【正文】 應(yīng)等效為 ? ?? ?? ?111* ??? sKsWsUsIIcliid ?? （ 3—31） 這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù) IK1 的一階慣性環(huán)節(jié)。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那是線性系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。 (4) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 36 所示，圖中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 *iU 。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 31 MATLAB仿真 MATLAB語(yǔ)言 MATLAB 軟件是由美國(guó) NewMexico 大學(xué)的 C1eveMoler 博士于 1980 年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的， 1984 年由 C1eveMOIer 等人創(chuàng)立的 Mathwork 公司正式推出了第一個(gè)商業(yè)版本?，F(xiàn)在 MATLAB 軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。 ② 人機(jī)界面適合科技人員。 ③ 強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能。繪 圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法；數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)，自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的知識(shí)編寫(xiě)出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包相 比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的，因此用戶可以分別對(duì)系統(tǒng)中各組成部分和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析和修改。運(yùn)行SIMULINK 以后，打開(kāi) Blocksetamp。 ② 基本元件模塊庫(kù)：包括串聯(lián) RCL 負(fù)載 /支路、并聯(lián) RCL 負(fù)載 /支路、線性變壓器、飽和變壓器、互感、斷路器、 N 相分布參數(shù)線路和浪涌放電等。 ⑤ 連接模塊庫(kù)：包括地、中性點(diǎn)和母線 (公共點(diǎn) )?？梢杂?“Look Under Mask”命令打開(kāi)其中的各模塊，查看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以了解構(gòu)造方法和規(guī)律。 對(duì)仿真結(jié)果的實(shí)時(shí)觀測(cè)和保存，可通過(guò)下面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)： ① 實(shí)時(shí)觀測(cè) 可以用 SIMULINK 中的顯示模塊對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀 測(cè)。 ② 保存 SIMULINK 中用來(lái)保存數(shù)據(jù)的模塊有兩個(gè)，一是 ToFile，一是 ToWorkspace。可以看出，對(duì)于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用 SIMULINK 實(shí)現(xiàn)仿真非常簡(jiǎn)單。 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真 為了使雙閉調(diào)速環(huán)系統(tǒng)的研究更有意義，為此先做一個(gè)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB 仿真，不但可以用于比較，也對(duì)下面雙閉環(huán)模型的順利完成起到幫助作用。 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對(duì)稱交流電壓源、 晶閘管整流橋、直流電動(dòng)機(jī) 、轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán) 等部分組成。而輸入端 Block 用于控制觸發(fā)脈沖的輸出，在該端置 “0”，則有脈沖輸出；如果設(shè)置為 “1”，則沒(méi) 有脈沖輸出，整流器也不會(huì)工作。 6脈沖觸發(fā)模型構(gòu)建是通過(guò) Extras Control blocks(附加控制模塊 )中的 Control blocks(控制模塊 )庫(kù)中的 Synchronized 6Pulse Generator（ 6 脈沖同步觸發(fā)器）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型只是在開(kāi)環(huán)的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)模塊及限幅模塊，其仿真模型如圖 44 所示。在仿真過(guò)程中用戶只需直接把模型調(diào)到自己的仿真程序中即可。 SIMULINK 不僅可以通過(guò)菜單進(jìn)行直接仿真，也可以在 MATLAB 命令窗口中以命令的方式對(duì)用 SIMULINK 組成的文件進(jìn)行仿真，同時(shí)可以在命令中選擇河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 34 參數(shù)和算法，這對(duì)用 MATLAB 語(yǔ)言編寫(xiě)程序是很方便的。 XYGraph 模塊相當(dāng)于示波器輸入 X,Y 變量時(shí)的顯示，它在仿真啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)生成。 在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 在 6 個(gè)基本模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫(kù)中去。為滿足不同仿真目的的要求并捉高仿真速度，還有晶閘管簡(jiǎn)化模型。也可以在 MATLAB 的命令窗口直接鍵入 Powerlib。由基本 模塊又形成了其它的一些專用庫(kù)， MATLAB 中提到的工具箱，很多在 SIMULINK中都形成了專用模塊庫(kù)，仿真起來(lái)簡(jiǎn)單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)(Power System Blockset)，可以使直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真變得容易。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型是分層的，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)來(lái)查看下一級(jí)中更加詳細(xì)的內(nèi)容。 (2) SIMULINK 仿真工具 SIMULINK 是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包?，F(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等 20 多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù) 擴(kuò)展。 MATLAB 軟件包括基本部分和專業(yè)部分。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。 MATLAB 是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。 MATLAB 語(yǔ)言有以下特點(diǎn)： ① 起點(diǎn)高。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。故 ASR 選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ? ssKsW nnnASR ?? 1?? ③ 選擇調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù) sshT nn 1 7 ???? ?? 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 22222 62 1 ??? ?????? ssThhKnN 于是， ASR 的比例 系數(shù)為 ? ? 1 ????? ??????? nmen RTh TChK ? ? ④ 校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 111 ?? ????? ssKK nNN ??? a 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件 iI TK?? 31? ： iI ssTK ???? ??? 11 ，滿足近似條件； b 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 onI TK31?? ： onI ssTK ???? ?? 