【正文】 真 給定其階躍信號(hào)后，得其仿 真圖形如下： Simulink仿真模型圖 輸出示波器圖形 從圖形可以看出，輸出的轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，不能滿足要求 物理實(shí)體模型仿真： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 26 頁 共 36頁 5 系統(tǒng)校正設(shè)計(jì) 相關(guān)知識(shí)： 在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，這時(shí)，必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，來改造系統(tǒng)，是它滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)兩方面的要求。 den=conv(conv([ 1],[ 1]),[ 1])。 s1=tf(num,den)。 s1=tf(num,den)。 利用 MATLAB 輔助分析 ⑴ 利用根軌跡分析 原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是： 5 5 . 5 8() ( 0 . 0 4 9 1 )( 0 . 0 2 6 1 )( 0 . 0 1 6 7 1 )Ws s s s? ? ? ? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 22 頁 共 36頁 根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)求其零極點(diǎn)并畫出其根軌跡圖： 求其零極點(diǎn)： 程序如下： num=。而對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的穩(wěn)定性是正常工作的首要條件，是必須要保證的。 由圖可見，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳函是： 2() ( 1 ) ( 1 )s m l mkWs T S T T S T S? ? ? ? 其中 /p s eK K K C?? 其中 mT 為機(jī)電時(shí)間常數(shù) lT 為電磁時(shí)間常數(shù) 由已知 L= 取 L= 電磁時(shí)間常數(shù) 0 .0 1 7 0 .0 1 71l LHTsR? ? ?? 機(jī)電常數(shù)： 2 10 1 30375 375 5 5m G D RC e C m??? ? ?? ? ? 如果 Kp取 21，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)取為： 2 1 4 4 0 .0 1 1 5 8/ 5 5 .5 80 .1 9 2 5p s eK K K C? ??? ? ? 于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 21 頁 共 36頁 5 5 . 5 8() ( 0 . 0 4 9 1 )( 0 . 0 2 6 1 )( 0 . 0 1 6 7 1 )Ws s s s? ? ? ? 4 穩(wěn)定性分析 穩(wěn)定是系統(tǒng)的必要條件，一切的分析只有在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才有意義 。數(shù)據(jù)如下： 電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為 10KW， 220V， 55A， 1000r/min，電樞電阻 Ra=: 晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器 Y/Y 連接，二次線電壓 U21=230V，電壓放大系數(shù) Ks=44，平均失控時(shí)間 TS=； VM系統(tǒng)主電路 R=1Ω ,電樞回路總電感 L=,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪力矩 GD2=10N 2 總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為負(fù)反饋，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流頂尖級(jí)的無級(jí)平滑調(diào)速。 ④ 使用 Embedded MATLAB? 模塊在 Simulink 和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用 MATLAB 算法 。這樣一個(gè)通信系統(tǒng)就確定了，接下來可以進(jìn)行仿真、確定系統(tǒng)的性能指標(biāo)及方案比較。 通過使用 Simulink 工具箱以及以他為基礎(chǔ)的其他工具箱可以很容易地建立起一個(gè)直觀的通信系統(tǒng)模型。 電力系統(tǒng) (Powersys)模塊工具箱提供了電力傳輸和拖動(dòng)中用到的各種子系統(tǒng)模型，他包含電源、元件、電機(jī)、電力電子、測量、聯(lián)接及其他。 (2)仿真的建立和運(yùn)行是智能化的。reg。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿 真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。 SIMULINK 介紹 ⑴ SIMULINK 介紹 Simulink 工具箱是 Matlab 各種工 具箱中比較特別的，他是從底層開發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面。這些工具箱都是由該領(lǐng)域內(nèi)學(xué)術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而直接進(jìn)行高，精，尖的研究。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。 6） MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。 3） MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如 for循環(huán)， while 循環(huán)， break 語句和 if 語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? 可見， MATLAB 的程序極其簡短。以下用 MATLAB 編寫以上兩個(gè)小程序的具體過程。在求解過程中，最麻煩的要算第二部分。由于庫函數(shù)都由本領(lǐng)域的專家編寫，用戶不必?fù)?dān)心函數(shù)的可靠性。以下簡單介紹一下 MATLAB 的主要特點(diǎn)。 ⑶ MATLAB 的特點(diǎn) 一種語言之所以能如此迅速地普及，顯 示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點(diǎn)，正如同 FORTRAN 和 C 等高級(jí)語言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語言的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。在歐美等高校， MATLAB 已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動(dòng)控制理論，數(shù)理統(tǒng)計(jì)，數(shù)字信號(hào)處理，時(shí)間序列分析，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；成為攻讀學(xué)位的大學(xué)生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。 0或 IE 4。 3版。 2C版（ for win3。 MATLAB 的出現(xiàn)，為各國中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 12 頁 共 36頁 科學(xué)家開發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。 在當(dāng)今 30 多個(gè)數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中 ,就軟件數(shù)學(xué)處理的原始內(nèi)核而言 ,可分為兩大類 .一類是數(shù)值計(jì)算型軟件 ,如 MATLAB,Xmath,Gauss 等 ,這類軟件長于數(shù)值計(jì)算 ,對(duì)處理大批數(shù)據(jù)效率高 。 