【正文】 電流環(huán)仿真模型 下面就 節(jié)設(shè)計(jì)舉例，建立電流環(huán)仿真模型如下圖 41 所示。應(yīng)按 ASR 退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量。 nn hT??? (330) 222 1nN ThhK ??? (331) ? ?nmen haR T TChK??? 2 1 ? (332) 參數(shù)選擇 至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。由圖 33 可知 (321) 111)1(1)1(/)()()(I2IiiIiI*idc l i???????????sKsKTsTs KsTsKsUsIsW?xxx 學(xué)士學(xué)位論文 20 若上式忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為 (322) 近似條件 (323) 式中 ? — 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 2)電流濾波時(shí)間常數(shù) :Toi=（三相橋式電路每個(gè)波頭是時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有 Toi=，因 此取 Toi=2ms=）。 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 li T?? （ 35） 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖 33 所示的典型形式，其中 （ 36） 圖 32(b)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)（ vb） x =1 x =1 x =1 x =1 圖 32(c)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn) x = x = x = ssKsW iiiA C R )1()( ?? ??RKKK i siI ? ??xxx 學(xué)士學(xué)位論文 16 校正后電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 33 所示， +AC RUc( s ) ? Ks/R( Tls+ 1)( T? is+ 1)Id( s )U*i( s )? 校正后電流環(huán)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖 34 所示。 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 在設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器時(shí)反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。其中 T0i — 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) T0n — 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 圖 31 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)原則 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則： ―先內(nèi)環(huán)后外環(huán) ‖，即從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。只要調(diào)節(jié)器輸入端的反饋信號(hào)不等于給定信號(hào)，調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)發(fā)生變化。到 Id=IdL時(shí)，轉(zhuǎn)距 Te=TL，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n 達(dá)到峰值。在這一階段中， ASR 由 不飽和很快達(dá)到飽和，而 ACR 一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)過(guò)程中的 飽和與不飽和狀況，可將起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段，即電流上升階段；恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究和方案確定 7 圖 24 直流電機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理 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 .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。 5％ (或177。 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求經(jīng)折算和量化后可以表達(dá)為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 21 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率 如圖 2— 1所示 Δ nNa=Δ nNb。 為此本論文對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行 MATLAB 仿真與研究。因此，直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用研究具有實(shí)際意義。 關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；比例積分調(diào)節(jié)器 ； MATLAB xxx 學(xué)士學(xué)位論文 II ABSTRACT DC servo system is widely used in the industry， and is the fadation of AC servo DC servo system can be controled well with doubleclosed this paper doubleclosed loop DC servo system is studied,the importance of zhe study is the control of the static and dynamic of speed control system,and establishing a doubleclosed loop DC system mathematical model. PI controler is designed for both the current and speed regulator， and design current and speed regulator parameters. When analysis of the classical doubleloop system， in order to get a reasonable design parameters. MATLAB software has been selected to simulate parameters of the system which has been choosen,with a parison to show the characteristics ofDC Control system. KEY WORDS： Doubleclosed loop DC servo system 。對(duì)經(jīng)典雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行分析的同時(shí)，為了能得到合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，用 MATLAB 軟件對(duì)電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)舉例進(jìn)行了仿真，通過(guò)比較說(shuō)明了直流調(diào) 速系統(tǒng)的特性。而且直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)的角度來(lái)看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。應(yīng)用到雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，先從電流環(huán)入手，按上述原則設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)等效環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。即： NNN nn nn ns ??????m inm in0 （ 24） 則，最低轉(zhuǎn)速為 ? ? NNN ns snsnn ??????? 1m in （ 25） 而調(diào)速范圍為 minmaxnnD? =minnnN （ 26） 將（ 28）式代入，得 D = ? ?sn snN N ?? 1 （ 27） 由上述關(guān)系可見(jiàn)：同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速降一定，若對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 S的值越小，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。 調(diào)節(jié)時(shí)間 ts 輸出量達(dá)到并不再超出穩(wěn)態(tài)值的177。 TL：包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Idl=TL/Cm：負(fù)載電流 將上述 (29)、 (210)式在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換，整理后可以得到額定勵(lì)磁電流下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖 24 所示。 ? 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形是接近理想快速起動(dòng)過(guò)程波形的。當(dāng) Id≈Idm時(shí)， Ui≈Uim*，電流調(diào)節(jié)器的作用使 I 不再迅猛增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。但是，由于 Id 仍大于負(fù)載電流 IdL，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。 ASR 的調(diào)節(jié)作用使轉(zhuǎn)速跟隨轉(zhuǎn)速給定， ACR的調(diào)節(jié)作用使電流跟隨電流給定。 當(dāng)速度調(diào)節(jié)器飽和時(shí)：這時(shí)， ASR 輸出達(dá)到限幅值 U*im，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀 態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。 ASR— 轉(zhuǎn)速調(diào)速器， ACR— 電流調(diào)節(jié)器， TG— 測(cè)速發(fā)電機(jī) TA— 電流互感器， UPE一電力電子變化器 圖 29 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 12 第三章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 13 第三章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 按工程 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖 31，它與前述的圖 29 不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。這樣 ， 經(jīng)過(guò)小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后 ， 電流環(huán)的控制對(duì)象是一個(gè)雙慣性環(huán)節(jié) ， 要將其設(shè)計(jì)成典型 Ⅰ 型系統(tǒng) ， 同理 ， 經(jīng)過(guò)小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后 ，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對(duì)象形式為 W（ s） =K/s(Ts+1)如前所述 ， 轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計(jì)成 Ⅱ 型系統(tǒng) ， 所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計(jì)成 PI型調(diào)節(jié)器。 圖 32（ c）表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用 PI 型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成 （ 34） 式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?i 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。按附錄中表 31，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電 流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系。 3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù) xxx 學(xué)士學(xué)位論文 24 按照隨和抗擾性能都好的原則，取 h=5（見(jiàn)附錄表 34） sshTn ????? (338) 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益： 222222 601 62 1 ?? ??????? ssThhKnN (339) ASR 的比例系數(shù)： = ????? ??? (340) （ 4）近似校驗(yàn) 轉(zhuǎn)速截止頻率為： 111 ?? ????? ssKK nNN ??? (341) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件： iI ssTK ???? ??? 11 (342) 滿足簡(jiǎn)化條件 （ 5）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) h=5 時(shí)，由附錄表 34 查得， % ?? ，不符合線性系統(tǒng)的前提，不能滿足要求。不斷調(diào)整控制部分的參數(shù)，得到不同的仿真結(jié)構(gòu)。 比較三個(gè)圖可以發(fā)現(xiàn)，在 直流電動(dòng)機(jī)的恒流升速階段，電流值低于 NI? =200A，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的擾動(dòng)。 由圖 49 可以看出：當(dāng)把負(fù)載電流設(shè)置為 137 時(shí)，電機(jī)滿載啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，退飽和超調(diào)量減少。在他的悉心指導(dǎo)下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)