【正文】 弱勵磁磁通 ? 。 3)、電動機停止時有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時鐘信號為低電平時才會被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號期間才會被選通。脈沖調(diào)寬電壓可由腳 3 直接送入的電壓來控制 ,也可分別從兩個誤差放大器的輸入端送入 ,通過比較、放大 ,經(jīng)隔離二極管輸出到 PWM 比較器的正相輸入端。對于調(diào)速系統(tǒng)來說，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。 PI 調(diào)節(jié)器未飽和時，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值是輸入的積分 ，直到輸入為零，才停止積分。在實際閉環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時， PI 調(diào)節(jié)器的 Uin=0，那么積分過程就停止了。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動作用點以前設(shè)置一個積分環(huán)節(jié)，因此需要Ⅱ型系統(tǒng)。當(dāng)然解決的方法可以在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，以抑制甚至消滅轉(zhuǎn)速超調(diào)，同時可以大大降低動態(tài)速降，具體的設(shè)計研究這里不作探討。 Simulink 是MATLAB 語言中的一個重要組成部分，具有相對獨立的功能和使用方法，它支持線性、非線性、連續(xù)、離散或混合系統(tǒng)，同時 Simulink 提供了友好的圖形用戶界面、豐富的功能模塊，并可結(jié)合 MATLAB 程序于仿真中，其強大的功能、簡便的操作使之非常適用于動態(tài)系統(tǒng)的建模、仿真和分析。 通過本次設(shè)計我充分理解了狀態(tài)觀測器的原理，并將其應(yīng)用于直流調(diào)速系統(tǒng)中 ，最終 順利的 完成了報告 。 最后再次感謝指導(dǎo)老師悉心的指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助。 上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 29 謝辭 感謝此次論文的指導(dǎo) 老師 —— 顏小辛老師，在他的 細(xì)心 指導(dǎo)下，我才能順利地完成論文，在遇到問題時，也能夠得到顏 老師及時地 耐心地 幫助，在此十分感激?。?！ 他的指導(dǎo)和教誨我會永記心中，作為今后工作學(xué)習(xí)的準(zhǔn)則。 如圖 33 為：未加負(fù)載轉(zhuǎn)矩微分補償?shù)南到y(tǒng) 方框 圖 上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 25 圖 33 系統(tǒng) 仿真方框 圖 如圖 34 為：未加負(fù)載轉(zhuǎn)矩微分補償時， 轉(zhuǎn)速與電樞電流的波形。系統(tǒng)dI dU d R Id L CedtdnCm Id M l Jdt?? ? ???0dMldt ?20 0 10CC e RN C ALLCARC e C e C e C mL L J L J????????? ? ? ??? ??????????UdLLLRJCeJCmJxxx??????????????????????????????????????????????????????100100000010321???? ?????????????321100xxxY基于最優(yōu)估算的調(diào)速狀態(tài)觀測器的設(shè)計與研究 20 取三個狀態(tài)變量，如果估計三個狀態(tài)變量，則需要設(shè)計一個三維觀測器，考慮到執(zhí)行電機的電樞電流 Id(X3)容易檢測，因此可以利用輸入電壓 Ud 和系統(tǒng) 輸出 Y(X3)設(shè)計一個二維降階觀測器，由降階觀測器的設(shè)計原則，將狀態(tài)矩陣按兩組分塊，其中 ???????? ??001011 JA ?????????012 JCmA ???????? 021 LCeA ???????? LRA22 ??????? 0011B ???????LB 121 ? ?0011 ?C ??112?C 設(shè)狀態(tài)反饋矩 陣21ggG? 由降階觀測器公式得： 其中觀測器系統(tǒng)矩陣 2111 AGAA ???? 由于為一個 2*2 矩陣，按典型二階系統(tǒng)設(shè)計，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為 2222)( nnss ns ????? ??? ，特征方程為： 02 22 ??? nn ????? ，所設(shè)計的觀測器的特征方程為： 0???AI? 即 ? ?? ?11( 11 21 ) ( 1 2) ( 11 21 ) 12 22?? 22ZZA G A B G B U d A G A G A G A YZZ?? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ????? ???????x Z G y? ? ?21112 02Ce gCe g Ce gLJCe g L LJL?????? ? ? ??上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 21 將兩特征方程比較得出： 考慮到點機系統(tǒng)響應(yīng)特性和觀測器輸出是響應(yīng)要快、超調(diào)要小的要求，取 sra dn /10, ?? ?? ，則： 以上各式帶入數(shù)據(jù)得： 可得狀態(tài)觀測器的結(jié)構(gòu)圖 如圖 28。另外可以明顯地看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)， ASR 應(yīng)該采用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （ 27） 其中 Kn 為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，τ n 為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)，這樣便可以得到轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為： （ 28） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和τ n，可以根據(jù)典型Ⅱ系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系對其進(jìn)行計算選擇，我們可以得到： （ 29） （ 210） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)中的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，而在穩(wěn)態(tài)時又可減小轉(zhuǎn)速誤差，所以采用 PI 調(diào)節(jié)器，還可實現(xiàn)無靜差。其閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 2( 1 ) 1()11 1( 1 )Iic liI ii IIKs T sWs KTss T s KK?????? ???? （ 24） 忽略高次項， Wcli(s)可降階近似為： 1() 11cliIWs sK? ? （ 25） 接入轉(zhuǎn)速 環(huán)內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 Ui*(s)，因此 轉(zhuǎn)矩 環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)中應(yīng)等效為： *1( ) ( )1() 1d c liiII s W sUs sK???? ? （ 26） 這樣原來雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。而如果只有 Kpi 的比例放大作用，穩(wěn)態(tài)精度必然要受到影響，但現(xiàn)在還有積分部分。下面我們來設(shè)計轉(zhuǎn)速、 負(fù)載轉(zhuǎn)矩調(diào) 節(jié)器。腳 2 和腳 15 相連，并與公共輸出端腳 3 相連通， 因腳3 電位固定，所以， TL494 驅(qū)動脈沖寬度主要由腳 1（ PWM 調(diào)整控制端）來控制；腳 16 是系統(tǒng)保護(hù)輸入端，系統(tǒng)的過流、過壓、欠壓、過溫等故障以及穩(wěn)壓或穩(wěn)流切換時關(guān)斷信號都是通過腳 16 來控制。 TL494 主要引腳的功能為： 腳 1 和腳 2 分別為誤差比較放大器的同相輸入端和反相輸入端； 腳 15 和腳 16 分別為控制比較放大器的反相輸入端和同相輸入端； 腳 3 為控制比較放大器和誤差比較放大器的公共輸 出端，輸出時表現(xiàn)為或輸出控制特性，也就是說在兩個放大器中，輸出幅度大者起作用；當(dāng)腳 3 的電平變高時， TL494 送出的驅(qū)動脈沖寬度變窄，當(dāng)腳 3 電平變低時 ,驅(qū)動脈沖寬度變寬； Rt Ct? ?上海理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 13 腳 4 為死區(qū)電平控制端，從腳 4 加入死區(qū)控制電壓可對驅(qū)動脈沖的最大寬度進(jìn)行控制，使其不超過 180176。 PWM 控制 器 如何產(chǎn)生上一節(jié)中講到的 Ug Ug Ug Ug4 呢？本文采用 TL494 這塊集成芯片來產(chǎn)生這四個驅(qū)動電壓。 圖 22 橋式可逆 PWM 變換器 電動機的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。其原理圖如圖 13。對新系統(tǒng)（ 13），重新按照以上方法構(gòu)造狀態(tài)觀測器，即可實現(xiàn)對系統(tǒng)（ 11） 的 狀態(tài)觀測。如果要得到 系統(tǒng)的 n 個狀態(tài)，只需要用一個低階的觀測器估計其余的狀態(tài)變量就可以了，而且系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器的最小維數(shù)是(nm)。 3）、嚴(yán)格地講，系統(tǒng)得參數(shù)隨著運行情況不同，是變化 的。 觀測器的極點配置 系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器存在的充分必要條件是：系統(tǒng)能觀測或者系統(tǒng)雖不能觀測但其不能觀測的子系統(tǒng)的特征值具有負(fù)實部。 4）、 觀測器的動態(tài)性能由觀測器的系統(tǒng)矩陣 F 決定。 基于最優(yōu)估算的調(diào)速狀態(tài)觀測器的設(shè)計與研究 4 圖 13 全階觀測器的實現(xiàn) 因此，觀測器的設(shè)計轉(zhuǎn)化為觀測器矩陣 L 和 F 的設(shè)計。但是，由于不可避免的存在著各式各樣的 噪聲，模型以及初始 條件不可能做到與實際系統(tǒng)完全相同。例如，系統(tǒng)中的某些狀態(tài)基于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性或者是狀態(tài)變量本身無物理意義，而無法測得；有些狀態(tài)變量雖然可以測量得到，但應(yīng)用的傳感器價格很貴；有些狀態(tài)信號很微弱，在測量點易混進(jìn)噪聲，使得這些狀態(tài)實際上難以應(yīng)用。 30 原文 28 參考文獻(xiàn) 22 第 四 章 小結(jié) 10 直流電動機 5 降階觀測器 然而，在工程實踐中，由于物理或經(jīng)濟條件所限，某些控制系統(tǒng)的輸出變量并不能夠完全可測。 例如 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為一個外加擾動量而存在。上述情況表明，得不 到實際能應(yīng)用的系統(tǒng)狀態(tài)變量，而運用狀態(tài)反 饋 又必須有可應(yīng)用的狀態(tài)變量，怎么辦呢？能否通過系統(tǒng)的輸入量和輸出量來構(gòu)造系統(tǒng)的狀態(tài)呢？回答是肯定的。利用上述方法來精確的重構(gòu)狀態(tài)是不可能的。采用反饋控制系統(tǒng)，有利于降低對觀測器矩陣 L 和 F 的精度要求，同時也降低 了對誤差的靈敏度。 根據(jù)上述的設(shè)計準(zhǔn)則，觀測器的設(shè)計步驟如下： 1)、 選擇觀測器系統(tǒng)矩陣 F 的元素，使觀測器特征根配置在合適的位置，并具有所需要的動態(tài)性能。 式（ 11）的系統(tǒng)狀態(tài)觀測器 可任意配置特征值的充分必要條件是系統(tǒng)能觀測。因此選擇狀態(tài)觀測器的特征值時，應(yīng)考慮到不致因為參數(shù)的變化引起狀態(tài)觀測器的性能有大的變化，以致于失穩(wěn)。 我們對系統(tǒng)方程（ 11）進(jìn)行分塊 得 ： (19) 在上式中，輸出 y 可直接給出 2x ，于是狀態(tài)估計時，只需要對 (nm)維的 1x進(jìn)行估計。 雙閉環(huán)直流調(diào)速狀態(tài)觀測器的應(yīng)用 目前直流調(diào)速系統(tǒng)廣泛采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)回路 ，如圖 （ 12），轉(zhuǎn)速檢測元件有測速發(fā)電機和光電碼盤。 圖 13 系統(tǒng)原理圖 基于最優(yōu)估算的調(diào)速狀態(tài)觀測器的設(shè)計與研究 10 第二章 系統(tǒng)各部分介紹及設(shè)計 直流電動機 直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)正脈沖較寬時，Ton＞ 2T ,則 Uab 的平均值為正，電動機正轉(zhuǎn)，反之則