【正文】 通過對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，能更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對(duì)其各種性能加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對(duì)該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場(chǎng)合，提高控制精度和效率。由圖45可以看到，電流超調(diào)量大，上升時(shí)間較短。典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)見附錄表34。（3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)；電流環(huán)開環(huán)時(shí)間增益:要求，參考附錄表32，應(yīng)取KI=，有 (313)ACR的比例系數(shù):= (314)（4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率:ωci =KI=1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： (315)即 (316)滿足近似條件；2)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件： (317) 即 (318)滿足近似條件；3)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：， (319) 即 (320) 電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：（參考附錄表32），也滿足設(shè)計(jì)要求。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。這樣的下垂特性只適合于nn0的情況，因?yàn)槿绻鹡no，則UnU*n，ASR將退出飽和狀態(tài)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im。第一章：簡(jiǎn)單介紹了直流電動(dòng)機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展意義，以及課題的主要內(nèi)容和任務(wù)。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國(guó)產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分所采用的功率器件經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐漸成為主流。但是汞弧交流器仍存在一些缺點(diǎn)：維修海華絲不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。在那些電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能的要求較高的場(chǎng)合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)控制裝置也不斷向前發(fā)展。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，通過比較說明了直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。第三，自出現(xiàn)汞弧交流器后，利用汞弧交流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。其中，電動(dòng)機(jī)控制策略的模擬實(shí)現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺(tái)，而采用微處理器，通用計(jì)算機(jī)，F(xiàn)PGA/CPLD,DSP控制器等手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進(jìn)口。隨著現(xiàn)代化不發(fā)的加快，人們生活水平的不斷提高，對(duì)自動(dòng)化的需求也越來越高，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不段擴(kuò)大。國(guó)外主要電氣公司如瑞典的ABB公司、德國(guó)的西門子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國(guó)的CE公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個(gè)數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化得應(yīng)用產(chǎn)品。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。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖．如圖25所示。由于ASR不飽和，U*iU*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知：IdIdm。這樣，經(jīng)過小慣性環(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。按附錄中表31，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系。不斷調(diào)整控制部分的參數(shù)，得到不同的仿真結(jié)構(gòu)。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。這也是我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的一大動(dòng)力。空載運(yùn)行過程中受到了額定電流擾動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速與電流仿真結(jié)果圖下圖410所示。系統(tǒng)的仿真分為三個(gè)步驟，分別是：建模、設(shè)置參數(shù)、仿真及仿真結(jié)果分析。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (326)式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；— 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。設(shè)計(jì)指標(biāo)：1)靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；2)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求， 所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設(shè)計(jì)為Ⅱ型系統(tǒng)。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。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)方法的基本思路是先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的 方向不斷前進(jìn)。微機(jī)的應(yīng)用是直流電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化，智能化，極大地推動(dòng)了電氣傳動(dòng)的發(fā)展。具有開關(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)。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)已成為電動(dòng)機(jī)控制的主流技術(shù)。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)（也稱為旋轉(zhuǎn)交流組），配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、闡流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍（十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動(dòng)特性，另一方面又可以減少能量的損耗，提高效率。PI controller。近年來，一些先進(jìn)國(guó)家陸續(xù)推出并大量使用微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)裝置，如西門子公司的SIMOREG K6RA2ABB、公司的PAD/PSD等等。數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，他能成功地做到從給定信號(hào)、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺(tái)附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機(jī)，同一臺(tái)控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對(duì)不同類型的被控對(duì)象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使它易和PLC等各種器件通訊組成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是方便靈活的調(diào)試方法，完善的保護(hù)功能、長(zhǎng)期工作的高可靠性和整個(gè)控制器體積小型化，彌補(bǔ)了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點(diǎn)，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護(hù)簡(jiǎn)單，使其具備了廣闊的應(yīng)用前景。晶閘管交流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機(jī)組（放大倍數(shù)10）高1000倍，比汞弧交流器（放大倍數(shù)1000）高10倍；在響應(yīng)快速性上，機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí)。其中，脈寬調(diào)制（PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容在工業(yè)領(lǐng)域中，實(shí)際的傳動(dòng)系統(tǒng)并不如模型那樣一成不變，電機(jī)本身的參數(shù)和拖動(dòng)負(fù)載的參數(shù)(如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)在某些應(yīng)用場(chǎng)合產(chǎn)生變化，不能使系統(tǒng)在各種情況下都保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)．而直流電機(jī)作為伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件在跟蹤性能方面的要求比一般的調(diào)速系統(tǒng)高且嚴(yán)格得多，而且需要更強(qiáng)的抗干擾能力；對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)速度有了更高的要求。第三章：介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，并詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)速、電流環(huán)反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖27所示。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)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”，即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。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 （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）校正后電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖33所示，圖33校正后電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖校正后電流環(huán)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖34所示。由圖33可知 (321)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w — 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。應(yīng)按ASR退飽和的情況計(jì)算超調(diào)量。，建立轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型如下圖46所示。在他的精心指導(dǎo)下，我順利的完成了本次