【正文】 動機的轉(zhuǎn)速 n 由于某種原因（例如機械負載轉(zhuǎn)矩 TL增加）而下降時，轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)將進行自動調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)過程如下： TL↑→ n↓ → Ufn↓ →Δ U↑ =UsnUfn → Uk↑ →脈沖前移→ Ud↑ → n↑ 由此可見，轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)是通過轉(zhuǎn)速負反饋電壓 Ufn的下降，使偏差電壓Δ U增加，經(jīng)過放大后，提高晶閘管的輸出電壓 Ud，使轉(zhuǎn)速 n 回升，從而減小穩(wěn)態(tài)速降。 ①轉(zhuǎn)速負反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 基本原理 圖 12為轉(zhuǎn)速負反饋有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)。 這時電動機的機械特性為： nnC RIUCKC RIUKC RIUn oedce tre dctre ddo ????????? ??? ???? （ ） 其中 ?edCRIn ??? —— 系統(tǒng)的開環(huán)穩(wěn)態(tài)速降。晶閘管觸發(fā)脈沖電路主要形式有單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、正弦波觸發(fā)電路、鋸齒波觸發(fā)電路等。直流電動機各物理量間的基本關(guān)系式如下： nKedtdnJTTiKTedtdiLRiueGLedTedaddd????????? 當(dāng)電動機處于穩(wěn)態(tài)運行時， did/dt=0， dn/dt=0，上式可寫成 nKEdtdnJTTICTERIUeGLedaTeddd???????? 或 ?? e ddde K RIUKEn ??? 2）晶閘管整流電路 作用：把不變的交流電變換成可控的直流電。 （ 3） 良好的起、制動性能 對于頻繁起、制動的設(shè)備要求盡可能快地加、減速，以提高生產(chǎn)效率。但歸納起來有以下三個方面。其主要缺點是污染環(huán)境，危害人體健康。 ⑵ 直流調(diào) 速系統(tǒng)的供電方式 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 2 頁 共 36頁 調(diào)節(jié)電動機的電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源。 由此可見，直流電動機的調(diào)速方法有三種： （ 1）改變電樞電壓 —— 調(diào)壓調(diào)速。直流電動機雖不如交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、制 造方便、維護容易、價格便宜等，但是由于直流電動機具有良好的起動、制動性能和調(diào)速性能，可以方便地在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、大型起重機、金屬切削機床、造紙機等調(diào)速性能要求較高的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，而直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 （ 2）改變電樞回路電阻 —— 串電阻調(diào)速。早在 20 世紀(jì) 4年代，采用電動機 — 發(fā)電機機組（又稱放大機控制的發(fā)電機 — 電動機組系統(tǒng)）向直流電動機供電。 60 年代初，大功率晶閘管投入使用，采用晶閘管可控整流器向直流電動機供電，隨著晶閘管變流技術(shù)的日漸成熟，使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。 （ 1） 調(diào)速 在一定的范圍內(nèi)實現(xiàn)有級或無級地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡可能 地平穩(wěn)。 形式：單相整流電路和三相整流電路。 2． 基本工作原理 圖 11是最簡單的晶閘管 — 直流電動機開 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 開環(huán)系統(tǒng)當(dāng)給定輸入信號一定時，經(jīng)過觸發(fā)電路控制晶閘管整流電路，使交流電源整流出直流電 壓 Udo 也是恒定的，電動機就以恒定的速度旋轉(zhuǎn)。它在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 11 的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)（測速發(fā)電機 TG 和反饋電位器 RP2）和放大環(huán)節(jié)。 當(dāng)放大器為比例調(diào)節(jié)器時，觸發(fā)器的控制電壓 Uk整流平均電壓 Ud0由偏差量Δ U決定，如果穩(wěn)態(tài)誤差為零，則Δ U=0，因而 Uk、 Ud0均為零，電動機就不可能旋轉(zhuǎn)。 （ 2） 靜特性方程式 根據(jù)圖 63所示轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)框圖可得到系統(tǒng)的靜特性方程式為 conmtrp dmsnnmtrp mtrp nnKKK RIKUKKKKKKn ??????? ? ?? 11 （ ） 式中的Δ nc為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降， Kn=KpKtrKmα n為轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的開環(huán)放 大倍數(shù)。直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降是由電樞回路中電樞電阻 RΣ 壓降引起的，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)后這個壓降并沒有改變。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性就是在每條開環(huán)機械特性上取得一個相應(yīng)的工作點，再由這些點集合而成。 一、比例 積分調(diào)節(jié)器 1． 比例（ P）調(diào)節(jié)器 電路如圖 15a 所示。 （ 3） 比例系數(shù)可調(diào) 的比例調(diào)節(jié)器 電路如圖 16 所示。 （ 2）特點 ① 輸出電壓取決于輸入量對時間的積累過程，而且還和初始值有關(guān)。 圖 17 積分調(diào)節(jié)器 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 10 頁 共 36頁 （ 2）特點 ① 輸出量立即響應(yīng)輸入量的變化 —— 響應(yīng)快。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué) ,工程中常用的形式十分相似 ,故用 MATLAB 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多 . 當(dāng)前流行的 MATLAB 三十幾種工具包 (Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)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(xué)科工具包是專業(yè)性比較強的工具包 ,控制工具包 ,信號處理工具 包 ,通信工具包等都屬于此類 。 