【正文】 極式控制的缺點(diǎn)。所以由上式可畫(huà)出直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=*m。目前應(yīng)用的比較多的是 MATLAB ,它包含了強(qiáng)大的仿真器和仿真庫(kù)。 雙閉環(huán)調(diào)速系 統(tǒng)的仿真 下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖： 說(shuō)明：在 SIMULINK 中， PWM 為一個(gè)完整模塊。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 第五章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 MATLAB 簡(jiǎn)介 系統(tǒng)仿真和調(diào)試在設(shè)計(jì)電路時(shí) ,要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的性能進(jìn)行預(yù)計(jì)、判斷和校驗(yàn)。 圖 4— 2 如果將討論的問(wèn)題限制在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的小偏差情況，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)，可得此時(shí)系統(tǒng)的增量方程為： daaa ITSREU ?????? )1( ????? SJTT le ffff ITSRU ????? )1( 00 ????????? ff IMpIMpE ? 00 dfdfe IIMpIIMpT ???????? 為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，式中表示增量的下標(biāo) 1 已刪去。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有下列優(yōu)點(diǎn)： 1) 電流一定連續(xù)； 2) 可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行； 3) 電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； 4) 低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá) 1： 20200 左右； 5) 低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， tonT/2,則 Uab 的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，反之，則反轉(zhuǎn)；如果正、負(fù)脈沖相等， t=T/2,平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。 橋式可逆 PWM 變換器 可逆 PWM 變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱 H 型）電路，如圖 3— 5 所示。采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)， 稱作直流斬波器，后來(lái)逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)的電路，統(tǒng)稱為脈寬調(diào)制變換器。典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)見(jiàn)附錄表三。 調(diào)節(jié)器的具體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式全控整流電路基本數(shù)據(jù)如下： 1) 晶閘管裝置放大系數(shù)： sK =30 2) 電樞回路總電阻： R= 3) 時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù) lT = 機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT = 4) 調(diào)節(jié)器輸入電阻 0R =20 ?k 設(shè)計(jì)指標(biāo)： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 19 靜態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差； 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 i? %≤ 5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? %≤ 15%。圖 3 很好地說(shuō)明了這一點(diǎn)。而典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)要大一些 ,抗擾性能卻比較好。 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 PI 調(diào)節(jié)器 PI 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)如下圖所式 [1， 2， 3]： 由圖可得： dtUUKdtUCRURRU ininpiininex ?? ???? ?111001 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 16 piK ： PI 調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù) ? ： PI 調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù) PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： sKw pi ?1?? 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方法 為了保證轉(zhuǎn)速發(fā)生器 的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問(wèn)題： 1. 保證轉(zhuǎn)速在設(shè)定后盡快達(dá)到穩(wěn)速狀態(tài) ； 2. 保證最優(yōu)的穩(wěn)定時(shí)間 ； 3. 減小轉(zhuǎn)速超調(diào)量 。采用飽和非線性控制的方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有實(shí)用價(jià)值的控制策略，在各種多環(huán)控制中得到普遍應(yīng)用。 ASR 的輸出電壓為 Lfigi IUU ??? ACR 的輸出電壓為 s Lgek KRInCU ??? 由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動(dòng)過(guò)程的大部分時(shí)間內(nèi)， ASR 處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實(shí)現(xiàn)理想過(guò)程。 第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。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。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。 圖 2— 4 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 其中： ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī) TA電流互感器 UPE電力電子變換器 *Un 轉(zhuǎn)速給定電壓 Un轉(zhuǎn)速反饋電壓 *Ui 電流給定電壓 Ui 電流反饋電壓 二、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性分析 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 9 圖 2— 5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 分析靜特性的關(guān)鍵是掌握 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般使存在兩種狀況：飽和 — 輸出達(dá)到限幅值，不飽和 — 輸出未達(dá)到限幅值。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速后 , 速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號(hào)減小到近于零 ,速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器退出飽 和 狀態(tài) ,閉環(huán)調(diào)節(jié)開(kāi)始起作用 。輸出量在動(dòng)態(tài)降落后逐漸恢復(fù)，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值 ? ?212 , ??? ?ccc 是系統(tǒng)在該擾動(dòng)作用下的穩(wěn)態(tài)降落。 圖 2— 2 2）超調(diào)量 %? 在典型的階躍響應(yīng)跟隨系統(tǒng)中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分?jǐn)?shù)表示，叫做超調(diào)量： %100% m a x ?????c cc? （ 2— 4） 超調(diào)量反映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 反過(guò)來(lái)，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。兩條相互平行的直線性機(jī)械特性的靜差率是不同的 。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱勵(lì)磁磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速的范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的弱磁升速。 本文的主要工作： 1. 掌握電機(jī)傳動(dòng)的工作原理及應(yīng)用； 2. 設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)； 主要內(nèi)容包括：觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。 而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來(lái)看，又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此，應(yīng)首先著重研究直流調(diào)速系統(tǒng)，這樣才可以在掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論下更好的對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究和探索 [1]。雖然直流電動(dòng)機(jī)可以滿足這些要求，但由于直流電動(dòng)機(jī)在容量、體積、重量、成本、制造和運(yùn)行維護(hù)方面都不及交流電動(dòng)機(jī)，所以長(zhǎng)期以來(lái)人們一直渴望開(kāi)發(fā)出交流 調(diào)速電動(dòng)機(jī)代替直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。其特點(diǎn)是利用了直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入電壓有著簡(jiǎn)單的比例關(guān)系的原理，通過(guò)調(diào)節(jié)直流發(fā) 電機(jī)的勵(lì)磁電流或汞弧整流器的觸發(fā)相位來(lái)獲得可變的直流電壓供給直流電動(dòng)機(jī)，從而方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)速。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)。采用 MATLAB 軟件中的控制工具箱對(duì)直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ,并用 SIMULINK 進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)字仿真 ,同時(shí)查看仿真波形 ,以此驗(yàn)證設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)是否可行 . 關(guān)鍵詞 直流電機(jī) 直流調(diào)速系統(tǒng) 速度調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 雙閉環(huán)系統(tǒng) 仿真 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 II Abstract DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and DC motor has been widely used in the area of electric drive because of its neatly adjustment, simple method and smooth control in a wide range, besides its control performance is excellent. Beginning with the theory of DC motor, this dissertation builts up the mathematic model of DC speed control system with double closed loops, detailedly discusses the static and dynamic state performance of the system. Afterward, according to automation theroy this papar calculates the parameters of the system. Then, this dissertation simulates and analyzes the system by means of Simulink. The results of simulation are consistent with theory calculation. Some experience was acquired through simulation. Based on the theory and simulation, this dissertation designs a DC speed control system with double closed loops, discusses the realization of main circuit, feedback circuit, control circuit and trigger circuit. The results of experiment show that the static and dynamic state performance of this system are good, which indicate that the design can meet the analysis and design are carried out for speedcontrolling system of the dc motorby by using TOOL BOX and SIMULINK. Keywords: DC motor,DC governing system,speed governor,current governor,double loop control system,simulink 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 III 目 錄 摘 要 ............................................................. I Abstract ......................................................... II 第一章 緒 論 ....................................................... 1 直流調(diào)速概念 .................................................. 1 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 .......................................... 1 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義 ............................ 2 本文的研究?jī)?nèi)容 ................................................ 3 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) ................................................ 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標(biāo) .............................. 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理 ....................................................................... 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) ....................................................................... 4 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ........................................................................................... 6 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析 ........................ 7 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過(guò)程和原理 .................................