的編程工作量會大大減少。MATLAB的這些函數(shù)集包括從最簡單最根本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、工程中的優(yōu)化問題、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/891721.htm t _blank 稀疏矩陣運算、復(fù)數(shù)的各種運算

33、、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。 4出色的圖形處理功能 HYPERLINK :/baike.baidu /image/c71d0e38deab3bd3b311c72f o 查看圖片 t _blank 圖形處理功能MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的MATLAB對整個圖形處理功能作了很大的改良和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等方面更加完善，而且對

34、于一些其他軟件所沒有的功能例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等，MATLAB同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。另外新版本的MATLAB還著重在圖形用戶界面GUI的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足。 5應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱MATLAB對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前，MATLAB已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，

35、諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/5348.htm t _blank 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/83268.htm t _blank 小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱Toolbox家族中有了自己的一席之地。 6實用的程序接口和發(fā)布平臺新版本的MATLAB可以利用

36、MATLAB編譯器和C/C+數(shù)學庫和圖形庫，將自己的MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于MATLAB運行的C和C+代碼。允許用戶編寫可以和MATLAB進行交互的C或C+語言程序。另外，MATLAB網(wǎng)頁效勞程序還容許在Web應(yīng)用中使用自己的MATLAB數(shù)學和圖形程序。MATLAB的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。 7應(yīng)用軟件開發(fā)包括用戶界面在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方

37、面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向 HYPERLINK :/baike.baidu /view/28127.htm t _blank Excel和HDF5進行連接。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/10598.htm 編輯本段工具常用工具箱MATLAB包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。功能工具包用來擴充MATLAB的符號計算，可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學科工具包是專業(yè)性比擬強的工具包，控制工具包，信號處理

38、工具包，通信工具包等都屬于此類。 開放性使MATLAB廣受用戶歡送。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或參加自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。 Matlab Main Toolboxmatlab主工具箱 Control System Toolbox控制系統(tǒng)工具箱 Communication Toolbox通訊工具箱 Financial Toolbox財政金融工具箱 System Identification Toolbox系統(tǒng)辨識工具箱 Fuzzy Logic Toolbox模糊邏輯工具箱 Higher-Order Spectral A

39、nalysis Toolbox高階譜分析工具箱 Image Processing Toolbox圖象處理工具箱 LMI Control Toolbox線性矩陣不等式工具箱 Model predictive Control Toolbox模型預(yù)測控制工具箱 -Analysis and Synthesis Toolbox分析工具箱 Neural Network Toolbox神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 Optimization Toolbox優(yōu)化工具箱 Partial Differential Toolbox偏微分方程工具箱 Robust Control Toolbox魯棒控制工具箱 Signal Proce

40、ssing Toolbox信號處理工具箱 Spline Toolbox樣條工具箱 Statistics Toolbox統(tǒng)計工具箱 Symbolic Math Toolbox符號數(shù)學工具箱 Simulink Toolbox動態(tài)仿真工具箱 Wavele Toolbox小波工具箱 常用函數(shù)Matlab內(nèi)部常數(shù)2 eps：浮點相對精度 exp：自然對數(shù)的底數(shù)e i 或 j：根本虛數(shù)單位 inf 或 Inf：無限大， 例如1/0 nan或NaN：非數(shù)值Not a number，例如0/0 pi：圓周率 p= 3.1415926. realmax：系統(tǒng)所能表示的最大數(shù)值 realmin：系統(tǒng)所能表示的最小

41、數(shù)值 nargin: 函數(shù)的輸入引數(shù)個數(shù) nargout: 函數(shù)的輸出引數(shù)個數(shù) lasterr：存放最新的錯誤信息 lastwarn：存放最新的警告信息 MATLAB常用根本數(shù)學函數(shù) abs(x)：純量的絕對值或向量的長度 angle(z)：復(fù)數(shù)z的相角(Phase angle) sqrt(x)：開平方 real(z)：復(fù)數(shù)z的實部 imag(z)：復(fù)數(shù)z的虛部 conj(z)：復(fù)數(shù)z的共軛復(fù)數(shù) round(x)：四舍五入至最近整數(shù) fix(x)：無論正負，舍去小數(shù)至最近整數(shù) floor(x)：下取整，即舍去正小數(shù)至最近整數(shù) ceil(x)：上取整，即參加正小數(shù)至最近整數(shù) rat(x)：將實數(shù)

