【正文】 整理后得 （226） （227）式中 ——負(fù)載電流。AB段特性和CA段相比有兩個(gè)特點(diǎn)：圖210 帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性1） 電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻 ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出關(guān)系為 (26)按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為 (27)將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則式（28）變成 (28)考慮到Ts很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。圖24 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出特性和的測(cè)定 實(shí)際的觸發(fā)電路和整流電路都是非線(xiàn)性的，只能在一定的工作范圍內(nèi)近似看成線(xiàn)性環(huán)節(jié)。 圖22 電流連續(xù)時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械特性當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。 靜止式可控整流器 圖21所示是晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)，又稱(chēng)靜止的WardLeonard系統(tǒng)）原理圖。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。要實(shí)現(xiàn)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需先對(duì)控制系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行分析，弄清楚調(diào)速系統(tǒng)每個(gè)組成部分的作用，弄清楚轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的工作原理，合理選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)以便進(jìn)行合理的工程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速環(huán) 電流環(huán) 調(diào)節(jié)器 SimulinkAbstract This article describes the design of the DC drive system based on the method of engineering design, and the most monly used speed and current dualloop speed control system design methods are also derived in detail. In this article, the doubleloop DC Speed Control System and the speed of the current performance of the two regulators are illustrated, and a detailed analysis of the system which starts the design process and parameters is also made. In this process, using Simulink of DC Motor Speed Governing System Modeling and Simulation, I make a analysis of speed and current waveforms, and debugging to improve the system tends and make it more reasonable.Key words: loop of revolution rate loop of current regulator Simulink45王倩：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與Matlab仿真目 錄第一章 前言 1 直流拖動(dòng)控制系統(tǒng) 1第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制 3 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 3 靜止式可控整流器 3 晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性 4 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù) 5 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 7 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 7 限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋 9 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 10 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 11 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 13第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 15 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 15 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 16 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 17 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 19 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析 20 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 20 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 20 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 21 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 22 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 24 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系 27第四章 Matlab仿真及結(jié)果分析 29 工程設(shè)計(jì)舉例 29 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 29 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) 31 在Simulink環(huán)境下的仿真及分析 32 電流、轉(zhuǎn)速雙環(huán) 32 起動(dòng)過(guò)程分析 34 電流環(huán) 36 轉(zhuǎn)速環(huán) 38 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題 40 反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性 40 比例調(diào)節(jié) 42 比例積分控制規(guī)律 43 仿真結(jié)果分析總結(jié) 44參考文獻(xiàn) 46致 謝 47王倩：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與Matlab仿真第一章 前言 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，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。原因是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在上式中，是常數(shù)，電流是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法:1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓。 2）靜止可控整流器。2）晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的dV/dt與di/dt都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。對(duì)于每一條特性，求解過(guò)程都計(jì)算到 = 2/3為止，因?yàn)榻窃俅髸r(shí)，電流便連續(xù)了。這時(shí)，晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是 （24）如果不可能實(shí)測(cè)特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。這兩個(gè)指標(biāo)合稱(chēng)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。 限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋 直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取(~)。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得下圖213a。：是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成1. 系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。 1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值； 2) 電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。與此同時(shí)，由于ASR不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知:。 4. 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 1） 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。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。 ： 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(xiàn)性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(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)。1. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 1）忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響圖38 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn) 在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即≈0。由圖39a可知 （317）忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為 （318）近似條件可由式求出 （319）式中 ——轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。 （329） （330） （331） 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。 2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件是否滿(mǎn)足。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為：。濾波環(huán)節(jié)可以抑制檢測(cè)信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也個(gè)反饋檢測(cè)信號(hào)帶來(lái)延遲。當(dāng)≥后，電機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電流迅速上升。為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： 根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：1）當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；2）當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。2. 閉環(huán)a）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖b）電流和轉(zhuǎn)速波形圖46 電流調(diào)節(jié)器閉環(huán)系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速環(huán) 轉(zhuǎn)速環(huán)是由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)組成的閉合回路，其主要作用是通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足要求。在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，由于積分的作用，其輸出還是很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。其控制精度較高。