基于MATLAB的直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究

摘要本論文從當(dāng)前我國直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，由于科技發(fā)展對調(diào)速控制精度、抗干擾性和快速性地要求也越來越高，提出了采用速度電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)方案，研究了該系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性，特別是某些特殊的應(yīng)用場合如龍門刨床、軋鋼機，除了以上要求外，還要求能快速的實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，為此提出了采用α=β配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)方案。使用MATLAB的SIMULINK工具，分別對速度電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)和α=β配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真，對速度環(huán)和電路環(huán)都使用PI控制，由仿真結(jié)果表明，這兩種方案均具有快速響應(yīng)、速度波動小、在干擾到來后快速恢復(fù)設(shè)定速度，有效地消除了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。通過仿真可得到用于實際系統(tǒng)的PI參數(shù)，簡化了在線調(diào)試過程。關(guān)鍵詞：直流電動機；調(diào)速系統(tǒng)；雙閉環(huán)；可逆；龍門刨床；基于MATLAB的直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真第一章緒論1.1研究背景及意義直流電動機因為其所具有的較好的起動性能和制動性能，很適合用于在一個很大的泛范圍內(nèi)進行平滑調(diào)速，比如在軋鋼機、龍門刨床、鉆機、挖掘機、削床、造紙機或是高層電梯等對可控電力系統(tǒng)有高性能要求的領(lǐng)域中，而且在這些領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛。這些年來，直流電動機拖動控制系統(tǒng)不論在理論還是實踐上都有了很大的提高。從機械生產(chǎn)在控制方面要求上的一些物理量來說，電力拖動的自動控制系統(tǒng)有以下幾種：調(diào)速系統(tǒng)，控制張力的系統(tǒng)、多電機同步控制系統(tǒng)以及位置隨動系統(tǒng)等幾種類型，而且這幾種系統(tǒng)基本上都是通過控制電動機的轉(zhuǎn)速來控制的，從而，拖動控制系統(tǒng)就成為調(diào)速系統(tǒng)中最基本的一個。所有需要運用轉(zhuǎn)速控制的機器設(shè)備，加工時對其在控制上都有要求，比如一些相當(dāng)精密的機械會要求它的加工精度需要達(dá)到百分之幾毫米更有甚者要達(dá)到幾微米；有的重型銑床給料結(jié)構(gòu)有可能需要愛一個很大的范圍內(nèi)去調(diào)節(jié)，例如他們在快速移動的時候有可能要求速度要達(dá)到600mm/min，如果用于加工一些精密部件反而會要求加工時候的最低速度只有2mm/min，這兩個速度差了有300倍；有些點位式的數(shù)控機床在精度上也會要求較高，例如可能要達(dá)到幾微米，而且對速度的跟蹤要求更高，可能要低于定位精度的一半。又例如在軋鋼工業(yè)制造中，大型的產(chǎn)量高的鋼錠初軋機中的軋輥電動機容量需要達(dá)到幾千kW，而且必須在一秒以內(nèi)必須完成從正向轉(zhuǎn)動到反向轉(zhuǎn)動的全過程。類似的例子數(shù)不勝數(shù)，針對這些所謂的要求，在生產(chǎn)過程總對生產(chǎn)設(shè)備量化了一定的技術(shù)指標(biāo)，并且經(jīng)過一系列的折算，都可以轉(zhuǎn)化成電力拖動控制系統(tǒng)中的的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)所包含的性能指標(biāo)，因此可以將他們作為在設(shè)計系統(tǒng)時所能依靠的一些數(shù)據(jù)。1.2論文內(nèi)容龍門刨床或是軋鋼機等一些機械的調(diào)速系統(tǒng)有時會經(jīng)常處在一種正反轉(zhuǎn)狀態(tài),如果要提高機械的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量,因此會要求在生產(chǎn)過程中盡量降低過渡過程中的一些時間。