【正文】 四年來，我收獲的不僅僅是專業(yè)知識，也不僅僅是做人道理，更多的還有對待種種困難的堅(jiān)強(qiáng)的心態(tài)，我會把這些都當(dāng)作人生道路中難得的財(cái)富，因?yàn)樗鼈儠?lì)自己不斷的前進(jìn)，使自己更加堅(jiān)強(qiáng)，同時(shí)對生活賦予新的意義。本文對直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)在開環(huán)控制和單閉環(huán)控制的分析，以及雙閉環(huán)控制，進(jìn)行了深入的分析研究，并用計(jì)算機(jī)仿真工具 MATLAB 的 Simulink 工具箱，建立了雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真模型。在 是突然加 1/2 額定負(fù)載后電動機(jī)電流上升轉(zhuǎn)速下降，經(jīng)過 左右時(shí)間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到給定值。其中主電路部分，主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、移相控制環(huán)節(jié)和直流電動機(jī)等部分組成。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI）,其傳遞函數(shù)為：。電流環(huán)截止頻率 1.??sKIci? 1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足： ，3cisT??因?yàn)? ，所以滿足近似條件。3．轉(zhuǎn)速超調(diào)：采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。3，第 III 階段（t 2 以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程分析設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程，因此在分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時(shí)，有必要首先探討它的起動過程。（二） 動態(tài)抗擾性能：1．抗負(fù)載擾動：由圖 46 可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)ASR 來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。圖中 和 分別表)(sWASR)(sACR示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。由 ，且ASR不飽和 得：diiIU?* *imiU??，說明n 0A段靜特性從 (理想空載狀態(tài) )一直延續(xù)到 ，而 一般都大于dmI??dI dmI?d額定電流 的。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。 ACR 的輸出作為“ 觸發(fā)電路 ”的控制電壓 Uc，利用 ACR 的輸出限幅可以限制整流橋的最大導(dǎo)通角 αmax。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值 的恒流過程，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dmI保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。 PI 調(diào)節(jié)器如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要?jiǎng)討B(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，13這便是比例積分控制。對于有靜差調(diào)速系統(tǒng)，如果根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求計(jì)算出系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，動態(tài)性能可能較差。(2) 從前面對于閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的分析中可以看出，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K 值對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響很大。在電動機(jī)軸上安裝一臺測速發(fā)電動 TG，引出與輸出量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓 Un，與轉(zhuǎn)速給定電壓Un*進(jìn)行比較，得到偏差電壓 ，經(jīng)過放大器 A，產(chǎn)生驅(qū)動或觸發(fā)裝置的控制電壓 ，去nU? ct控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就組成了反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。又如熱連軋機(jī)，各機(jī)架軋輥分別由單獨(dú)的電動機(jī)拖動，鋼材在幾個(gè)機(jī)架內(nèi)連續(xù)軋制，要求各機(jī)架出口線速度保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，使被軋金屬的每秒流量相等，才不致造成鋼材拱起或拉斷，根據(jù)工藝要求，須使調(diào)速范圍 D=3～ 10 時(shí)，保證靜差率 s≤%～%。頻繁起、制動的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。由圖可見：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，特性還比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時(shí)電流波形可能斷續(xù)，公式（）已經(jīng)不適用了。如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負(fù)載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時(shí)值 ud0 和平均值 Ud0 來表示，瞬時(shí)電壓平衡方程： （）dtiLRiEud??0式中 E 為電動機(jī)反電動勢；i d 為整流電流瞬時(shí)值；L 為主電路總電感；R 主電路等效電阻；對 ud0 進(jìn)行積分，即得理想空載整流電壓平均值 Ud0 。整流是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟姽┙o直流用電設(shè)備。第三部分為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)部分，完成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)控制特性研究，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)分析。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善因此，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)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動機(jī)做原動機(jī)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。從機(jī)械特性上看就是通過改變電動機(jī)的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動機(jī)機(jī)械特性和負(fù)載機(jī)械特性的的交點(diǎn)，使電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。I 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )BACHELOR DISSERTATION 論文題目：直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 II畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本文以直流電動機(jī)為對象，先是分析晶閘管電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)工作機(jī)械特性，然后分析單閉環(huán)有靜差和無靜差工作的系統(tǒng)靜特性，以及著重對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的機(jī)械特性設(shè)計(jì)與分析，并應(yīng)用 MATLAB 軟件對系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真研究。