圖 18比例積分調(diào)節(jié) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 11 頁 共 36頁 ⑵ MATLAB 產(chǎn)生的歷史背景 在 70 年代中期 ,Cleve Moler 博士和其同事在美國國家科學(xué)基金的資助下 開 發(fā)了調(diào)用 EISPACK 和 LINPACK 的 FORTRAN 子程序庫 .EISPACK 是特征值求解的FOETRAN 程序庫 ,LINPACK 是解線性方程的程序庫 .在當(dāng)時(shí) ,這兩個(gè)程序庫代 表矩陣運(yùn)算的最高水平 。 MATLAB 與 SIMULINK 介紹 MATLAB 介紹 ⑴ MATLAB 介紹 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）之意。 3．比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器 電路如圖 18a 所示。 2． 積分（ I）調(diào)節(jié)器 電路如圖 17a 所示。 圖 15 比例調(diào)節(jié)器 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 8 頁 共 36頁 （ 2） 特點(diǎn) ① 輸出電壓與輸入電壓成正比。 ③ 無靜差直流調(diào)速 系統(tǒng) 上面討論的是有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)，其自動(dòng)調(diào)節(jié)作用只能盡量減少系統(tǒng)的靜差（穩(wěn)態(tài)誤差），而不能完全消除靜差。而在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，轉(zhuǎn)速稍有下降，反饋電壓也隨之減少，通過放大器的比較和放大，提高晶閘管整流裝置的輸出電壓 Udo，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速能有所回升，使得閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降比開環(huán)時(shí)小得多。適當(dāng)提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù) Kn，可以把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降減小到允許范圍內(nèi)，提高機(jī)械特性硬度。 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型 （ 1） 穩(wěn)態(tài)框圖 單閉環(huán)系統(tǒng)中的各種穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： ① 放大器： Δ U=UsnUfn Uk=KpΔ U 式中 Kp為放大器的放大倍數(shù) ② 觸發(fā)器和晶閘管整流裝置： Udo=KtrUk 式中 Ktr為觸發(fā)器和晶閘管整流 裝置的放大倍數(shù) ③ 電動(dòng)機(jī)： mddoe ddo KRIUK RIUn )( ?? ???? ? 其中，?em KK 1? ④ 反饋環(huán)節(jié)： Ufn=α nn 式中 α n為速度負(fù)反饋系數(shù)。因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)速反饋環(huán)，所以稱為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。為了滿足技術(shù)指標(biāo)要求，這時(shí)應(yīng)考慮采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。改變控制電壓 UC 就可觸發(fā)器的中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 4 頁 共 36頁 脈沖控制角及整流電壓 Udo，相應(yīng)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 3）晶閘管觸發(fā)脈沖電路 晶閘管觸發(fā)脈沖控制是晶閘管變流器常用的控制方式，改變觸發(fā)裝置的控制電壓 Uc的大小，即可移動(dòng)觸發(fā)器的脈沖相位，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流器輸出電壓的調(diào)節(jié)。 圖 11 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 3 頁 共 36頁 1．系統(tǒng)的組成 1）直流電動(dòng)機(jī) 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。 （ 2） 穩(wěn)速 以一定的精度在要求的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，盡可能不受外部或內(nèi)部擾動(dòng)的影響，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。 ⑶ 對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的要求 各類不同的生產(chǎn)機(jī)械，由于其具體的生產(chǎn)工藝過程不同，對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求也是不同的。為了克服這些缺點(diǎn)， 50 年代開始使用水銀整流器作為作為可控變流裝置。 對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好，調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方式。 ⑴ 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可用下式表示 ?e ddd K RIUn ?? （ ） 式中 n—— 轉(zhuǎn)速； Ud—— 電樞電壓； Id—— 電樞電流； Rd—— 電樞回路電阻； φ —— 勵(lì)磁磁通； Ke—— 由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢系數(shù)。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)論文 第 I 頁 共 I頁 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................. 1 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的介紹 ....................................................................................... 1 直流電機(jī)調(diào)速的應(yīng)用 ............................................................................................ 1 常見的直流調(diào)速系統(tǒng) ............................................................................................ 2 MATLAB 與 SIMULINK 介紹 .............................................................................. 10 MATLAB 介紹 .................................................................................................... 10 2 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 16 設(shè)計(jì)原理 ................................................................................................................... 17 3 參數(shù)設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 18 靜態(tài)參數(shù)計(jì)算 ......................................................................................................... 19