【正文】 超調(diào)量較大，那么線性系統(tǒng)的計算數(shù)據(jù)，實際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低。 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 49 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，取 0 40kR ??，則 ??????? kRKRRRK nnnn 00 取 150k? FRCCR nnnnnn ??? 3 ?????? 取 1F? onon 304 4 0 .0 2= F = 2 F4 0 1 0TC R ??? ? 取 2F? 調(diào)速范圍靜差率的計算 取 ?pK 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 30 ????? e spCKKK ? m i n/ 01)(1 551)1( rKC RInedcl ???????? 靜差率： %%100 ???????? clN cl nn ns 調(diào)速范圍： %)( %)1( ??? ????? sn snD cl N 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 31 五、系統(tǒng)仿真 仿真軟件 Simulink 介紹 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)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，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)字信號處理的建模和仿真中。 (2) 打開 MATLAB 中的 Simulink 工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。 電流調(diào)節(jié)起作用 :自動限制最大電流 ， 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響 ， 速度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可整定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速 。 電流反饋環(huán)使得系統(tǒng)的抗干擾能力增強，作用在電流環(huán)前向通道上的一切擾動作用，如電網(wǎng)電壓擾動等，受到電流環(huán)的及時調(diào)節(jié)所抑制，使轉(zhuǎn)速不受或少受擾 動的影響。 同時，我還 掌握了不少軟件的應(yīng)用如PROTEL、 MATLAB 等。從快速起動系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型 I型系統(tǒng)設(shè)計電流環(huán)。調(diào)整限幅值的小或調(diào)整電流反饋系數(shù)就可方便地改變最大電流 amI 。 圖 51 雙閉環(huán)仿真模型 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖 52 所示。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。 在一般情況下， 1?? 點處在 decdB/40? 特性段 ccK ????? 111 lg20)lg( l g20)1lg( l g40lg20 ????? 因此 cK ??1? 在工程設(shè)計中，如果兩個參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值 rM 最小準則，可以找到 h 和 c? 兩個參數(shù)之間的一種最佳配合。這表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用。 )( sI dACR?? )( sU i?)1)(1(/?? ? sTsTRKils? 圖 45 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算 電流環(huán)的控制對象是雙慣性的，要校正成典型 Ⅰ型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用 PI型的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 ssKsW iiiACR ?? )1()( ?? 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) i? 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù) 為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對 消，選擇 li T?? （ 33） 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 22 則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖 所示 的典型形式，其中 RKKK i siI ? ?? （ 34） 比例系數(shù) iK ，可根據(jù)所需的動態(tài)性能指標選取。電樞電流的方向決定了電流是經(jīng)過續(xù)流二極管 VD 還是經(jīng)過開關(guān)器件 VT 流動。當正脈沖較寬時，on 2Tt ?，則 ABU 的平均武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 19 值為正，電動機正轉(zhuǎn)；反之則反轉(zhuǎn)。 圖 42 橋式可逆 PWM 變化器電路 雙極式 控制可逆 PWM 變換器的四個驅(qū)動電壓波形如圖 3 所示，它們的關(guān)系是： 1gU? 4 2 3gggUUU? ? ? ?。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電機進行檢測，達到了比較理想的檢測效果。后面需要 PI 調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為 止。因為如果 0nn? ，則 *nnUU? ， ASR 將退出飽和狀態(tài) 圖 26 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于時 dmI 表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn) 負反饋 起主要調(diào)節(jié)作用。 速調(diào)節(jié)器不飽和 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電 壓都是零。同樣，減速時也有這種情況。 轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進入第Ⅲ段即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)。分析過渡過程時，還必須注意初始狀 態(tài)，前一階段的終了狀態(tài)就是后一階段的初始狀態(tài)。到 d dlII? 時，轉(zhuǎn)速 n達到峰值。在這個階段中， ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定 *imU 作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定 (電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，取決于電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù) )，因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋作用，又使它們只能分別在不同的階段起作用呢？雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以解決這個問題。 帶電流截至負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖 23 所示。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。 恢復(fù)時間 當電機突加額定負載后可以恢復(fù)到原先速度所需的時間，時間越短，響應(yīng)越好，反之表明系統(tǒng)響應(yīng)慢。 改變電動機主磁通 ? 改變磁通可以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。 采用轉(zhuǎn)速負反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。其優(yōu)點還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點。 調(diào)速方法 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定 轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。指標越寬，調(diào)速范圍越大，系統(tǒng)性能越好。 )( sU i? )( sE )( sI dL?? 11 ?sTon )( sU n? ASR 11?sT oi )( sU c )( sI dACR 1?sTKss)(0 sU d 1/1?sTRl sTRm eC1?1?sT oi??? ? )( sn??1?sT on?電 流 環(huán) 圖 22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 22。 如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起、制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求。 圖 24 理想快速啟動過程 實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖 24所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實現(xiàn)。當 d dlII? 時， i imUU? ，電流調(diào)節(jié)器的作用使 dI 不再迅猛增長，標志著這一階段的結(jié)束。 （ 3） 第 Ⅲ 階段 轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)階段 在這階段開始時，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓相平衡，輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。當 ASR 飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當 ASR 不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。不過這兩段的時間只占全部起動時間中很小的成份，已無傷大局，所以雙閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng)的起動過程可以稱為“準時間最優(yōu)控制”過程。 最后，應(yīng)該指出，晶閘管整流器的輸出電流是單方向的，不可能在制動時產(chǎn)生負的回饋制動轉(zhuǎn)矩。當調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。 無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定 反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)： 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 15 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系 * 0nnU U n n??? ? ? *i i d dlU U I I??? ? ? *d o e d e n d lct s s SU C n I R C U I RU k K K??? ? ?