【正文】 數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。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。 ② 人機(jī)界面適合科技人員。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 3． 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 仿真與研究 MATLAB 簡(jiǎn)介 (1) 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。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 balRU i *20R20R20R20RCo nRnCn++Co nUn*n?? 圖 2— 11 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為 0RRK nn? （ 2— 45） nnn CR?? （ 2— 46） onon CRT 041? （ 2— 47） 設(shè)計(jì)實(shí)例 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)： VUN 220? ， AIN 136? ， min/1460 rnN ? ， rVC e min / ?? ，允許過(guò)載倍數(shù) ，飛輪慣量 22 mNGD ?? ； 晶閘管裝置放大系數(shù)： 40?sK ； 電樞回路總電阻： ?? ； 勵(lì)磁電壓 VUf 220? ，勵(lì)磁電流 AIf ? ； 時(shí)間常數(shù)： sTl ? ， sTm ? ； 電流反饋系數(shù)： ?? V/A （≈ 10V/ dI ） 。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了 控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán) (內(nèi)環(huán) )控制的一個(gè)重要功能。 電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用 PI 型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 ? ?ssKsW iiiA CR ?? 1?? （ 2— 21） 式中 iK — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù) lT 遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT ，因此，轉(zhuǎn)速的變化往畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 往經(jīng)電流變化慢得 多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即 0??E 。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。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。 b 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 典型 II 型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系列于表 23 中。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 表 22 典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 221 TTTTm ?? 51 101 201 301 %100max ?? bCC % % % % Ttm Ttv 由表 22 中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間拖得較長(zhǎng)。 b 動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為 ? ? ? ?? ? 22 22nnncl sssR sCsW ???? ???? （ 2— 9） 式中 n? — 無(wú)阻尼時(shí)的自然振蕩角頻率，或稱固有角頻率； ?— 阻尼比，或稱衰減系數(shù)。自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明， 0 型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而III 型和 III 型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。這對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。 (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。 ① 抗負(fù)載擾 動(dòng) 由圖 2— 6 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。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)。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換 句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳。一般調(diào)速系統(tǒng)的要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對(duì)快速性的要求可以差一些，所以主要采用 PI 調(diào)節(jié)器。而前述轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，因此閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大減小轉(zhuǎn)速降落。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。因此，調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速進(jìn)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。 (1) 調(diào)速范圍 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即 minmaxnnD? （ 2— 2） 其中， maxn 和 minn 一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個(gè)方面： (1) 調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)在這些方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速 (1) 直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)接到電源以后，轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程。此式表示，在端電壓 U、勵(lì)磁電流 fI 均為常值的條件下，影響并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的因素有兩個(gè)：一是電樞電阻壓降；二是電樞反應(yīng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器，固定在轉(zhuǎn)軸上。 由于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然 是自動(dòng)調(diào) 速系統(tǒng)的主要形式。直流調(diào)速的電樞和勵(lì)磁不是耦合的，是分開(kāi)的，對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流能夠做到精確控制 ； 而交流調(diào)速，電樞電流和勵(lì)磁電流是耦合的，是無(wú)法做到精確控制的。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實(shí)驗(yàn)法與仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩種方法在具有各自優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在著不同的局限性。它有效的解決了以上仿真技術(shù)中的問(wèn)題。因此就必須對(duì)其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。 關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速 ， 雙閉環(huán)系統(tǒng) ， 電流調(diào)節(jié)器 ， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ， 計(jì)算機(jī)仿真 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Simulation Research on Speed Regulation System of Double Closed Loop of DC Motor Abstract Key words: Speed control of DCdrivers， Doubleclosedloop， Current regulator， Speed regulator， Computer simulation 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 1． 緒論 ............................................................................................................................... 1 課題背景 ................................................................................................................ 1 課題研究的目的和意義 ........................................................................................ 2 論文的主要內(nèi)容 .................................................................................................... 3 2． 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) ................................................................................................... 4 直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 .................................................................................................... 4 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ..................................................................................... 4 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 ..................................................................................... 5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速 .................................................................................. 6 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) ................................................................................ 7 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題 ............................................................................ 9 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)校正 ...................................................................... 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) .......................................................................................... 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 ............................................................10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能 .....................................................14 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法 ......................................................................15 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................................22 3． 直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真與研究 ............................................................. 33 MATLAB 簡(jiǎn)介 ...................................................................................................... 33 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 ...................................................................................... 35 仿真結(jié)果分析 ...................................................................................................... 43 結(jié) 論 ................................................................................................................................... 44 致 謝 ................................................................................................................................... 45 參 考 文 獻(xiàn) .....................................................