42、x化為多項分數(shù)展開 rats(x)：將實數(shù)x化為分數(shù)表示 sign(x)：符號函數(shù) (Signum function)。 當x0時，sign(x)=1。 rem(x,y)：求x除以y的余數(shù) gcd(x,y)：整數(shù)x和y的最大公因數(shù) lcm(x,y)：整數(shù)x和y的最小公倍數(shù) exp(x) ：自然指數(shù) pow2(x)：2的指數(shù) log(x)：以e為底的對數(shù)，即自然對數(shù)或 log2(x)：以2為底的對數(shù) log10(x)：以10為底的對數(shù) MATLAB常用三角函數(shù) sin(x)：正弦函數(shù) cos(x)：余弦函數(shù) tan(x)：正切函數(shù) asin(x)：反正弦函數(shù) acos(x)：反余弦函數(shù) atan

43、(x)：反正切函數(shù) atan2(x,y)：四象限的反正切函數(shù) sinh(x)：雙曲正弦函數(shù) cosh(x)：雙曲余弦函數(shù) tanh(x)：雙曲正切函數(shù) asinh(x)：反雙曲正弦函數(shù) acosh(x)：反雙曲余弦函數(shù) atanh(x)：反雙曲正切函數(shù) 適用于向量的常用函數(shù)有 min(x): 向量x的元素的最小值 max(x): 向量x的元素的最大值 mean(x): 向量x的元素的平均值 median(x): 向量x的元素的中位數(shù) std(x): 向量x的元素的標準差 diff(x): 向量x的相鄰元素的差 sort(x): 對向量x的元素進行排序Sorting length(x): 向量x

44、的元素個數(shù) norm(x): 向量x的歐氏Euclidean長度 sum(x): 向量x的元素總和 prod(x): 向量x的元素總乘積 cumsum(x): 向量x的累計元素總和 cumprod(x): 向量x的累計元素總乘積 dot(x, y): 向量x和y的內(nèi)積 cross(x, y): 向量x和y的外積 MATLAB根本繪圖函數(shù) plot: x軸和y軸均為線性刻度Linear scale loglog: x軸和y軸均為對數(shù)刻度Logarithmic scale semilogx: x軸為對數(shù)刻度，y軸為線性刻度 semilogy: x軸為線性刻度，y軸為對數(shù)刻度 HYPERLINK :

45、/baike.baidu /image/c9bdddce35183c2293457e2c o 查看圖片 t _blank matlab插值和樣條plot繪圖函數(shù)的參數(shù) 字元 顏色 字元 圖線型態(tài) y 黃色 . 點 k 黑色 o 圓 w 白色 x x b 藍色 + + g 綠色 * * r 紅色 - 實線 c 亮青色 : 點線 m 錳紫色 -. 點虛線 - 虛線 注解 xlabel(Input Value); % x軸注解 ylabel(Function Value); % y軸注解 title(Two Trigonometric Functions); % 圖形標題 legend(y = si

46、n(x),y = cos(x); % 圖形注解 grid on; % 顯示格線 二維繪圖函數(shù) bar 長條圖 errorbar 圖形加上誤差范圍 fplot 較精確的函數(shù)圖形 polar 極座標圖 hist 累計圖 rose 極座標累計圖 stairs 階梯圖 stem 針狀圖 fill 實心圖 feather 羽毛圖 compass 羅盤圖 quiver 向量場圖1 MATLAB中有趣的演示實例 MATLAB中也同樣有許多有意思的實例，為提高讀者對MATLAB和Simulink的興趣，特舉局部以供參考。具體如下，運行的時候只要將“：前面的代碼復(fù)制到MATLAB中就可以了，隨之會出現(xiàn)各種各樣的

47、演示實例，對初學者幫助不小哦。 平面與立體繪圖 graf2d ：XY平面繪圖火柴棒 graf2d2 ：XYZ立體繪圖切片 hndlgraf ：平面顯示線型處理窗口及命令演示 hndlaxis ：平面顯示處理窗口及命令演示 graf3d ：立體顯示處理窗口及命令演示 復(fù)雜函數(shù)的三維繪圖 cplxdemo ：復(fù)雜的XYZ立體圖形 等高線繪制 quivdemo ：等高線箭頭顯示 動畫 lorenz ： Lorenz吸引子動畫顯示 電影 vibes ： L-形薄膜振動 Fourier變換 sshow sunspots ：太陽黑點數(shù)據(jù)的傅里葉分析 fftdemo ：分析噪聲序列中兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)度 數(shù)據(jù)擬

48、合 sshow fitdemo ：顯示非線性數(shù)據(jù)擬合過程 census ：預(yù)測世界人口 spline2d ：樣條擬合 稀疏矩陣 sshow sparsity ：降階 游戲 xpbombs ：仿Windows系統(tǒng)自帶的掃雷游戲 life ：生命開展游戲 三維效果圖 klein1 ：膚色三維效果圖 tori4 ：四個首尾相接的圓環(huán) spharm2 ： 球形和聲 cruller ：類似油餅的東西 xpklein ： Klein瓶 bottle modes ： L-形薄膜的12中模態(tài) logo ：MATLAB的Logo xpquad ：不同比例的巴爾體超四方體 truss ：二維桁架的12個模模態(tài) t

