【導讀】改變電動機主磁通?系統(tǒng)已經被廣泛地應用，軋制品種和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。其優(yōu)點還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。代電力拖動中，大多數(shù)采用電氣調速方法。速調節(jié)，在某一負載下人為地改變電動機的轉速。

　　

【正文】 頻段的寬度，稱作中頻寬。由于中頻段的狀態(tài)對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質器決定性的作用，因此 h 是一個很重要的參數(shù)。 在一般情況下， 1?? 點處在 decdB/40? 特性段 ccK ????? 111 lg20)lg( l g20)1lg( l g40lg20 ????? 因此 cK ??1? 在工程設計中，如果兩個參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振蕩指標法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值 rM 最小準則，可以找到 h 和 c? 兩個參數(shù)之間的一種最佳配合。這一準則表明，對于一定的 h 值，只有一個確定的 c? 可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 minrM ，這時 c? 和 1? ， 2? 之間的關系是 122 ??hhc?? 211 ??hc?? 以上兩式稱 作 minrM 準則的“最佳頻比”，因而有 ccc hhh ????? 2121221 ?????? )11(21)(21 21 Tc ???? ???? 確定 h 之后根據上式即可分別求得 ? 和 c? 。 可得 222211 2 12 1)1(2 1 ThhhhThK c ??????? ??? 可知轉速環(huán)開環(huán)增益 NK 為 222 1nN ThhK ??? 因此 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 28 nmen RTh TChK??? ??2 )1( 轉速調節(jié)器的參數(shù)的計算 已知 ??iITK ， sT i ?? ，電流環(huán)等效時間常數(shù)： sTK iI ???? ? 令 sTon ? ，則小時間常數(shù)近似處理的時間常數(shù)為： sTKT onIn ?????? 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 5?h ，則 ASR 的超前時間常數(shù)為： shT nn 1 3 2 7 ???? ?? 轉速環(huán)開環(huán)增益為： 22222 2 7 152 1 ?? ??????? sThhKnN 則 ASR 的比例系數(shù)為： 2 7 0 6 8 3 4 )1( ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? 參數(shù) 校驗 轉速環(huán)的截止頻率為： 11 3 5 9?????? sKK nNN ??? 1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡條件 iI sTK ????? ?? 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 29 滿足 簡化要求。 2） 轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 onI sTK ????? ? 滿足近似條件。 計算調節(jié)器電阻和電容 圖 49 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉速調節(jié)器 轉速調節(jié)器原理圖如圖所示，取 0 40kR ??，則 ??????? kRKRRRK nnnn 00 取 150k? FRCCR nnnnnn ??? 3 ?????? 取 1F? onon 304 4 0 .0 2= F = 2 F4 0 1 0TC R ??? ? 取 2F? 調速范圍靜差率的計算 取 ?pK 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 30 ????? e spCKKK ? m i n/ 01)(1 551)1( rKC RInedcl ???????? 靜差率： %%100 ???????? clN cl nn ns 調速范圍： %)( %)1( ??? ????? sn snD cl N 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 31 五、系統(tǒng)仿真 仿真軟件 Simulink 介紹 Simulink 是 MATLAB 中 的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型， Simulink 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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) 的仿真結果。 Simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。 . 構架在 Simulink 基礎之上的其他產品擴展了 Simulink 多領域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。 Simulink 與 MATLAB 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的 定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據的定義。 