【正文】 材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速，已滿足工作機械的要求。s mechanical properties, thereby changing the motor characteristic and load mechanical characteristics of the intersection, the stable operation of the motor speed change. This paper focuses on the SCR motor speed control system of openloop mechanical properties of the work, single loop with static error and poor working system with no static static properties, mechanical properties and the double closedloop system closedloop control characteristics were tested. And apply the MATLAB software system model was simulated. Keywords: DC motor speed。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機械的要求。 課題的提出及研究意義電機自動控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。盡管目前各種交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的發(fā)展，但因為直流電機具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，良好的啟動、制動性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的2延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對照，設(shè)計過程就簡便多了。第二部分為單閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)部分，研究單閉環(huán)(轉(zhuǎn)速負(fù)反饋)有靜差和無靜差工作的系統(tǒng)靜特性并進行相關(guān)分析。晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號如下圖 21 所示。但晶閘管一旦導(dǎo)通，不管控制極有沒有電壓，只要陽極與陰極之間維持正向電壓，則晶閘管就維持導(dǎo)通。三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的。圖 23 直流電機調(diào)速系統(tǒng)(VM 系統(tǒng))的原理圖1，系統(tǒng)的組成及調(diào)節(jié)原理系統(tǒng)的組成圖如 ，調(diào)節(jié) →改變移相角 α→改變 Ud→n 改變*nU2，觸發(fā)脈沖的相位控制調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。?當(dāng) 0 ? ?/2 時，Ud0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) ?/2 ? ?max 時， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。（1）電流連續(xù)情況：改變控制角 ?，得一組平行直線，這和 GM 系統(tǒng)的特性很相似，如圖 所示。以三相半波整流電路構(gòu)成的 VM 系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時機械特性須用下列方程組表示：6n= （）)1(])6sin(6[sinco2cot cot???????????eCeaaUId= [cos( )cos( +θ) θn （）R23?2UCe式中 ψ=arctan ；? 為一個電流脈波的導(dǎo)通角。圖 完整的 VM 系統(tǒng)的機械特性圖 圖 斷續(xù)段特性的近似計算（4）VM 系統(tǒng)機械特性的特點：圖 繪出了完整的 VM 系統(tǒng)機械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。圖 斷續(xù)段特性的近似計算在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個方面：（1） 調(diào)速。（3）加、減速。（1）調(diào)速范圍生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 n 和最低轉(zhuǎn)速 n 之比叫調(diào)速范圍，用字母 Dmaxmi表示，即8D= ()minax其中的 和 一般都是指電動機額定負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機maxnin床，例如精密磨床，也可以用實際負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時負(fù)載大小常有波動，但是，為了保證工件的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大，一般要求，調(diào)速范圍 D=20～40，靜差率 s≤5%。根據(jù)自動控制原理，為了克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。對于調(diào)速系統(tǒng)來說，輸出量是轉(zhuǎn)速，通常引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 圖 31 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)10 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 忽略各種非線性因素，各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性；工作在 VM 系統(tǒng)開環(huán)機械特性的連續(xù)段；忽略直流電源和電位器的等效電阻。CeKSp/?? 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流(或轉(zhuǎn)矩)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開環(huán)機械特性相似，但本質(zhì)上卻有很大不同，因此稱為“靜特性” ，以示區(qū)別。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)屬于有靜差調(diào)速?01??系統(tǒng)。 單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 上面介紹的采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其控制作用需要用偏差來維持，屬于有靜差調(diào)速系統(tǒng)，只能設(shè)法減少靜差，無法從根本上消除靜差。采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應(yīng)快，只要把比例和積分兩種控制結(jié)合起來就行了，這便是比例積分控制。0RKipi? 10?由此可見，PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖41a 所示。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。雙閉環(huán)(轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)) 直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。在調(diào)速系統(tǒng)工作時，要先給電動機加勵磁，ASR 的輸出作為 ACR 的輸入，利用 ASR 的輸出限幅可達(dá)到限制啟動電流大小的目的。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，如圖43所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。因為PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：此時兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差電壓都為零，即18 ()nUn??* ()diiI?* () 0*n?? 0A段。穩(wěn)態(tài)時有： ()dmidII??*從而得到圖45靜特性的AB段。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖46所示。動態(tài)性能可分為動態(tài)跟隨性能和動態(tài)抗擾性能兩種。在設(shè)計 ACR 時，應(yīng)強調(diào)具有良好的跟隨性能。2．抗電網(wǎng)電壓擾動：由于電網(wǎng)電壓擾動和負(fù)載擾動在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對它們的動態(tài)抗擾效果就不同。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化比起單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。1，第I階段（0～t 1）是電流上升階段。直到 ， ,電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 不再迅速增長，dIdmI?*imi dI標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定 作用下*imU的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長（圖dI） 。此外還應(yīng)指出，為了保iimiU???* dIdmI證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中ACR不應(yīng)飽和。但是，由于 仍大于負(fù)載電流 ，*iUdI dIdLI轉(zhuǎn)速將在一段時間內(nèi)繼續(xù)上升。222．準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：在恒流升速階段，系統(tǒng)電流為允許最大值，并保持恒定，使系統(tǒng)最快起動，即在電流受限制條件下使系統(tǒng)最短時間內(nèi)起動。*nom?設(shè)計要求：（1）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差；（2）動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 ，啟動到額定轉(zhuǎn)%5?i?速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 ；%10?n? 電流環(huán)的設(shè)計 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 49 所示：49 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1）三相橋式電路的平均失控時間為 。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計成 PI 型, 其傳遞函數(shù)為241()iACRsWK???3，選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： ； 電流開環(huán)增益：因要求 ，故取sTli076.?? %5?i?，因此 ，??iITK 135/5./.0??iIK13/siIiR??4，校驗近似條件。 sT????ci按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計指標(biāo)要求和近似條件。3：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。掌握了強大的 SIMULINK 工具后，會大大增強用戶系統(tǒng)仿真的能力。模型有晶閘管 直流電動機組成的主電路和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的控制電路兩部分組成。 a) b)圖 52 晶閘管 電機模型雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果a)轉(zhuǎn)速響應(yīng) b)電流響應(yīng)下面分析一下仿真結(jié)果：啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。如圖 52，在 啟動過程結(jié)束，電樞電流下降到零，轉(zhuǎn)速上升到最高且已經(jīng)超調(diào)，電流給定“—”，本系統(tǒng)為不可逆系統(tǒng)，晶閘管整流裝置不能產(chǎn)生反向電流，這時電樞電流為零，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩也為零，沒有反向制動轉(zhuǎn)矩，有因為是理想空載啟動狀態(tài)，所以電動機保持在最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)， 后加上負(fù)載，電動機轉(zhuǎn)速下降， ASR 開始推出飽和，電流環(huán)發(fā)揮作用，是電動機穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速上。根據(jù)自動控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。所以雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)?？傊?，在設(shè)計過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識，而且學(xué)會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。除此之外，輔導(dǎo)員老師的諄諄教誨使我從初來的青澀漸漸走向了成熟，不再盲目的憧憬未來，而知道要踏實穩(wěn)重的走好今后人生的每一段路。同時，向在百忙中抽出時間對本文進行評審，并參與本文答辯相關(guān)老師表示衷心地感謝。在本論文寫作過程中，查閱和參考了眾多文獻(xiàn)資料，得到了許多教益和啟發(fā)，在此向參考文獻(xiàn)的作者致以誠摯的謝意。在此感謝所有對我進行幫助的老師和同學(xué)，特別感