49、r*el ：旅行商問題動畫演示 wrldtrv ：在地球儀上演示兩地間的飛行線路 makevase ：通過點擊鼠標來制作花瓶 xpsound ：聲音樣本分析 funfuns ：綜合了找零點，最小化和單輸入函數(shù)積分功能 sshow e2pi ： epi或者pie quake ：地震波可視化 penny ：便士可視化 imageext ：改變圖像的映射顏色 earthmap ：地球儀 優(yōu)化工具箱 bandem ：香蕉最優(yōu)化展示 expo-style banana optimization sshow filtdem ：濾波效果演示 filter effect demo sshow filtdem2

50、 ：濾波設(shè)計演示 filter design demo cztdemo ： FFT和CZT (兩種不同類型的Z-變換算法) phone ：演示 通聲音的時間與頻率的關(guān)系 sigdemo1 ：離散信號的時頻圖，可用鼠標設(shè)置 sigdemo2 ：連續(xù)信號的時頻圖，可用鼠標設(shè)置 filtdemo ：低通濾波器的交互式設(shè)計 moddemo ：聲音信號的調(diào)制 sosdemo ：數(shù)字濾波器的切片圖 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱 neural ：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊組 firdemo ：二維FIR濾波器 nlfdemo ：非線性濾波器 dctdemo ：DCT演示 mlpdm1 ：利用多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合曲線動畫 mlpdm2

51、 ：利用多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行XOR問題運算 模糊邏輯工具箱 invkine ：運動逆問題 juggler ：跳球戲法 fcmdemo ： FCM slcp ： 類似倒立擺動畫 slcp1 ：類似倒立擺動畫cart and a varying pole slcpp1 ：類似倒立擺動畫，有兩個擺，一個可以變化 sltbu ：卡車支援 slbb ：類似于翹翹板交流調(diào)速控制系統(tǒng)就是針對交流電動機調(diào)速問題設(shè)計的控制系統(tǒng)；直流調(diào)速控制系統(tǒng)就是針對直流電動機調(diào)速問題設(shè)計的控制系統(tǒng)。現(xiàn)在比擬流行的是變頻交流調(diào)速和PWM數(shù)字化調(diào)速?；贛atlab/SimuLink直流調(diào)速控制系統(tǒng)摘 要：本文介紹了基于工程設(shè)

52、計方法對直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，并利用Matlab/Simulink進行建模與仿真研究，最后顯示控制系統(tǒng)仿真結(jié)果。 關(guān)鍵詞：調(diào)節(jié)器，SimuLink,轉(zhuǎn)速環(huán)Abstract:this paper introduce a design method of DC based on engineering , studying modle and simulation of controlled plant by simulink.At last show simulation output of the control system .Keywords:regulator, SimuLink,loop

53、 of revolution rate1 引言直流電動機具有調(diào)速性能好，起動轉(zhuǎn)矩大，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速等優(yōu)點，其調(diào)速控制系統(tǒng)歷來在工業(yè)控制中占有及其重要的地位。隨著電力技術(shù)的開展，特別是在大功率電力電子器件問世以后，直流電動機拖動將有逐步被交流電動機拖動所取代的趨勢，但在中、小功率的場合，常采用永磁直流電動機，只需對電樞回路進行控制，相比照擬簡單。特別是在高精度位置伺服控制系統(tǒng)、在調(diào)速性能要求高或要求大轉(zhuǎn)矩的場所，直流電動機仍然被廣泛采用2，直流調(diào)速控制系統(tǒng)中最典型一種調(diào)速系統(tǒng)就是速度、電流雙閉調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計要完成開環(huán)調(diào)速、單閉環(huán)調(diào)速、雙閉環(huán)調(diào)速等過程，需要觀察比擬多的性能，再加上計算參數(shù)較多，往往難以如意。如在設(shè)計過程中使用Matlab中的SimuLink實用工具來輔助設(shè)計，由于它可以構(gòu)建被控系統(tǒng)的動態(tài)模型，直觀迅速觀察各點波形，因此調(diào)速系統(tǒng)性能的完善可以通過反復(fù)修改其動態(tài)模型來完成，而不必對實物模型進行反復(fù)拆裝調(diào)試4。Matlab中的動態(tài)建模、仿真工具 SimuLink具有模塊組態(tài)方便，性能分析直觀等優(yōu)點，可縮短產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，也可以給教學提供了虛擬的實驗平臺。2雙閉環(huán)直