【正文】 調(diào)速系統(tǒng)所取代，至今已 不再使用。DC governing system。 然后按照自動(dòng)控制原理 ， 對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算 ， 利用Simulink 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了各種參數(shù)給定下的仿真 ， 通過(guò)仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù) 。 早 期直流傳動(dòng)采用有接點(diǎn)控制， 通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)備切換直流電動(dòng)機(jī)電樞或者磁場(chǎng)回路電阻實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速。例如高精度穩(wěn)速系統(tǒng)的穩(wěn)速精度達(dá)十萬(wàn)分之一，寬調(diào)速系統(tǒng) 的調(diào)速比達(dá) 1:10000 以上，快速響應(yīng)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間已縮短到幾毫秒以下。到了 19 世紀(jì)末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用的交流籠型電動(dòng)機(jī)以后，交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)在不調(diào)速的場(chǎng)合才代替了直 流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置。 但就目前而言，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，在許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、紡織、造紙等需要高性能調(diào)速的場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。 課題研究的主要內(nèi)容 研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn) 雙閉環(huán)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真 為目標(biāo)，主要內(nèi)容有： 直流調(diào)速系統(tǒng)的概念、原理 以及性能指標(biāo)； 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的理論分析及其數(shù)學(xué)模型的建立； PWM 脈寬調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)及橋式可逆 PWM 變換器的簡(jiǎn)介 ； 設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真等。它在理論上實(shí)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(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ) [1， 7]。靜態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)能在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并且要求在不同 轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，速度穩(wěn)定；動(dòng)態(tài)調(diào)速指標(biāo)要求系統(tǒng)啟動(dòng)、制動(dòng)快而平穩(wěn)，并且具有良好的抗擾動(dòng)能力。在 1000r/min 時(shí)降落 10r/min，只占 1%；在 100r/min 時(shí)也降落 10r/min，就占 10%；如果 0n 只有 10r/min，再降落 10r/min 時(shí)，電動(dòng)機(jī)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全都降落完了。通常以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過(guò)渡過(guò)程作為典型的跟隨過(guò)程，這時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)又稱為階躍響應(yīng)。因此，一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取 )%2%(5 ?? 或 的范圍作為允許誤差帶，以響應(yīng)曲線達(dá)到并不再基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 9 超出該誤差帶所需的最短時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間，可見(jiàn)圖 22。一般來(lái)說(shuō)，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。 實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。穩(wěn)態(tài)時(shí)： dmimd IUI ?? ?* （ 28） 其中，最大電流 dmI 取決于電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)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。鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 14 速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)。當(dāng)突加給定電壓 gnU 時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的機(jī)電慣性較大，電動(dòng)機(jī)還來(lái)不及轉(zhuǎn)動(dòng) ，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓 0?fnU ，這時(shí)，fngnn UUU ??? 很大，使 ASR 的輸出突增為 gioU ， ACR 的輸出為 koU ，可控整流器的輸出為 doU ，使電樞電流 aI 迅速增加。開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)上 升到給定值， ASR 的給定電壓 gnU 與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓 fnU 相基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 16 平衡，輸入偏差 nU? 等于零。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有 良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。 為了解決上述問(wèn)題，就必須對(duì)轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)的需要。設(shè)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)如式 （ 224） ： )12( 1)( ?? sssW obj （ 224） 若欲將系統(tǒng)校正成Ⅰ型系統(tǒng) ， 則調(diào)節(jié)器僅僅是一個(gè)比例環(huán)節(jié) ， 若欲將系統(tǒng)校正成Ⅱ型系統(tǒng) ， 則調(diào)節(jié)器必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié) ， 并帶有一個(gè)比例微分環(huán)節(jié) ， 以便消除被控對(duì)象的一個(gè)慣性環(huán)節(jié) ， 故調(diào) 節(jié)器采用如式（ 225） 的 PI 調(diào)節(jié)器。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ， 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) sT 和電流濾波時(shí)間常數(shù) oiT 一般都比電樞回路電磁 1T 小很多 ， 可將前兩者近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié) ， 取 oisi TTT ??? 。過(guò)去用切換電樞回路電阻來(lái)控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。 VT1 和 VT4 同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷， VT2 和 VT3 同時(shí)通斷，使電動(dòng)機(jī) M的電樞兩端承受電壓 sU? 或sU? 。 圖 34也繪出了雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。這種理想的起動(dòng)過(guò)程如圖 41 所示。 基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 31 電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （ 1）轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快的跟隨給定電壓 *nU 的 變化；穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用 PI 調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差； （ 2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用； （ 3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流； 電流調(diào)節(jié)器的作用 （ 1）為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓 *iU （即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化； （ 2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用； （ 3） 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程； （ 4） 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能 ： 00 01 ???? ssTT il， 由附錄表二 ， 各項(xiàng)指標(biāo)可接受 。典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)見(jiàn)附錄表三?？刂葡到y(tǒng)的計(jì)算機(jī)法仿真是一門涉及到控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性新興學(xué)科。從仿真結(jié)果可以看出，電流環(huán)的參數(shù)設(shè)定 使得超調(diào)量小，并且動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，符合設(shè)計(jì)要求。 圖 46 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 38 圖 47 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真結(jié)果 雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 基于電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型， 結(jié)合直流 PWM 變換器的模型，得到了雙閉環(huán)可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，如圖 48所示。 基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 42 總 結(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。 再一次感謝所有給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)！ 基于 MATLAB 的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)仿真 44 參考文獻(xiàn) [1]陳伯時(shí) .電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [2]鄒伯敏 .自動(dòng)控制理論 .機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [3]章燕申 ,袁曾任 .控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐 .清華大學(xué)出版社 , [4]王兆安 ,黃俊 .電力電子技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [5]周淵深 .交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB仿真 .中國(guó)電力出版社 ,2020. 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