【正文】 5. 完成相關實驗。具體的說，第一，了解了調速的發(fā)展史的同時，進一步了解了交流調速系統(tǒng)所蘊涵的發(fā)展?jié)摿Γ莆樟诉@一方面未來的發(fā)展動態(tài)；第二，雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性；第三，ASR、ACR（速度、電流調節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標在結構上的選取，包括其參數(shù)的計算；第四，直流電動機數(shù)學模型的建立，參數(shù)的計算；第六，PWM脈寬調制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形；第七，運用MATLAB仿真系統(tǒng)對所建立的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)進行的仿真，與此同時，進一步熟悉了MATLAB的相關功能，掌握了其使用方法。控制系統(tǒng)的計算機法仿真是一門涉及到控制理論、計算機技術的綜合性新興學科。此時，用下列諸式描述起其動態(tài)過程：①②③由①、②可得： ④令為電動機的電氣機械時間常數(shù)， 為電動機的電氣時間常數(shù)，由③、④式可得：⑤式④、⑤分別是以電樞電流和電樞電壓為輸入，以角速度ω為輸出時，永磁電動機的傳遞函數(shù)，這兩種表達式可根據(jù)組成控制系統(tǒng)時的具體情況來選用，通常把永磁直流電動機作為電流變換裝置，選取式④較好，因為相對于式⑤，式④只有一個極點。第四章 直流電動機數(shù)學模型的建立 數(shù)學模型的建立建立電動機動態(tài)數(shù)學模型的方法的要點是：首先列寫出電動機主電路電壓平衡方程式，軸上力矩平衡方程式和勵磁電路電壓平衡方程式等基本關系式，加以整理，然后進行拉普拉斯變換，根據(jù)此變換，即可求出電動機的動態(tài)結構圖和傳遞函數(shù)的表達式[1，10]。調速時，ρ的可調范圍為0~1，相應的，γ=（1）~（+1）。在一個開關周期內，當0≤tton時，Uab= Us，電樞電流id沿回路1流通；當ton≤tT時，驅動電壓反相，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，Uab=Us。如此反復，得到電樞端電壓波形u=f(t),如圖3—1b所示，好象是電源電壓Us在ton時間內被接上，又在（Tton）內被斬斷，故稱為“斬波”。PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需用的功率器件少；開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右；若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗干擾能力強；功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)效率因數(shù)比相控整流器高。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,所以把電流調節(jié)器設計成PI型的.檢查對電源電壓的抗擾性能:由附錄表二,各項指標可接受.（3）選擇電流調節(jié)器的參數(shù)ACR超前時間常數(shù)=；電流環(huán)開環(huán)時間增益，ACR的比例系數(shù)。在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中,整流裝置滯后時間常數(shù)Ts和電流濾波時間常數(shù)Toi一般都比電樞回路電磁Tl小很多,可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié),取T∑i=Ts+Toi。仿真結果如圖3所示。直流調速系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的工程設計包括確定典型系統(tǒng)、選擇調節(jié)器類型、計算調節(jié)器參數(shù)、計算調節(jié)器電路參數(shù)、校驗等內容。1． 抗負載擾動由雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖上可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此，只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動的作用。圖2—8 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的電壓、電流、轉速波形綜上所述，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結構的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設計這樣的控制系統(tǒng)。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在以最大電流下加速，使轉速超調。當增加到（負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節(jié)器ASR的輸出很快達到限幅值，從而使電樞電流達到所對應的最大值（在這過程中的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即 式中，——電流反饋系數(shù)。電流反饋系數(shù)：β= /。穩(wěn)態(tài)時：==其中，最大電流取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。 實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成及其靜特性一、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。 2）恢復時間 從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的范圍之內所需的時間，定義為恢復時間，其中稱為抗擾指標中輸出量的基準值。原則上它應該是從給定量階躍變化起到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時間。一、跟隨性能指標在給定信號（或稱參考輸入信號）R(t)的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標來描述。在1000r/min時降落10r/min，只占1%；在100r/min時也降落10r/min，就占10%；如果只有10r/min，再降落10r/min時，電動機就停止轉動，轉速全都降落完了。靜態(tài)調速指標要求電力傳動自動控制系統(tǒng)能在最高轉速和最低轉速范圍內調節(jié)轉速，并且要求在不同轉速下工作時，速度穩(wěn)定；動態(tài)調速指標要求系統(tǒng)啟動、制動快而平穩(wěn)，并且具有良好的抗擾動能力。它在理論上實踐上都比較成熟，而且從閉環(huán)控制的角度看，它又是交流調速系統(tǒng)的基礎[1，6]。首先，應掌握轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；然后，在建立該系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基礎上，從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉速與電流兩個調節(jié)器的作用；第三，研究一般調節(jié)器的工程設計方法，和經(jīng)典控制理論的動態(tài)校正方法相比，得出該設計方法的優(yōu)點，即計算簡便、應用方便、容易掌握；第四，應用工程設計方法解決雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中兩個調節(jié)器的設計問題，等等。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應用，為交流電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促進了各種類型交流調速系統(tǒng)：如串級調速系統(tǒng)，變頻調速系統(tǒng)，無換向器電動機調速系統(tǒng)以及矢量控制調速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。直流電動機在額定轉速以下運行時，保持勵磁電流恒定，可用改變電樞電壓的方法實現(xiàn)恒定轉矩調速；在額定轉速以上運行時，保持電樞電壓恒定，可用改變勵磁的方法實現(xiàn)恒功率調速。由于電力電子技術與器件的進步和晶閘管系統(tǒng)具有的良好動態(tài)性能，使直流調速系統(tǒng)的快速性、可靠性和經(jīng)濟性不斷提高，在20世紀相當長的一段時間內成為調速傳動的主流。采用MATLAB軟件中的控制工具箱對直流電動機雙閉環(huán)調速系統(tǒng)進行計算機輔助設計,并用SIMULINK進行動態(tài)數(shù)字仿真,同時查看仿真波形,以此驗證設計的調速系統(tǒng)是否可行.關鍵詞 直流電機 直流調速系統(tǒng) 速度調節(jié)器 電流調節(jié)器 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真AbstractDC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can meet the analysis and design are carried out for speedcontrolling system of the dc motorby by using TOOL BOX and SIMULINK.Keywords: DC motor,DC governing system,spe