速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）是通過控制電流和轉(zhuǎn)速的兩個調(diào)節(jié)器所綜合起來進行調(diào)節(jié)的,通過調(diào)節(jié)能夠獲得很好的靜態(tài)和動態(tài)的性能。但是這樣的系統(tǒng)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速相應(yīng)曲線和電流響應(yīng)曲線很難進行精確的繪制,在對系統(tǒng)特性進行分析和理解的時候是很不方便的。因此本論文通過將一個直流電動機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)作為實例,探討了怎么利用MATLAB軟件中的仿真功能對整個系統(tǒng)的分析,對設(shè)計系統(tǒng)和改進系統(tǒng)方面具有很大的意義。課題利用MATLAB軟件的仿真平臺直流電動機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進行分析，設(shè)計其友好的圖形用戶界面,根據(jù)仿真結(jié)果觀察分析系統(tǒng)特性,并應(yīng)用于工程實踐中去。第二章直流調(diào)速系統(tǒng)原理在現(xiàn)代電力拖動自動控制系統(tǒng)中直流調(diào)速的發(fā)展相比其他來說是相對比較早的。晶閘管是在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的，將自動控制理論和電力電子以及計算機結(jié)合起來，使電力電子傳動技術(shù)的研究和應(yīng)用進一步發(fā)展。雖然現(xiàn)在在交流調(diào)速方面的發(fā)展比較快，使得在交流調(diào)速技術(shù)方面也是越來越成熟，而且交流電動機相對來說相對經(jīng)濟和容易維護，使得用戶在使用交流調(diào)速方面的應(yīng)用更加廣泛也更加受到用戶的歡迎。不過，直流電動機調(diào)速系統(tǒng)依然是交流調(diào)速控制的基礎(chǔ)，特別是在調(diào)速廣闊的尺度上，除此之外，在建立反饋控制理論方面直流調(diào)速也是交流調(diào)速的基礎(chǔ)[7]。2.1直流電動機的轉(zhuǎn)速控制要求和指標(biāo)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速的要求指標(biāo)主要包含以下幾個：（1）調(diào)速：即在設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速或最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)分級或是平滑的進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；（2）穩(wěn)速：即是在保證需要的精度時，這需要的轉(zhuǎn)速上應(yīng)當(dāng)可以穩(wěn)定的運行，及時在任何可能影響轉(zhuǎn)速時也不能在轉(zhuǎn)速上有很大的波動，才能進一步保持產(chǎn)品的質(zhì)量；（3）加、減速：即在頻繁的起動或是制動時對設(shè)備的要求應(yīng)當(dāng)盡快的進行加速或是減速以達(dá)到提高生產(chǎn)效率的結(jié)果；但是對于不適合經(jīng)受太大速度變化的機械應(yīng)當(dāng)要求在起動或是制動的時候要盡量平穩(wěn)。針對以上三個方面，有時需要同時具備，可能有時只需要保證其中一項或兩項具備，尤其在調(diào)速和穩(wěn)速兩個方面，通常在任何場合下都有可能碰到，有時可能存在相互矛盾。在定量分析的時候，應(yīng)當(dāng)針對這兩方面的要求預(yù)先定義這兩個調(diào)速指標(biāo)，即調(diào)速范圍和靜差率。把這兩項指標(biāo)綜合在一起才能稱為調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。（1）調(diào)速范圍調(diào)速范圍定義為生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和之比，使用字母表示，即：（2-1）其中，和指額定負(fù)載定義的最大和最小轉(zhuǎn)速，對于一些負(fù)載較輕的設(shè)備，如精密磨床，也可以使用實際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。