【正文】 得到普遍應(yīng)用。 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。為了保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用， 故在啟動(dòng)過(guò)程中電流調(diào)節(jié)器 ACR 是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。當(dāng) dI 大于 dLI 之 后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。 圖 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性曲線 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的???K eIRUn 23 23 23 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 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。這樣就形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 16 16 16 圖 22 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形 (a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程 (b)理想快速起動(dòng)過(guò)程 在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò) 渡 過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)IdL n t Id O Idm IdL n t Id O Idm Idcr n n (a) (b) 17 17 17 矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。同一組的 IGBT 管同時(shí)導(dǎo)通或截止，不同組的 IGBT 管的導(dǎo)通與截止是不相同的。直流電動(dòng)機(jī) PWM 控制系統(tǒng)分為不可逆和可逆系統(tǒng)。 PWM 系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性： （ 1）主電路線路非常簡(jiǎn)單，需要用到的功率器件比較少。 然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面： （ 1） 調(diào)速：在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 ?，F(xiàn)已很少單獨(dú)使用，通常以非獨(dú)立 控制勵(lì)磁的方式出現(xiàn)。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) [2]。隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展， IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )具有開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn) ， 克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。而國(guó)外進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給國(guó)產(chǎn)的全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置提供了發(fā)展空間。 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。不同領(lǐng)域?qū)τ陔姍C(jī)的調(diào)速性能有著不同的要求，因此，不同的調(diào)速方法有著不同的應(yīng)用場(chǎng)合 [1]。并運(yùn)用 MATLAB 的 Simulink 和 Power System 工具箱、面向系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法 ， 實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速電流 雙閉環(huán)直流 II II II II PWM 調(diào)速 系統(tǒng)的建模與仿真。 軟件工程類(lèi)課題應(yīng)有程序清單（光盤(pán)）。 參考文獻(xiàn)。 附錄。 四、文獻(xiàn)翻譯 外文翻譯可用鋼筆書(shū)寫(xiě)，也可用計(jì)算機(jī)打印。文章重點(diǎn)介紹了調(diào)速系統(tǒng)的建模和 PWM 發(fā)生器、直流電機(jī)模塊互感等參數(shù)的設(shè)置 。如今，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多行業(yè)的規(guī)模越來(lái)越大，直流電機(jī)仍然有著不可替代的作用，如鐵路直流機(jī)車(chē)直流牽引電機(jī)、地鐵機(jī)車(chē)直流牽引電機(jī)、機(jī)車(chē)直流輔助電機(jī)、礦用機(jī)車(chē)直 流牽引電機(jī)、船用直流電機(jī)、軋鋼電機(jī)等等 。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律 、 性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用的先進(jìn)電氣調(diào)速系統(tǒng)幾乎完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)已經(jīng)普遍的應(yīng)用到了各類(lèi)儀器儀表，機(jī)械重工業(yè)以及輕工業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中。因此我國(guó)直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡(jiǎn)稱(chēng) PWM）方向發(fā)展。 從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類(lèi)型。 (3) 改變電樞電壓調(diào)速 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U。 （ 2） 穩(wěn)速：以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量 。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的 。 （ 2）開(kāi)關(guān)頻率比較高，電機(jī)損耗及發(fā)熱都比較少，電流很容易連續(xù)，并且諧波少。不可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)；可逆系統(tǒng)是指電動(dòng)機(jī)可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。 