1983 年春天 ,Cleve Moler 到 Standford 大學(xué)講學(xué) ,MATLAB 深深地吸引了工程師 John Little 敏銳地覺察到 MATLAB 在工程領(lǐng)域的廣闊前景 .同年 ,他和 Cleve Moler,Steve Bangert 一起 ,用 C 語言開發(fā)了第二代專業(yè)版 .這一代的 MATLAB 語言同時具備了數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能 。 在 MATLAB 進入市場前，國際上的許多軟件包都是直接以 FORTRANC 語言等編程語言開發(fā)的。 MathWorks公司 1993年推出了 MATLAB 4。 0 版。 X較 MATLAB 4。 時至今日，經(jīng)過 MathWorks 公司的不斷完善， MATLAB 已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科，多種工作平 臺的功能強大大大型軟件。在國內(nèi)，特別是工程界， MATLAB 一定會盛行起來。 MATLAB用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C 和 FORTRAN 語言的冗長代碼。語言簡潔緊湊，使用方便靈活，庫函數(shù)極其豐富。 具有 FORTRAN 和 C 等高級語言知識的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用 FORTRAN 或 C 語言去編寫程序，尤其當(dāng)涉及矩陣運算和畫圖時，編程會很麻煩。即使有部分源代碼，用戶也會感到麻煩，且不能保證運算的穩(wěn)定性。 Ax=b,其中： A= 32 13 45 67 23 79 85 12 43 23 54 65 98 34 71 35 b= 1 2 3 4 解為： x=A\b。 2）運算符豐富。例如，在 MATLAB 里，用戶無需對矩陣預(yù)定義就可使用。 MATLAB 還具有較強的編輯圖形界面的能力。 MATLAB 包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。功能性工具箱用于多種學(xué)科。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點。 Simulink工具箱的另一個優(yōu)點是他不給出任何新的函數(shù)。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點 Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。 通常在通信系統(tǒng)仿真模型中使用的工具箱除了 Simulink 之外，還有一些以Simulink 為基礎(chǔ)的模塊工具箱。 定點處理 (FixPoint Blocks)模塊工具箱主要是為分析計算機字長有限對處理信號造成的影響而提供的各種 Simulink 模塊，包括定點的算術(shù)運算、定點的邏輯運算、定點的變換運算、定點數(shù)的傳送和定點數(shù)的聯(lián)接。在第一階段中首先要進行環(huán)節(jié)庫框圖的建立，從各種庫中查找到需要的圖標(biāo)后進行排列；然后把各環(huán)節(jié)的端口按框圖連接起來；最后進行環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)定。 ② 通過 Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼 。 ⑥ 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和 異常行為 可訪問 MATLAB從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù) 。以便后面的系統(tǒng)仿真分析所用。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 19 頁 共 36頁 靜態(tài)參數(shù)計算 A 額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降 為 了滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為 ： 5. 26 / m i n(1 )Ncl nsnrDs? ? ?? B 閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù) 先計算電動機的電動系數(shù) 2 2 0 5 5 0 . 5 0 . 1 9 2 5 . m in /1000N N aNU I RC e V rn? ? ?? ? ? 則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為： 5 5 1 2 8 5 . 7 / m in0 . 1 9 2 5Nop IRnrCe ?? ? ? ? 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為： 1 opnk n?? ? ?? C 計算轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù) 轉(zhuǎn)速負反饋 B包含測速發(fā)電機的電動勢系數(shù) Cetg和其輸出電位器 RP2的分壓系數(shù)a2，即 2 etgaC?? 根據(jù)測速發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)，有 110 0 .0 5 7 9 . m in /1900etgC v r?? 取 a2= 由此可得 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： B=D 電位器 RP 的選擇 為了使測速發(fā)電機的電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流為額定值的 20%，則 e t g NRP2N t gCn 0 . 0 5 7 9 1 0 0 0R 1 3 7 90 . 2 I 0 . 2 0 . 2 1?? ? ? ?? 此時其所消耗的功率為： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 20 頁 共 36頁 R P 2 e t g N N t gW C n 0 . 2 I 0 . 0 5 7 9 1 0 0 0 0 . 2 0 . 2 1 2 . 4 3 w? ? ? ? ? ? ? 為了不致電位器溫度很高，實選的功率應(yīng)為其所消耗的一倍以上，故 2RP 選為 10w，? 。 由此可見，為了提高穩(wěn)態(tài)精度而增加開環(huán)放大系數(shù)時，就有可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)所面臨的第二個問題是：直流電動機起動或發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，由于反饋電壓 Un=0，直流電動機處于 全壓起動狀態(tài)，會導(dǎo)致電動機電流太大，電動機不能安全運行。 [z p k]=tf2zp(num,den) z = Empty matrix: 0by1 p = k = +007 畫出其根軌跡圖： 程序如下： num=。 ⑵利用伯德圖分析 根據(jù)其開環(huán)傳遞函數(shù)畫出其伯德圖： 程序如下： num=。 margin(s1)。 nyquist(s