（2）靜差率靜差率定義為當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載由空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，用s表示，即：（2-2）從上訴可以看出，靜差率主要是是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載發(fā)生變化的情況下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，它和機械特性中的一些機械硬度肯可能存在一定的關(guān)系，如果機械特性的硬度越硬，靜差率的大小就會越小，因此轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就會越高。靜差率和調(diào)速范圍這兩個方面并不是響度孤立的，必須同時提出才能有意義。調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍指的是在最低速時還可以滿足所要求的靜差率轉(zhuǎn)速的可調(diào)范圍。如果脫離了對靜差率方面的要求，對于任何調(diào)速系統(tǒng)來說都可以獲得很高的調(diào)速范圍；反之，如果脫離了調(diào)速范圍，要提供所需的靜差率也很容易。2.2直流調(diào)速系統(tǒng)方案確定已知，晶閘管-電動機控制系統(tǒng)的機械特性方程如下：（2-3）其中，為直流電機轉(zhuǎn)速，為電樞電壓，為電磁轉(zhuǎn)矩，為電樞回路總電阻，即=+（為電樞電阻，為換向極繞組電阻），Φ為直流電動機勵磁磁通，為由電機結(jié)構(gòu)決定的電勢常數(shù)，為由電機結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。根據(jù)式（2-3）可知，，，為電機固有參數(shù)，，Φ，是可調(diào)的參數(shù)。所以就產(chǎn)生三種調(diào)速方案，如下：（1）改變的調(diào)速方案；通過電樞回路串聯(lián)一個電阻，這種方案經(jīng)濟實用、線路簡單、，缺點是能耗高、機械特性較軟、調(diào)速范圍比較窄，而且調(diào)速不平滑可以說是有級調(diào)速等，因此并沒用得到廣泛應(yīng)用。（2）改變的調(diào)速方案；此乃應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方案，屬于無級調(diào)速，調(diào)速范圍大?？梢杂糜诳赡嬲{(diào)速。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的設(shè)備中使用。（3）減弱Φ的調(diào)速方案；又稱弱磁調(diào)速，也屬于平滑調(diào)速，一般是保持電樞電壓為額定值，改變勵磁電壓，降壓就升速，升壓就減速，屬于恒功率調(diào)速。電動機的允許最大轉(zhuǎn)矩將隨磁通減小而下降，而且一定保證有勵磁電壓，否則將會產(chǎn)生飛車，非常危險。鑒于上述三種調(diào)速方案，各自都有優(yōu)缺點和使用場合。對直流調(diào)速系統(tǒng)要求很高的場合，如龍門刨床的生產(chǎn)工藝對主拖動系統(tǒng)的要求在低速時保持恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在高速時保持恒功率調(diào)速，所以可以采用調(diào)壓和調(diào)磁相結(jié)合的調(diào)速方案。第三章直流調(diào)速控制系統(tǒng)仿真3.1MATLAB仿真工具介紹MATLAB是MathWorks公司推出的一個性能很高的數(shù)值計算軟件，而且軟件的可視化效果也很好，它主要集中了數(shù)值的分析、處理信號、矩陣運算而且還能夠現(xiàn)實圖形，使用起來非常方便，界面更能構(gòu)成一個良好的用戶環(huán)境，是使用者使用起來更加方便。。MATLAB是MatrixLaboratory（矩陣實驗室的縮寫）。到現(xiàn)在為止MATLAB公司已經(jīng)推出面向各個領(lǐng)域的MATLAB工具箱，其中主要包括像信號處理，系統(tǒng)控制、處理圖像、系統(tǒng)辨識、系統(tǒng)最優(yōu)化、小波等工具箱，而且現(xiàn)在還在進一步開放更多的領(lǐng)域。隨著這些功能強大的工具想的繼續(xù)增加，面向各個領(lǐng)域的研究和應(yīng)用也取得了很大的進展。因此我們借助于這個強大的工具去研究各個領(lǐng)域的問題，可以讓各個領(lǐng)域的研究人員更加直觀、方便的進行模擬或是數(shù)據(jù)分析以及計算與設(shè)計相關(guān)的工作，在一定程度上節(jié)省了人力物力，更加節(jié)省了成本。直到后來開發(fā)了SIMULINK軟件，它主要是針對框圖的仿真平臺作為依據(jù)，將SIMULINK連接在MATLAB運行的環(huán)境上，它將MATLAB的強大計算功能加以利用，并且在此基礎(chǔ)上以更加直觀的框圖進行仿真模擬和運行計算。