【正文】 閘管 直流電動機組成的主電路和轉速調節(jié)器組成的控制電路兩部分組成。3：轉速調節(jié)器的結構選擇。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的,把電流調節(jié)器設計成 PI 型, 其傳遞函數(shù)為241()iACRsWK???3，選擇電流調節(jié)器的參數(shù) 電流調節(jié)器超前時間常數(shù)： ； 電流開環(huán)增益：因要求 ，故取sTli076.?? %5?i?，因此 ，??iITK 135/5./.0??iIK13/siIiR??4，校驗近似條件。222．準時間最優(yōu)控制：在恒流升速階段，系統(tǒng)電流為允許最大值，并保持恒定，使系統(tǒng)最快起動，即在電流受限制條件下使系統(tǒng)最短時間內起動。此外還應指出，為了保iimiU???* dIdmI證電流環(huán)的這種調節(jié)作用，在起動過程中ACR不應飽和。直到 ， ,電流調節(jié)器很快就壓制了 不再迅速增長，dIdmI?*imi dI標志著這一階段的結束。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網電壓波動引起的轉速動態(tài)變化比起單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。在設計 ACR 時，應強調具有良好的跟隨性能。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖46所示。（1）轉速調節(jié)器不飽和：此時兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，他們的輸入偏差電壓都為零，即18 ()nUn??* ()diiI?* () 0*n?? 0A段。因為PI調節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。在調速系統(tǒng)工作時，要先給電動機加勵磁，ASR 的輸出作為 ACR 的輸入，利用 ASR 的輸出限幅可達到限制啟動電流大小的目的。這是在最大電流(轉矩)受限的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差。如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應快，只要把比例和積分兩種控制結合起來就行了，這便是比例積分控制。 單閉環(huán)無靜差直流調速系統(tǒng) 上面介紹的采用比例調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)，其控制作用需要用偏差來維持，屬于有靜差調速系統(tǒng)，只能設法減少靜差，無法從根本上消除靜差。CeKSp/?? 閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉速與負載電流(或轉矩)的穩(wěn)態(tài)關系，它在形式上與開環(huán)機械特性相似，但本質上卻有很大不同，因此稱為“靜特性” ，以示區(qū)別。對于調速系統(tǒng)來說，輸出量是轉速，通常引入轉速負反饋構成閉環(huán)調速系統(tǒng)。例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時負載大小常有波動，但是，為了保證工件的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大，一般要求，調速范圍 D=20～40，靜差率 s≤5%。（3）加、減速。圖 斷續(xù)段特性的近似計算在開環(huán)調速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進行的，輸出轉速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產生。圖 完整的 VM 系統(tǒng)的機械特性圖 圖 斷續(xù)段特性的近似計算（4）VM 系統(tǒng)機械特性的特點：圖 繪出了完整的 VM 系統(tǒng)機械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。（1）電流連續(xù)情況：改變控制角 ?，得一組平行直線，這和 GM 系統(tǒng)的特性很相似，如圖 所示。圖 23 直流電機調速系統(tǒng)(VM 系統(tǒng))的原理圖1，系統(tǒng)的組成及調節(jié)原理系統(tǒng)的組成圖如 ，調節(jié) →改變移相角 α→改變 Ud→n 改變*nU2，觸發(fā)脈沖的相位控制調節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。但晶閘管一旦導通，不管控制極有沒有電壓，只要陽極與陰極之間維持正向電壓，則晶閘管就維持導通。第二部分為單閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)部分，研究單閉環(huán)(轉速負反饋)有靜差和無靜差工作的系統(tǒng)靜特性并進行相關分析。在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動的作用點離被調量較遠，調節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的2延滯，因此單閉環(huán)調速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。 課題的提出及研究意義電機自動控制系統(tǒng)廣泛應用于機械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。直流調速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉速，已滿足工作機械的要求。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。關鍵詞：直流電機調速；晶閘管；單閉環(huán)；雙閉環(huán)；MATLAB 仿真VThe design and analysis of Thyristor DC motor speed control systemABSTRACTApplication in motion control system is the most mon form of automatic speed control system. Automatic speed control system includes AC variable speed DC drive system and the system. Drag in the highperformance technology, the relatively long period of time almost all the DC electric drive system. In addition, based on feedback control theory based on the principle of DC Speed Control Speed Control is the basis of the exchange. DC converter is artificially or automatically change the speed of DC motor has to satisfy the requirements of mechanical work. Judging from the mechanical characteristics of the motor is by changing the applied voltage and other parameters or methods to change the motor39。