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。第四部分為軟件仿真部分，用 MATLAB軟件對系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真研究，對仿真結(jié)果分析、研究，驗(yàn)證控制方案的合理性。整流電路可以分為不可控、半控、全控三種。用觸發(fā)脈沖的相位角 ? 控制整流電壓的平均值 Ud0 是晶閘管整流器的特點(diǎn)。上述分析說明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個(gè)線性的可控電壓源。機(jī)械特性的近似處理方法：在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線交點(diǎn) n0 作為理想空載轉(zhuǎn)速。何一臺需要控制調(diào)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能都有一定的要求。為了進(jìn)行定量的分析，可以針對前兩項(xiàng)要求定義兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)，叫做“調(diào)速范圍” 和“靜差率”。在這些情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。圖 31 所示為采用晶閘管相控整流器供電的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)，所以稱為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。K 越大，穩(wěn)態(tài)速降越小，靜特性就越硬，在一定靜差率要求下的調(diào)速范圍越寬。采用比例積分調(diào)節(jié)器代替比例放大器后，可以使系統(tǒng)穩(wěn)定且有足夠的穩(wěn)定裕量。 在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)，線路如圖 34 所示。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrn(a) (b)16圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（注: ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR—電流調(diào)節(jié)器 TG—直流測速發(fā)電機(jī)TA—電流互感器 UPE—電力電子裝置 Un*—轉(zhuǎn)速給定電壓 Un—轉(zhuǎn)速反饋電壓 Ui*—電流給定電壓 Ui —電流反饋電壓）總的來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用為：（1） ASR 的作用：使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 U*n 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；對負(fù)載變化起抗擾作用；其輸出限幅值決定允許的最大電流。17nASR ACRU*n+ UnUiU*i+ UctTA+UdIdUPEMTG 環(huán)ni外環(huán)內(nèi)環(huán)圖 43 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 Ks ? 1/CeU*n UctIdEnUd0Un+ +ASR+U*i IdR R ? ACRUi UPE圖44雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖首先畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 44，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。 o（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和：此時(shí)，ASR 輸出達(dá)到限幅值 ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速*imU的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。為了引出電流反饋，在電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 顯露出來。在突加(突減)負(fù)載時(shí)，必然會引起動態(tài)速降(速升)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 由靜止?fàn)顟B(tài)起動時(shí)。2，第II階段（ t1～t 2）是恒流升速階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值 時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0*n?器 ASR 的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 ，所以電動機(jī)imU仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來抑制超調(diào)。 sT???ci 2）校驗(yàn)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足： ，lmciT13??現(xiàn)在 = ，滿足近似條件。sKsWnASR?1)(??4：選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按照跟隨和抗擾性能都較好的原則取 h=5，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為shTn087.??? ????sThKnN所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 )(????nmenRhC???5：校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 ??snN? 1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足 ，由于 ，滿足簡化條件；icT??i????.4 2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足條件： ，ion?2/13由于 ，滿足近似條件?？刂苹芈返闹黝}是轉(zhuǎn)速和回路兩個(gè)調(diào)節(jié)器，以及反饋濾波環(huán)節(jié)，講兩部分拼接起來及組成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。29結(jié) 論通過這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流晶閘管調(diào)控系統(tǒng)以及雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析。由仿真計(jì)算結(jié)果表明，利用 MATLAB 的 Simulink 對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),可以迅速直觀地分析出系統(tǒng)的跟隨性能、抗擾性能及穩(wěn)定性，使得對系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)及校正變得更簡單方便，大大縮短了系統(tǒng)的調(diào)試周期，提高了開發(fā)系統(tǒng)的效率。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。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(shí)穩(wěn)重的走好今后人生的每一段路。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(jì)，適用的電力傳動系統(tǒng)。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(shí)電樞電流為零，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為零，沒有反向制動轉(zhuǎn)矩，有因?yàn)槭抢硐肟蛰d啟動狀態(tài)，所以電動機(jī)保持在最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)， 后加上負(fù)載，電動機(jī)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(jī)穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速上。模型有晶