【正文】 沒(méi) 受到影響 的 時(shí)候 ，很快 將 電流 值調(diào)整為 設(shè) 定值 ，由此 可 使速度能夠 更好 的 穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速下 。 總之， PI調(diào)節(jié)器 作為控制器時(shí)既能 實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)， 又能 實(shí)現(xiàn) 無(wú) 靜 差調(diào)節(jié) 。 事實(shí) 上 大多 數(shù) 控制 系統(tǒng) 的 動(dòng)態(tài)性能 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn) 不盡相同 ， 需要具體問(wèn)題 具體分析 ，必須由機(jī)械 生產(chǎn) 的具體要求來(lái)確定 。 1）上升時(shí)間 圖 2— 2 為 單位階躍響應(yīng)曲線圖 ，在上面 論述的 階躍響應(yīng)跟隨過(guò)程中，輸出量從零從第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 ?c 所需要的時(shí)間定義為動(dòng)態(tài) 響應(yīng)的 上升時(shí)間，它的 大小代表 著 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，該 值越小 表示 系統(tǒng) 的 響應(yīng)速度越快。在 100r/min 時(shí)也降落 10r/min，就占 10%；而 在 1000r/min 時(shí)降落 10r/min，只占 1%， 此時(shí)系統(tǒng) 仍存在較大 轉(zhuǎn)速。 為 了 更好 的定量分析 ，電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是 在 最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 ， 這樣 直流靜態(tài)性能指標(biāo)的討論才有 實(shí)際意義，并且強(qiáng)調(diào) 在不同 的轉(zhuǎn)速工作時(shí) ，速度 要求處于穩(wěn)定， 而動(dòng)態(tài)性能 指標(biāo)要求系統(tǒng)既有 良好的 啟、制動(dòng)性能，又 要 有 良好的抗擾動(dòng)能力。就閉環(huán)控制系統(tǒng)而言 ，它 是 學(xué)習(xí) 交流調(diào)速系統(tǒng)的 理論 基礎(chǔ)。同時(shí)與自動(dòng)控制理論的動(dòng)態(tài)校正方法 進(jìn)行對(duì)比，總結(jié) 出 設(shè) 此 計(jì)方法的優(yōu) 勢(shì) 。 參數(shù)估值以及控制算法 相關(guān)理論和方法逐漸成熟，使 現(xiàn)代控制理論 的 應(yīng)用 可得到 很好的調(diào)節(jié) 效果。 1954 年 之后 的 10 年 內(nèi) ，美國(guó)學(xué)者 ，并將 其 應(yīng)用在控制過(guò)程當(dāng) 中 ，他的這些研究成果也處理了空間技術(shù)中很多復(fù)雜控制問(wèn)題，并開(kāi)創(chuàng) 出 一個(gè) 新的領(lǐng)域 ：最優(yōu)控制理論 。 這種大功率晶體管是 全控型器件， 既能控制導(dǎo)通又能控制 其 關(guān)斷 ，有 良好的控制性能和穩(wěn)定性能 ， 晶體管脈寬調(diào)制（ PWM）直流調(diào)速系統(tǒng) 就是由大功率晶體管為基礎(chǔ)構(gòu)成 的 ，由于大功率 晶體管的優(yōu)勢(shì) 使這種 調(diào)速系統(tǒng)在直流傳動(dòng)中 的 使用 愈 來(lái)愈 廣泛 。 這樣 的整流方式與傳統(tǒng)的汞弧 整流方法 相比，體積較 小， 可靠性 較 高 ，而且 有著 十分明顯的節(jié)能效果（ 一般 可節(jié) 電 20%左右，從中國(guó)的實(shí)際看，因風(fēng)機(jī)的實(shí)際看，風(fēng)機(jī)和泵類(lèi)負(fù)載約占全國(guó)用電量 的 1/3，若采用 交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)，可節(jié)約 20%以上，每年可節(jié)電 400 億千瓦 時(shí)） ， 因此電力電子技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越受到人們的重視。 1990 年 左右 ， 交流籠型電動(dòng)機(jī)問(wèn)世 ，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用 ， 在 工業(yè) 生產(chǎn) 日益提高的年代發(fā)展迅速。 到 1870 年，第二次 工業(yè)革命爆發(fā) 使經(jīng)濟(jì)迅速 發(fā)展 ，當(dāng)時(shí)的社會(huì)迫切需要更加優(yōu) 質(zhì)的直 流電機(jī) 進(jìn)行 工業(yè)生產(chǎn) 。直流 電機(jī) 控制具有很 高的精確性 、穩(wěn)定性和較高 的抗擾性能 等優(yōu)點(diǎn) ， 而且 直流電機(jī)的 發(fā)展 理論 也較 為 成熟， 故如今直流調(diào)速非常 可靠，它的應(yīng)用 也相當(dāng) 廣泛 。 MATLAB 是目前流行的控制系統(tǒng)仿真軟件，使用 MATLAB 軟件對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和分析，有利于選擇參數(shù)和設(shè)計(jì)的最合理的系統(tǒng)方案。 本文利用 MATLAB 軟件中的 Simulink 工具箱，構(gòu)建電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)多種智能調(diào)速方法的仿真實(shí)現(xiàn)、性能 分析和算法設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入研究 關(guān)鍵詞： 晶閘管；雙閉環(huán)； ASR； ACR； Simulink Design and Simulation of thyristor Double Loop DC Speed Control System Zhao Xiaodong Physics and Electronic Information Electrical Engineering and Automation(Process Control direction) No: 110544138 Tutor: Miao Feng Abstract: Now no one needs to control the speed of the device, and its production process on the