【正文】 產(chǎn)工藝的要求，哪一方面的性能是主要的，就以哪一方面為主。這一恢復(fù)過程就是系統(tǒng)的抗擾過程。調(diào)速系統(tǒng)突加額定負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)降落稱為動(dòng)態(tài)速降。 實(shí)際控制系統(tǒng)對(duì)于各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求各不相同。第五節(jié) 本章小結(jié)本章對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真和調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了簡要闡述。同時(shí)對(duì)兩種性能指標(biāo)的有關(guān)參數(shù)作了簡要分析。直流穩(wěn)壓電源。第二節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成和工作原理直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定信號(hào)、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。式中 ——電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比，即； ——整流電壓一個(gè)周期中的波頭數(shù)； ——開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速； ——開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)，完全取決于電樞回路電阻及所加負(fù)載的大小。這時(shí)，隨著負(fù)載電流的減小，反電動(dòng)勢反而急劇升高，如圖中虛線所示。當(dāng)主回路電感量足夠大，電動(dòng)機(jī)又有一定的空載電流時(shí)，可近似認(rèn)為電動(dòng)機(jī)工作電流連續(xù)，可把特性曲線直線段的延長線與縱軸的交點(diǎn)作為理想空載轉(zhuǎn)速。從總體來看，開環(huán)VM系統(tǒng) 的機(jī)械特性是很軟的，一般滿足不了工業(yè)生產(chǎn)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求，通常需要設(shè)置反饋環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的機(jī)械特性。這就組成了反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。它一般由P（Proportion）、I（Integral）、PI（Proportion Integral）運(yùn)算放大器組成，用來將給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較和放大。④ 速度檢測環(huán)節(jié)。直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立的電路：一個(gè)是電樞回路，另一個(gè)是勵(lì)磁回路。從靜特性分析中可以看出，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。實(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。上面只討論了負(fù)載變化這樣一種擾動(dòng)作用，除此之外，交流電源電壓的波動(dòng)（使變化）、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化（造成變化）、放大器輸出電壓的漂移（使變化）、由溫升引起主電路電阻的增大等等，所有這些因素都和負(fù)載變化一樣，最終都要影響到轉(zhuǎn)速，都會(huì)被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制作用，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響?？箶_性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。它的微小變化都會(huì)使被調(diào)量隨之變化，絲毫不受反饋?zhàn)饔玫囊种?。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。而測速發(fā)電機(jī)電壓中的換向紋波、制造或安裝不良造成轉(zhuǎn)子偏心等等，都會(huì)給系統(tǒng)帶來周期性的干擾。為滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為=()求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)① 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢系數(shù)： ()② 開環(huán)系統(tǒng)的額定速降： ()③ 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為 ()計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)測速反饋系數(shù)包含測速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比和電位器RP2的分壓系數(shù)，即 ()根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)。所以晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù)便可近似成一階慣性環(huán)節(jié)。假定主電路電流連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓方程為 ()由此可知電樞回路的電壓平衡方程式為 () 在零初始條件下，對(duì)上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得 ()則電壓與電流間的傳遞函數(shù)為 ()式中，為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。 直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為。 由式 () 可知，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為 ()其一般表達(dá)式為 ()根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是依據(jù)穩(wěn)定條件得 ()即 ()化簡整理得 為臨界放大系數(shù)。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式 ()。clearclcnum=[]。w=logspace(0,3,50)。[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(W)figure(2)。 幅值穿越頻率（截止頻率）=[2]。在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過程振蕩弱，超調(diào)小。原系統(tǒng)不穩(wěn)定表現(xiàn)在放大系數(shù)過大，截止頻率過高，應(yīng)該把它們降下來。在處，應(yīng)有L1=L2。于是L2=20lg (), ()已知，因此，得出PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ()應(yīng)該指出這個(gè)結(jié)果并不是唯一的。啟動(dòng)仿真。啟動(dòng)仿真。勵(lì)磁電阻為：=240/=160 勵(lì)磁電感在恒定磁場控制時(shí)可取0。對(duì)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓時(shí)，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，此時(shí)反饋電壓為零，加在調(diào)節(jié)器輸入端的偏差電壓，幾乎是其穩(wěn)態(tài)工作值的（1+K）倍。從前一點(diǎn)考慮，可引入電流負(fù)反饋來限流；從后一點(diǎn)考慮，這種限流反饋?zhàn)饔弥荒芷鸬蕉罗D(zhuǎn)時(shí)存在，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)取消。