Simulink 仿真步驟 (1) 在 MATLAB 命令窗口中輸入 simulink， 桌面上出現(xiàn)一個稱為 Simulink Library Browser 的窗口，在這個窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。 (2) 打開 MATLAB 中的 Simulink 工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。 (3) 將設計的開環(huán)調速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個模塊，運行調試功能，如果無誤武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 32 后就可以運行系統(tǒng)。 (4) 運行后便可通過模擬示波器觀察波形。 雙閉環(huán)仿真模型 電流環(huán)、轉速 環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖 51 所示。 圖 51 雙閉環(huán)仿真模型 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 電流環(huán)、轉速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖 52 所示。 圖 52 雙閉環(huán)仿真 波形 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 33 其中，紅色曲線為電流環(huán)，黃色曲線為轉速環(huán)波形。 電流環(huán)的仿真中， 在直流電動機的恒流升速階段，電流值低于 NI? ，其原因是電流調節(jié)系統(tǒng)受到電動機反電勢的擾動，它是一個線性漸增的擾動量，所以系統(tǒng)做不到無靜差而是 dI 略低于 dmI 。 轉速環(huán)的仿真中， ASR 調 節(jié)器經過了不飽和、飽和、退飽和三個階段，最終穩(wěn)定運行于給定轉速。 電流調節(jié)起作用 :自動限制最大電流 ， 能有效抑制電網電壓波動的影響 ， 速度調節(jié)可調節(jié)轉速可整定轉速反饋系數(shù)以整定系統(tǒng)的額定轉速 。 仿真結果符合實際情況，說明參數(shù)的選擇設計較為合適。 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 34 六、心得體會及小結 轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器串級連接，轉速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內環(huán)。速度調節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。調整限幅值的小或調整電流反饋系數(shù)就可方便地改變最大電流 amI 。在起、制動過程中，速度調節(jié)器很快入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調節(jié)器為 PI 調節(jié)器，在它的調節(jié)作用下使電流保持在最大值，這時系統(tǒng)實際上為一個恒值電流調節(jié)系統(tǒng)。由于電流環(huán)的調節(jié)作用使系統(tǒng)的起、制動過渡過程中電流的波形接近于理想的最佳過渡波形。當轉速超調后，速度調節(jié)器退出飽和，對轉速起主要調節(jié)作用，電流環(huán)成為電流隨動系統(tǒng)。 電流反饋環(huán)使得系統(tǒng)的抗干擾能力增強，作用在電流環(huán)前向通道上的一切擾動作用，如電網電壓擾動等，受到電流環(huán)的及時調節(jié)所抑制，使轉速不受或少受擾 動的影響。電流內環(huán)還起到改造轉速外環(huán)中調節(jié)對象結構及參數(shù)的作用，加快了轉速環(huán)的調節(jié)響應過程。在特性上，轉速環(huán)的調節(jié)作用保證了系統(tǒng)無靜差，電流環(huán)的作用使系統(tǒng)具有較理想的挖土機下垂特性。 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)效正的設計與調試是先按內環(huán)（電流環(huán)）后外環(huán)（轉速環(huán)）的順序進行的，因為在動態(tài)過程中可以認為外環(huán)對內環(huán)幾乎沒有影響，而內環(huán)是外環(huán)的一個組環(huán)節(jié)。從快速起動系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型 I型系統(tǒng)設計電流環(huán)。由于要求轉速無靜差，此轉速環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設計雙閉環(huán)可逆直流 PWM調速系統(tǒng)電樞電流的最大脈動量與電源壓 sU 成正比，與電樞電感 L和開關頻率 f成反比，電樞 PWM電壓的交變分量對轉速的影響是及其微小的。 通過本次課程設計 ，我 學習與掌握了 電力系統(tǒng)拖動 的基本原理及其各種應用，對 調速系統(tǒng) 的工作原理和設計方法有了較深入的了解。對自動控制系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能及其控制 也 有 了 一定的認識。 同時，我還 掌握了不少軟件的應用如PROTEL、 MATLAB 等。 武漢理工大學《運動控制系統(tǒng)》課程設計說明書 35 七、參考文獻 [1] 阮毅， 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [2]高鵬，安濤，寇懷誠等 .Protel 99 入門 與提高 .北京：人民郵電出版社， 2020 [3]李發(fā)海，王巖 .電機與拖動基礎 .第二版 .北京：清華大學出版社， 2020 [4]張世銘，王振和 .直流調速系統(tǒng) .武漢：華中理工大學出版社， 1993 [5]胡壽松 .自動控制原理 .長沙：國防科技大學出版社， 1995