speed performance have certain requirements. If the production process of the static load of slip running demanding, this time using the speed closedloop system can reduce landing speed, can resist the load fluctuation to some extent. But the current and torque control loop system dynamic process can not be arbitrary, and if you want to improve the speed of system as high as possible, the key is to get the maximum period of electric current to maintain constant process, which must require the system to have a very speed and current Good regulation and control action. According to the system of feedback and control , the use of a physical quantity of negative feedback can keep this amount basically unchanged. after reaching steady state speed, speed and want only negative feedback, negative feedback will not allow current occurs, this problem can be solved using the speed and current two regulators were controlled. Finally, through the Simulink system ,analysis features dualloop DC speed control system and make summary. Key words: Thyristor。 直流 電機(jī)經(jīng)常被應(yīng)用 于 電 力 機(jī)車(chē)、無(wú)軌電車(chē)等交通領(lǐng)域， 機(jī)床、 軋鋼車(chē)等機(jī)械領(lǐng)域以及 起重設(shè)備 和 經(jīng)常啟動(dòng)并調(diào)速的電氣傳動(dòng)裝置當(dāng)中 。 20 世紀(jì)60 年代 末， 晶閘管的 出現(xiàn) ，采用晶閘管相控裝置的可變直流電源一直在直流傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)核心位置 。 在某 些無(wú)需調(diào)速的工業(yè)要求當(dāng)中， 直流 電機(jī)傳動(dòng) 會(huì) 被 簡(jiǎn)單 耐用的 交流電動(dòng)機(jī) 所 取代 。 所以這些 相 控和 整流 電路 被 十分廣泛地用在 電解 、電鍍、直流電機(jī)傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁 應(yīng)用 當(dāng) 中 。 二、 采用現(xiàn)代控制理論技術(shù) 控制 理論的發(fā)展經(jīng)過(guò) 三個(gè) 階段， 最先是 以 線性 為主的 自動(dòng)控制理論，發(fā)展 到 狀態(tài)空間法 為 數(shù)學(xué) 基礎(chǔ)的 現(xiàn)代控制理論， 到后來(lái)的智能 控制， 主要解決 多樣 性 、非線性 的控制 問(wèn)題。 又在 1960 年 建立了卡爾曼 布什濾波理論 ，把控制理論的研究范圍擴(kuò)大化（包括了更為復(fù)雜的控制問(wèn)題），同時(shí)有效地考慮到隨機(jī)噪聲對(duì) 控制問(wèn)題的影響 。 三、 采用總線控制技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線 ，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。 第四：應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法處理 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題 。 所以掌握 直流調(diào)速系統(tǒng) 部分 非常 重要 ， 由直流電機(jī)的基本工作原理，它 的 機(jī)械特性方程 如下 ： ???eKIRUn 式中 n—— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； 9 U—— 電樞供電電壓； I —— 電樞電流； R—— 電樞回路總電阻，單位為 ? eK —— 由電機(jī)機(jī)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)。 其中抗擾 性 能是指系統(tǒng)以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，在負(fù)載變化或電網(wǎng) 電壓波動(dòng)等 因素的影響 下 能盡快 恢復(fù) 給定要求的運(yùn)行狀態(tài) 。 由此說(shuō)明平行 的 多個(gè)機(jī)械特性中 ， 空載 速度越 高靜差率越小，轉(zhuǎn)速就 越穩(wěn)定 ，當(dāng)然，對(duì)一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)而言，若靜差率 s 能使最低轉(zhuǎn)速下 系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速 達(dá)到穩(wěn)定 ，那么，較高轉(zhuǎn)速時(shí)靜差率也必然 能 滿足 要求 。 圖 2— 2 單位階躍響應(yīng)曲線圖 2）超調(diào)量 12 在典型的階躍響應(yīng)跟隨過(guò)程 中， 系統(tǒng) 在峰值時(shí)間取得的 輸出 值 與 最終 穩(wěn)態(tài)值之比叫做超 調(diào)量，用百分?jǐn)?shù)表示 如下 式 ： %100% m a x ?????c cc? （ 2— 4） 超調(diào)量的 大小代表 系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，超調(diào)量百分?jǐn)?shù)越小表示 系統(tǒng) 的輸出響應(yīng) 越 穩(wěn)定， 系統(tǒng)的輸出 在 干擾作用 下 變化越小。 通常而言 ，隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以跟隨性能為主 ，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。