SIMULINK也在此提供了很多種的仿真工具，而且這個軟件一直在擴展它的模塊庫，也不斷的將其內(nèi)容進行豐富，在進行系統(tǒng)仿真時更加方便了。運用這個SIMULINK平臺，采用這個軟件做出來的仿真模型在一定程度上有很強的可讀性，從而可以避免使用MATLAB的窗口進行MATLAB命令和一些函數(shù)進行仿真時，就必須要記住很多的函數(shù)，從而造成了很多的麻煩，這個好處對于技術(shù)人員來說，這將對他們的工作節(jié)省了更多地時間和精力。所以現(xiàn)在使用的MATLAB軟件也都捆綁了SIMULINK軟件，而且SIMULINK軟件的版本也在不停地升級，更加方面工作人員。所以在MATLAB軟件加入了SIMULINK軟件使得現(xiàn)在的MATLAB軟件已經(jīng)不是原來單純的被稱為“矩陣實驗室”的軟件了，它已經(jīng)成為了一個高級的計算平臺和仿真平臺。MATLAB的SIMULINK的仿真環(huán)境很有特色，這個操作環(huán)境中，工作人員可以使用電機來拖動鼠標(biāo)的方法去畫系統(tǒng)或是電路，也能完成對系統(tǒng)或是電路的仿真。起初的MATLAB軟件的仿真編程是在一個文本的窗口，所編制的程序是一行行的命令符和函數(shù)，直觀性不強，也很難建立起來與實際相關(guān)的系統(tǒng)或是電路形象相聯(lián)系起來。在SIMULINK的運行環(huán)境中，系統(tǒng)函數(shù)和電路元器件的都采用模型框圖來表示?？驁D之間采用連線的方式，這種線就可以表示信號的流向。因此對于這個軟件的使用者來說，他們只需要針對性的學(xué)習(xí)圖形界面的一些主要內(nèi)容就可以，然后在用鼠標(biāo)和鍵盤對電路或是系統(tǒng)進行仿真模擬，省去了專門記錄那些難記憶又很復(fù)雜的函數(shù)公式，這對大多數(shù)人來說是十分方便的，因此很受用戶歡迎。3.2直流電動機的控制結(jié)構(gòu)直流電機進行調(diào)速的基礎(chǔ)是將被調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速設(shè)定一個值，它主要有三種控制方案：開環(huán)、雙閉環(huán)、單閉環(huán)。開環(huán)控制值得是僅僅只采用觸發(fā)裝置GT去控制電壓來對電動機的額轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，對于靜差率的要求并不高的地方，也可以試驗在一定程度內(nèi)的無級調(diào)速。不過，這種場合很少，大部分需要無級變速的設(shè)備常常對靜差率做了一定的要求，比如龍門刨床，很大程度上因為毛坯的表面不夠平，造成在加工時的負(fù)載常伴有一定的波動，但是加工過程中需要保證加工精確度以及表面粗糙程度，在速度上卻不能有較大的變化，其范圍一般是D為20~40，靜差率s≤5%。有一種熱連軋機，各個機架是由單獨的電動機驅(qū)動的，如果幾個機架同時軋制，這就需要各機架出口的線速度應(yīng)當(dāng)保持相當(dāng)嚴(yán)格的比例，從而才能保證被軋金屬的流量每一秒都相等，才不會使鋼材發(fā)生拱起甚至被拉斷，因此在工作時應(yīng)當(dāng)根據(jù)工藝的要求，如果調(diào)解范圍D=3~10，靜差率s應(yīng)維持在0.2%~0.5%之間。如果發(fā)生這種情況，開環(huán)調(diào)解速度的系統(tǒng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能不能滿足應(yīng)用的要求，那么單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)通過發(fā)電機測速測量到當(dāng)時的速度和預(yù)先設(shè)定的速度進行比較，將差值經(jīng)過放大器，產(chǎn)生觸發(fā)裝置GT的控制電壓，用來控制電動機轉(zhuǎn)速。這種方式比開環(huán)系統(tǒng)的機械特性硬，靜差率小，所以在靜差率相同時，在一定范圍內(nèi)可以大大提高電動機的調(diào)速范圍。如果采用PI控制，會自動糾正調(diào)速偏差，使得實際的速度可以跟蹤預(yù)先設(shè)定的速度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速沒有靜差。當(dāng)對一個系統(tǒng)的動態(tài)性能要求比較高的時候，就像要求快速起動、快速制動或者是突加負(fù)載進行動態(tài)速降等等，單閉環(huán)系統(tǒng)更加不能滿足要求。因為單閉環(huán)系統(tǒng)不可能完全按照我們需要控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩或者電流。