由上面系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。式 () 對(duì)應(yīng)于圖中的AB段，此時(shí)電流負(fù)反饋起作用，特性急劇下垂。② 。[3]當(dāng)系統(tǒng)堵轉(zhuǎn)時(shí)n=0，由式 () 得 ()一般，且堵轉(zhuǎn)電流小于電機(jī)的最大電流，所以 ()式中，為電動(dòng)機(jī)過載系數(shù)，～2。此處設(shè)定值為66A。與VM系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性[3]：① 主電路線路簡單，需用的功率器件少。⑤ 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。以MATLAB/Simulink/SimPowerSystem為平臺(tái)繪制直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的物理模型。后面再放置一個(gè)加法器，加上1，那么加法器輸出數(shù)的范圍就是[1，1]。 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速和電流因?yàn)檫@種脈寬控制是在直流回路中直接使用可控開關(guān)，所以電路中的諧波多，仿真結(jié)果電流波形比較粗糙。設(shè)計(jì)控制器，建立各種控制系統(tǒng)的仿真模型并得出滿意的仿真結(jié)果。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。兩者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接，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)器的輸出去控制電力電子變換器。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。它是垂直的特性。當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí) () ()。一、轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用[3]① 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。③ 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。第三節(jié) 本章小結(jié) 本章先簡單分析了單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，然后簡要介紹了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，并與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)作了比較。本文就是使用MATLAB及其Simulink工具箱，利用電氣原理結(jié)構(gòu)圖的方法對(duì)直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)、帶電流截止直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)和PWM直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。參考文獻(xiàn)[1] 周淵深．交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真［M］．北京：中國電力出版社，2007．[2] 王正林，王勝開，陳國順．MATLAB Simulink與控制系統(tǒng)仿真［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2005．[3] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．[4] 陳勇，陳亞愛．電機(jī)與拖基礎(chǔ)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2007．[5] 孫亮，楊鵬．自動(dòng)控制原理［M］．北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2006．[6] 袁運(yùn)科，劉桂英，熊宇．直流調(diào)速系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真分析［J］.江西電力職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，14(1)．[7] 董璇，都洪基，［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28(2)．[8] 王洪菊,任仲強(qiáng)．直流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab的仿真算法研究［J］．制造業(yè)自動(dòng)化，2006，28(10)．[9] 張立勛，路敦民，董玉紅等．直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真［J］．應(yīng)用科技，2005，32(6)．[10] 徐月華．Matlab在直流調(diào)速設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．微計(jì)算機(jī)信息(測控儀表自動(dòng)化)，2003，19(8)．[11] 蔡金萍．基于PWM的直流調(diào)速控制器的研究［D］．2008．[12] 孫玉勝，伍銀波．直流調(diào)速系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)［J］．水利電力機(jī)械，2007，29(6)．[13] 袁傳建．基于幅相控制的三相PWM整流器的matlab仿真［J］．中小企業(yè)管理與科技，2008(24)．[14] AYETUEL GELEN．Realization Of Power Electronic Converter Based Dc Motor Speed Control Methods Using Matlab/simulink[J]The International Journal of Engineering Education,2009,25(1)．[15] 潘燕．單相三電平整流器建模及MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)［J］．變流技術(shù)與電力牽引，2007(2)：1121．[16] 陳賢明，呂宏水，劉國華等．單周控制的三相PWM逆變器仿真研究［J］．大功率變流技術(shù)，2009(6)：15．。對(duì)直流單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真得出，雖然在理論上滿足設(shè)計(jì)要求，但其起動(dòng)電流過大，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)電動(dòng)機(jī)長期運(yùn)行很不利，加入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)后，有效得控制了電流過大的缺點(diǎn)，使得系統(tǒng)更加實(shí)用。結(jié) 論直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，雖然近年來交流調(diào)速技術(shù)日益成熟，在很多方面取代了直流調(diào)速，但在其它很多行業(yè)，直流調(diào)速依然得到廣泛使用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。③ 其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流電流調(diào)節(jié)器的作用[4]① 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。P調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，PI調(diào)節(jié)器未飽和時(shí)，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值是輸入的積分，最終使PI調(diào)節(jié)器輸入為零才停止積分。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性ASR輸出