11 53131，滿足近似條件。 這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?11112 ???????? sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnn ?? ?????? （ 3—34） 令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 NK 為 mennN TCRKK ?? ?? （ 3—35） 則 ? ? ? ?? ?112 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 上述結(jié)果所需服從的近似條件歸納如下： iI TK?? 31? （ 3—36） onI TK31?? （ 3—37） (3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 nK 和 n? 。 (2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 和電流環(huán)中一 樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波的反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 ???sUn* ，再把時(shí)間常數(shù)為 IK1 和 onT 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 onIn TKT ??? 1 （ 3—32） 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器 ASR 中。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) (1) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù) ??sWcli 。在一般情況下，希望電流超調(diào)量 i? =5%，由表 32，可選 ? =， iITK? =，則 iciI TK ??? 21? （ 3—23） 再得用式（ 3—17）和式（ 3—18）得到 ?????????? ?? ilsisli TTKRTK RTK ?? 22 （ 3—24） (4) 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 20R20R 20R20RCo iCo i balRAR1CiUcUi*dI??++ 圖 35 含給定濾波與反 饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 含給定濾波和反饋濾波的模擬式 PI 型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 35 所示。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型 I 型系統(tǒng)。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成 ???sUi* ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，從其中可以看出兩個(gè)濾波時(shí)間常數(shù)取值相同的方便之處。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速正比，它代 表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。其意義是，讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延時(shí)，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜希瑥亩鴰?lái)設(shè)計(jì)上的方便。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3—4 所示，其中的濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。 表 34 典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 bCC/? % % % % % % % Ttm Ttv 13． 60 典型 I 型系統(tǒng)和典型 II 型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，一般來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)性能中典型 I 型系統(tǒng)可以在跟隨性能上做到超調(diào)量小，但抗擾性能稍差；而典型 II 型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。但是，當(dāng) 5?h 時(shí)，由于振蕩次數(shù)的增加，h 越小，恢復(fù)時(shí)間 vt 反而拖長(zhǎng)了。把各項(xiàng)指標(biāo)綜合起來(lái)看， h=5 時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性能比較適中。參數(shù)之間的關(guān)系如下： 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 19 122 ??h hc?? （ 3—11） 211 ??hc?? （ 3—12） 222211 2 12 112 1 ThhhhThK c ????????????? ??? （ 3—13） 典型 II 型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 a 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 在階躍輸入和斜坡輸入下， II 型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)都是無(wú)誤差的，在加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與開(kāi)環(huán)增益 K 成反比。要實(shí)現(xiàn)圖 28b 的特性，顯然應(yīng)保證 Tc 11 ???? 或 T?? 而相角穩(wěn)定裕度為 Ta r c t ga r c t gTa r c t ga r c t g cccc ??????? ?????? ?? 1 8 01 8 0 ? 比 T 大得越多，則系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。 典型 I 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系列于表 32（ KT=）。由于在典型 Ⅰ型系統(tǒng)中， 1?KT ，代入式（ 3—7）得 ?? ，因此在典型 I 型系統(tǒng)中應(yīng)取 ??? 。因此 I 型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。 ① 典型 I 型 系統(tǒng) 典型 I 型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為 ? ? ? ?1?? Tss KsW （ 3—4） 式中 T—系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)； K—系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。分母中的 rs 項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有 r 重極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng) 含有 r 個(gè)積分環(huán)節(jié)。這對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 ② 電流調(diào)節(jié)器的作用： a 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(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓 *iU （即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。 (3) 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中 的作用可分別歸納如下。但從動(dòng)態(tài)性能上看，由于擾動(dòng)作用點(diǎn)不同，存在著能否及時(shí)調(diào)節(jié)的差別。 ① 抗負(fù)載 擾動(dòng) 由圖 33 可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。 (1) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 33 所示。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 dmI 時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出 *imU ，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。 ① 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差 電壓都是零，