像龍門刨床、可逆軋鋼機那樣的機器經(jīng)常需要正反轉(zhuǎn)運行，在發(fā)電機的最大電流受限制下，應(yīng)盡量縮短起動、制動時間，才能很好的提高生產(chǎn)效率，才能更加充分的去利用電機所允許的超載的能力，但是在過渡過程中盡量保持電流所允許的最大值運行，才能使電力系統(tǒng)能夠用最大的加速度起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定后，又會讓電流很快下降。使得轉(zhuǎn)矩可以立刻與負(fù)載保持平衡，逐漸進入穩(wěn)定的狀態(tài)。因此采用速度和電流的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)速度的系統(tǒng)可以很好的解決上述提出的一些問題。3.3速度單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真速度單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定和測速發(fā)電機TG測量到的速度反饋進行比較，得到=-，經(jīng)過放大器放大倍、得到用于移相器CF的電壓輸入。移相器的輸出用于控制晶閘管的控制角來控制晶閘管整流器以此來控制直流電動機M的電壓。當(dāng)電機負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速反饋減小，而轉(zhuǎn)速的偏差增大，放大器的輸出增加，整流器輸出電壓也增加，電樞電流增大，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速升高。速度單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖3-2所示。該模型以5HP/220V直流電機為例，直流電機參數(shù)如圖3-11所示，電樞電阻，電樞電感H，勵磁電阻，勵磁電感為H，電樞繞組和勵磁繞組互感H，電動機轉(zhuǎn)動慣量，粘滯摩擦系數(shù)，庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩。直流電機參數(shù)設(shè)置如圖3-3所示。測量的轉(zhuǎn)速經(jīng)過系數(shù)變換為對應(yīng)的電壓，和參考電壓進行比較，經(jīng)過帶限幅的比例環(huán)節(jié)，得到移相器的角度輸入。運行結(jié)果如圖3-4所示。運行時間4s，開始時不加負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電流快速上升，直到達(dá)到設(shè)定速度后，電流降低為零；在2s時加額定轉(zhuǎn)矩25，電流開始增加，但是速度沒有返回到設(shè)定值，電流存在較大波動。原因是速度閉環(huán)存在穩(wěn)態(tài)誤差，不能很好的對電流進行控制的緣故。圖3-1速度單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖圖3-2速度單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖3-3電機參數(shù)圖圖3-4仿真結(jié)果3.4轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于當(dāng)前的直流調(diào)速系統(tǒng)中，它的原理圖如圖3-5所示。采用兩個PI控制器組成外環(huán)和內(nèi)環(huán)，外環(huán)是速度PI控制，內(nèi)環(huán)是電流PI控制。電流調(diào)節(jié)器的給定為速度調(diào)節(jié)器的輸出，使電流環(huán)可以隨著轉(zhuǎn)速的變化去調(diào)節(jié)電動機的電樞電流。如果電機的轉(zhuǎn)速低于所給定的轉(zhuǎn)速時，調(diào)節(jié)器增大給定電流，然后通過電流環(huán)使電動機的實際電流增加，電動機的轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速也會上升。反之當(dāng)實際轉(zhuǎn)速高于所給定轉(zhuǎn)速時，速度調(diào)節(jié)器的輸出減小，電流調(diào)節(jié)器使得實際電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，使速度降下來。圖3-5轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖根據(jù)圖3-5，使用MATLAB的SIMULINK工具，畫出仿真模型如圖3-6。模型參數(shù)如圖3-3所示。控制過程為，將測量到的電機速度wm和設(shè)定速度wref進行比較，進入速度PI控制器，當(dāng)前設(shè)定速度需要的電流參考值Iref，將參考電流值Iref與測量電流值Ia進行比較得到控制晶閘管的脈沖信號，經(jīng)過晶閘管和平波電抗器H，得到穩(wěn)定的直流電壓，接入電機中，用來控制速度。