直流調速技術不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調速、高精度的電氣傳動領域中仍然難以替代。按照傳動電動機的類型來分，電氣傳動油直流傳動和交流傳動兩大類。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。3第 2 章 晶閘管直流調速系統(tǒng) 晶閘管整流技術晶閘管是 PNPN 四層三端器件,分別命名為 pnpn2 四個區(qū)，共有三個 PN 結。本論文主要以三相全控整流電路作為可控直流電源供給直流電動機。Ud0 與觸發(fā)脈沖相位角 ? 的關系因整流電路5的形式而異，對于一般的全控整流電路，當電流波形連續(xù)時，U d0 = f (?) 可用下式表示： （）amUdcosin0??式中 a 為從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；U m 為 ? = 0 時的整流電壓波形峰值；m 為交流電源一周內的整流電壓脈波數(shù)；對于三相全波整流電路，其中 U2 是整流變壓器二次側額定相電壓的有效值，U m= ，m=6， 。圖 電流連續(xù)時 VM 系統(tǒng)的機械特性（2）電流斷續(xù)情況：當電流斷續(xù)時，由于非線性因素，機械特性方程要復雜得多。在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性。例如，最高轉速與最低轉速之間的范圍，是有級調速還是無級調速，再穩(wěn)態(tài)運行時允許轉速波動的大小，從正轉運行變到反轉運行的時間間隔，突加或突減負載時允許的轉速波動，運行停止時要求的定位精度等等。這兩個指標合稱調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標。9第 3 章 轉速負反饋單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的分析 單閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)的組成 開環(huán)調速系統(tǒng)不能滿足較高的性能指標要求。由圖可見，該系統(tǒng)由電壓比較環(huán)節(jié)、放大器、晶閘管整流器與觸發(fā)裝置、直流電動機和測速發(fā)電機等部分組成。但是，當放大器只是比例放大器(Kp 為常數(shù))，穩(wěn)態(tài)速降只能減少而不可能消除，因為 ())1(KCRInedc???只有當 K= 才能使 ，而這是不可能的。將比例調節(jié)器換成比例積分調節(jié)器之后，不僅改善了動態(tài)性能，而且還能從根本上消除靜差，實現(xiàn)無靜差調速。圖 34 比例積分（PI）調節(jié)器1．PI 輸入輸出關系按照運算放大器的輸入輸出關系，可得 （）??????dtUKdtUCRUininpininex ?11001式中 為 PI 調節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； 為 PI 調節(jié)器的積分時間常數(shù)。但它只是在超過臨界電流 值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流dcrI的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。（2） ACR 的作用：在電動機起動時，保證獲得最大電流，起動時間短，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性；在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 U*i 變化；當電動機過載甚至堵時，限制電樞電流的最大值，起到安全保護作用，在故障消失后，系統(tǒng)能夠自動回復正常；對電網電壓波動起快速抑制作用。一般存在兩種狀況：飽和— —輸出達到限幅值；不飽和——輸出未達到限幅值。雙閉環(huán)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。dI一般來說，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。為了減少動態(tài)速降(速升 )，所以要求 ASR 具有較好的抗擾性能。由于在起動過程中轉速調*iU節(jié)器ASR 經歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。恒流升速階段是起動過程中的主要階段。轉速超調后，ASR 輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，輸出電壓 和主電流 也因而下降。 直流調速系統(tǒng)的理論設計轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖如圖 47 所示：47 直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)結構圖 直流調速系統(tǒng)組成及要求參數(shù)含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調器如圖 48 所示：48 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調節(jié)器 本文研究的對象為電流轉速雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，其系統(tǒng)動態(tài)結構框圖如圖 所示，23系統(tǒng)參數(shù)如下：電動機： ； ； ； ；允許VUN20?AIN136rpmnN1460?rpmvCe/?過載倍數(shù)： ；三相橋式整流裝置放大倍數(shù)： ；電樞回路總電阻： ? sK；轉矩時間常數(shù)： ，電磁時間常數(shù)： ；???. Tl7.電流反饋系數(shù)： ；.*???noiIU??轉速反饋系數(shù)： 。lmT13?ci? 3）校驗小時間常數(shù)的近似處理是否滿足條件： ，13cisoiT??現(xiàn)在 ,滿足近似條件。ionT????第五章 基于 Matlab/Simulink 直流調速系統(tǒng)的仿真設計 Matlab/Simulink 簡單介紹利用 MATLAB 下的 SIMULINK 軟件和電力系統(tǒng)模塊庫 (SimPowerSystems)進行系統(tǒng)仿26真是十分簡單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK 環(huán)境中的菜單直接啟動系統(tǒng)的仿真過程，同時將結果在示波器上顯示出來。參數(shù)設置；； ； ； ； ； ；VUN20?AIN136rpmvCe/???????； ； ；