【正文】 ..................................................14 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)分析 .............................................................................................15 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析 .........................................................................................................17 直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì) .............................................................................................................................19 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及要求 .....................................................................................................................19 電流環(huán)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................19 速度環(huán)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................21第五章 基于 MATLAB/SIMULINK 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) .........................................................................22 MATLAB/SIMULINK 簡單介紹 .........................................................................................................................22 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 ....................................................................................................................23 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 .................................................................................................................25結(jié) 論 .........................................................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................................28致 謝 .....................................................................................................................................................................291第 1 章 緒 論 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。在高性能的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)基本采用直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。s mechanical properties, thereby changing the motor characteristic and load mechanical characteristics of the intersection, the stable operation of the motor speed change. This paper focuses on the SCR motor speed control system of openloop mechanical properties of the work, single loop with static error and poor working system with no static static properties, mechanical properties and the double closedloop system closedloop control characteristics were tested. And apply the MATLAB software system model was simulated. Keywords: DC motor speed。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。盡管目前各種交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的發(fā)展，但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過程就簡便多了。晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如下圖 21 所示。三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的。?當(dāng) 0 ? ?/2 時(shí)，Ud0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) ?/2 ? ?max 時(shí)， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。以三相半波整流電路構(gòu)成的 VM 系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性須用下列方程組表示：6n= （）)1(])6sin(6[sinco2cot cot???????????eCeaaUId= [cos( )cos( +θ) θn （）R23?2UCe式中 ψ=arctan ；? 為一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通角。或直接用連續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。歸納起來，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。（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 n 和最低轉(zhuǎn)速 n 之比叫調(diào)速范圍，用字母 Dmaxmi表示，即8D= ()minax其中的 和 一般都是指電動(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)maxnin床，例如精密磨床，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。根據(jù)自動(dòng)控制原理，為了克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 圖 31 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)10 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 忽略各種非線性因素，各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性；工作在 VM 系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段；忽略直流電源和電位器的等效電阻。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)屬于有靜差調(diào)速?01??系統(tǒng)。采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。0RKipi? 10?由此可見，PI 調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖41a 所示。雙閉環(huán)(轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)) 直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，如圖43所示，即把轉(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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。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，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。穩(wěn)態(tài)時(shí)有： ()dmidII??*從而得到圖45靜特性的AB段。動(dòng)態(tài)性能可分為動(dòng)態(tài)跟隨性能和動(dòng)態(tài)抗擾性能兩種。2．抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)：由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對(duì)它們的動(dòng)態(tài)抗擾效果就不同。1，第I階段（0～t 1）是電流上升階段。在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定 作用下*imU的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長（圖dI） 。但是，由于 仍大于負(fù)載電流 ，*iUdI dIdLI轉(zhuǎn)速將在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)上升。*nom?設(shè)計(jì)要求：（1）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差；（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 ，啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)%5?i?速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 ；%10?n? 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 49 所示：49 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1）三相橋式電路的平均失控時(shí)間為 。 sT????ci按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。掌握了強(qiáng)大的 SIMULINK 工具后，會(huì)大大增強(qiáng)用戶系統(tǒng)仿真的能力。 a) b)圖 52 晶閘管 電機(jī)模型雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果a)轉(zhuǎn)速響應(yīng) b)電流響應(yīng)下面分析一下仿真結(jié)果：啟動(dòng)過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用?？傊谠O(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。同時(shí)，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審，并參與本文答辯相關(guān)老師表示衷心地感謝。在此感謝所有對(duì)我進(jìn)行幫助的老師和同學(xué)，特別感謝夏小虎老師，是在他的幫助我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以完成的。用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。 （1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 ；（2）??根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 ；（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)onT son1. nT?近似處理，取 。?3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 。此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng),電流出現(xiàn)一段小于 的過程,直到dLI穩(wěn)定。為了克服這個(gè)擾動(dòng)， 和 也必須基本上按線性增長，才