速度環(huán)和電流環(huán)的PI參數(shù)如圖3-7所示。圖3-6轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖圖3-7速度和電流PI控制仿真參數(shù)圖3-8仿真波形圖仿真過程同3.3，和3.3相比，增加了速度積分控制和電流PI控制。仿真結(jié)果如圖3-8所示。由圖3-8可知，整個仿真過程分為階段：0~0.6s是啟動恒流階段，電流很快增加到最大值運行，速度快速上升，在速度達(dá)到設(shè)定速度后由于空負(fù)載，電流逐漸減低接近于零，在2s時將增加負(fù)載轉(zhuǎn)矩25，系統(tǒng)為了保持現(xiàn)有速度，經(jīng)過速度環(huán)需要增大電流來保證現(xiàn)有速度，經(jīng)過調(diào)解環(huán)節(jié)后速度并沒有恢復(fù)到原來值，原來值和現(xiàn)在值的差即是靜差。和圖3-4相比，雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜差明顯降低。3.5轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真所為可逆即需要電動機既可以正轉(zhuǎn)又可以反轉(zhuǎn)，可以通過改變電動機勵磁Ф的方向或者改變電樞電流Id的方向。在晶閘管-直流電動機控制系統(tǒng)中，因為晶閘管具有單向?qū)щ娦?，無法產(chǎn)生反向的電流，所以如果想實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)，需要兩套晶閘管反并聯(lián)，連到電動機的供電端。如圖3-9所示。整流組VF控制電動機的正轉(zhuǎn)，整流組VR控制電動機的反轉(zhuǎn)。在一組整理器工作時，另一組不能給控制信號。本文對α=β有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)進行仿真。其電氣原理圖如圖3-10所示。圖3-9可逆調(diào)速系統(tǒng)兩組晶閘管結(jié)構(gòu)圖圖3-10α=β配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖圖3-10中，通過對Un*設(shè)定為正或者負(fù)值來設(shè)定電動機的正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)，然后電流調(diào)節(jié)器輸出分兩路，根據(jù)設(shè)定Un*的正負(fù)選擇合適的晶閘管整流通路來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。給Un*加正信號時，整流器組VF處于工作狀態(tài)，整流器組VR工作于逆變狀態(tài)。反之，同理。圖3-11α=β配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型使用MATLAB的SIMULINK工具，α=β配合控制的有環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖3-11所示。該模型以5HP/220V直流電機為例，直，電樞電阻，電樞電感H，勵磁電阻，勵磁電感為H，電樞繞組和勵磁繞組互感H，電動機轉(zhuǎn)動慣量，粘滯摩擦系數(shù)，庫侖摩擦轉(zhuǎn)矩。從正轉(zhuǎn)起動到反轉(zhuǎn)過程的轉(zhuǎn)速、電流和電機輸入電壓變化波形分別如圖3-12所示。仿真時間為12s，0~0.7s為系統(tǒng)正轉(zhuǎn)起動過程，0.7~4.7s為系統(tǒng)維持正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速700r/min，4.7~8.2s為系統(tǒng)反轉(zhuǎn)過程，8.2s~12s為系統(tǒng)正轉(zhuǎn)過程。在起動過程中，系統(tǒng)經(jīng)歷了電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段，在轉(zhuǎn)速到達(dá)設(shè)定轉(zhuǎn)速后迅速下降，當(dāng)設(shè)定轉(zhuǎn)速為反轉(zhuǎn)負(fù)數(shù)時，系統(tǒng)進入反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)狀態(tài)電流Ia隨之為負(fù)，電壓Ud也為負(fù)，從而實現(xiàn)了電動機的反轉(zhuǎn)。圖3-12電機正反轉(zhuǎn)過程波形圖系統(tǒng)在改變電動機轉(zhuǎn)向的過程中分為本橋逆變和反接制動兩個步驟。換向過程放大波形如圖3-13所示。從4.66s反轉(zhuǎn)過程開始，電動機