由此 ， 良好 的 靜態(tài) 性能和動(dòng)態(tài)性能 都 兼而有之 ，基本14 達(dá)到 調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)、 準(zhǔn)、快的 特點(diǎn)，能使調(diào)速 系統(tǒng)得到良好的調(diào)速效果。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和靜、動(dòng)態(tài)性能分析 雙閉環(huán)直 流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的確定與 可控硅觸發(fā)器和整流器 都有 關(guān)系 ， 全控式整流電路在穩(wěn)定 狀態(tài)下 ，觸發(fā)器控制電壓 Uct 與整流輸出電壓 Ua0 的關(guān)系為： )c o s (cos 220 cta KUAUAUU ?? ? 其中 ： A— 整流器系數(shù) 2U — 整流器輸入交流電壓 ? — 整流 器觸發(fā)角 ctU — 觸發(fā)器移項(xiàng)控制電壓 K— 觸發(fā)器移項(xiàng)控制斜率 整流和觸發(fā) 是余弦關(guān)系 ，工程應(yīng)用 時(shí) 習(xí)慣將觸發(fā)與放大環(huán)節(jié)近似 為 線性環(huán)節(jié)，放大系數(shù)用 K 表示 ： 。 2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 飽和 17 轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器 輸出達(dá)到限幅值 ， 相當(dāng)于轉(zhuǎn)速外環(huán)斷開(kāi) ，系統(tǒng)不再 受 轉(zhuǎn)速變化的影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了無(wú) 靜差的 單 閉環(huán) 電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)狀態(tài) 時(shí) 電流值 ： 其中，最大電流 取決于電動(dòng)機(jī)允許 的 過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)可 容的 加速度 最大值 ，由上式可得靜特性的 AB 段是 一段 垂直特性。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 抗干擾性能分析 ： 事實(shí) 上， 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)性能非常 好 ， 特別 是抗擾性能， 要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的 表現(xiàn)最為突出。 19 圖 31 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的原理框圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖 圖 32 雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的原理框圖 由上述圖 32可看出，給定環(huán)節(jié)、 ASR、 ACR、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測(cè)環(huán)節(jié)以及電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成。 建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是： 1. 概念清楚、易懂； 2. 計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記； 3. 不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向； 4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)明的計(jì)算公式； 5. 適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制理論證明， 0 型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)是有差的，而Ⅲ型及Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 111 3 s ST???? ciW ，滿足條件。 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為： 11 1 1 3 5 . 1 6 3 . 73 3 0 . 0 0 3 7I iK sWT ?? ? ? ?，滿足條件。 晶閘管額定電流 )(AVTI 的 有效值大于流過(guò)元件實(shí)際電流的最大有效值。 1）算出電流連續(xù)的臨界電感量 1L 可用下式計(jì)算，單位 mH。一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 8～ 12，快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 6～ 8，有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取 5～ 6。為了創(chuàng)建 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 模型， Simulink 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形 用戶接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。帶 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。從開(kāi)題報(bào)告 到 確定論文思路，然后是 系統(tǒng)仿真，再到論文總體 書(shū)寫(xiě) ，每一次 的 分析 和總結(jié) 對(duì)我而言都是你巨大收獲 ，鍥而不舍， 金石可鏤 ，這次 設(shè)計(jì)是我 本科 階段 做 的最好的課題 。一花獨(dú)放不是春，萬(wàn)紫千紅春滿園。 ACR 的作用是電流跟隨，過(guò)流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。經(jīng) 計(jì)算 電流超調(diào) 量 為 %， 滿足 動(dòng)態(tài) 性能 指標(biāo)，電流環(huán)設(shè)計(jì)