13 13 13 圖 21 H型雙極性可逆 PWM 變換器 （ 1）正向運(yùn)行： ???K eIRUn 14 14 14 第 1 階段 ， 在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug Ug4為正， VT VT4 導(dǎo)通 ， Ug2 、 Ug3為負(fù)， VT VT3 截止，電流 id 沿回路 1 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = +Us； 第 2 階段，在 ton ≤ t ≤ T 期間， Ug Ug4為負(fù)， VT VT4 截止， VD VD3續(xù)流，并鉗位使 VT2 、 VT3 保持截止，電流 id 沿回路 2 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = –Us ； （ 2）反向運(yùn)行： 第 1 階段，在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug Ug3為負(fù)， VT VT3 截止， VD VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT VT4 截止，電流 –id 沿回路 4 流通，電動(dòng)機(jī) M兩端電壓 UAB = +Us ； 第 2 階段，在 ton ≤ t ≤ T 期間， Ug Ug3 為正 ， VT VT3 導(dǎo)通， Ug Ug4為負(fù)，使 VT VT4 保持截止，電流 – id 沿回路 3 流通，電動(dòng)機(jī) M 兩端電壓 UAB = – Us ； 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)工作時(shí)，在每一個(gè) PWM 周期的正脈沖區(qū)間， VT VT4 導(dǎo)通， VT VT3 截止。 這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖 上圖 （ b）所示， 這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能， 該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ASR 和 ACR 一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器 [9]。因此，對(duì)靜特性來(lái) 21 21 21 說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 26 所示。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快???KeIRUn???KeIRUn???KeIRUn 25 25 25 增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差電壓 的數(shù)值仍比較大，輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流 Id 迅速上升。 第 Ⅲ 階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) ASR 發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中表現(xiàn)為無(wú)靜差調(diào)速。 28 28 28 29 29 29 3 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖 31 所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器串級(jí)連 接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制 PWM 裝置。 設(shè)計(jì)要求： ① 靜態(tài)指標(biāo) :無(wú)靜差； ② 動(dòng)態(tài)指標(biāo)： 電流超調(diào)量 %5%?i? ，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %10%?n? [3]。 ???KeIRUn 35 35 35 現(xiàn)在 ???? 131131 ois TT ci?，滿足近似條件。 4 MATLAB 仿真設(shè)計(jì) MATLAB 仿真軟件介紹 38 38 38 MATLAB 是 ―矩陣實(shí)驗(yàn)室 ‖（ Matrix Laboratory）的縮寫(xiě) ,它是以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的，集數(shù)學(xué)計(jì)算、結(jié)果可視化和編程于一身，能方便地進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和大量工程運(yùn)算及數(shù)值分析的功能十分強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在設(shè)計(jì)研究單位和工業(yè)部 39 39 39 門(mén)， MATLAB 被廣泛用于科學(xué)研究和解決各種具體問(wèn)題 [12]。 (5) 具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性。對(duì)于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過(guò)圖形界面，利用鼠標(biāo)單擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在紙上繪制系統(tǒng)的方框圖一樣簡(jiǎn)單，它與用微分方程和差分方 41 41 41 程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。 43 43 43 44 44 44 圖 41 雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)仿真模型 下面分 別介紹雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)仿真模型中主要模塊的封裝建模以及參數(shù)的設(shè)置。電流調(diào)節(jié)器 ACR 及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的模型及參數(shù)分別如圖 4 43所示。 從 版開(kāi)始有了電力系統(tǒng)模塊庫(kù)（ Power System Blockset），該模塊庫(kù)主要是由加拿大 Hydro Quebec 公司和 TECSIM International 公司共同開(kāi)發(fā)的。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。而且矩陣的操作十分方便。目前，越來(lái)越多的理工科大學(xué)生和科學(xué)技術(shù)工作者正在學(xué)習(xí)和使用 MATLAB 語(yǔ)言，它已經(jīng)成為世界上應(yīng)用最廣泛的計(jì)算軟件之一。 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 確 定時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)： 2 ?iT =； 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)： sTon ? ； 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)： ???? ? onin TTT 2 ； 選擇 轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速環(huán)無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性的，因此可用電流型 PI 調(diào)節(jié)器。 U H 型PWM 功率放大電路 PWM發(fā)生器 直流電動(dòng)機(jī) PI 調(diào)節(jié)器ACR PI 調(diào)節(jié)器ASR 電流反饋 轉(zhuǎn)速反饋 n 30 30 30 圖 31 雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 調(diào)節(jié)器 的設(shè)計(jì)原則 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