【導(dǎo)讀】改變電動機(jī)主磁通?系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)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(diǎn)還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)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(diào)速方法。速調(diào)節(jié)，在某一負(fù)載下人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　

【正文】 h 是斜率為 decdB/20? 的中頻段的寬度，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(zhì)器決定性的作用，因此 h 是一個(gè)很重要的參數(shù)。 在一般情況下， 1?? 點(diǎn)處在 decdB/40? 特性段 ccK ????? 111 lg20)lg( l g20)1lg( l g40lg20 ????? 因此 cK ??1? 在工程設(shè)計(jì)中，如果兩個(gè)參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值 rM 最小準(zhǔn)則，可以找到 h 和 c? 兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合。這一準(zhǔn)則表明，對于一定的 h 值，只有一個(gè)確定的 c? 可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值 minrM ，這時(shí) c? 和 1? ， 2? 之間的關(guān)系是 122 ??hhc?? 211 ??hc?? 以上兩式稱 作 minrM 準(zhǔn)則的“最佳頻比”，因而有 ccc hhh ????? 2121221 ?????? )11(21)(21 21 Tc ???? ???? 確定 h 之后根據(jù)上式即可分別求得 ? 和 c? 。 可得 222211 2 12 1)1(2 1 ThhhhThK c ??????? ??? 可知轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 NK 為 222 1nN ThhK ??? 因此 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 28 nmen RTh TChK??? ??2 )1( 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算 已知 ??iITK ， sT i ?? ，電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)： sTK iI ???? ? 令 sTon ? ，則小時(shí)間常數(shù)近似處理的時(shí)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(shí)間常數(shù)為： shT nn ???? ?? 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 22222 152 1 ?? ??????? sThhKnN 則 ASR 的比例系數(shù)為： )1( ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? 參數(shù) 校驗(yàn) 轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為： 11 ?????? sKK nNN ??? 1） 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡條件 iI sTK ????? ?? 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 29 滿足 簡化要求。 2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 onI sTK ????? ? 滿足近似條件。 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 49 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)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(diào)速范圍靜差率的計(jì)算 取 ?pK 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 30 ????? e spCKKK ? m i n/)( 551)1( rKC RInedcl ???????? 靜差率： %%100 ???????? clN cl nn ns 調(diào)速范圍： %)( % 00)1( ??? ????? sn snD cl N 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)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(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)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(jié)果。 Simulink 是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對各種時(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。 . 構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink 與 MATLAB 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進(jìn)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(jù)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(gè)稱為 Simulink Library Browser 的窗口，在這個(gè)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(shè)計(jì)的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個(gè)模塊，運(yùn)行調(diào)試功能，如果無誤武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 32 后就可以運(yùn)行系統(tǒng)。 (4) 運(yùn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 33 其中，紅色曲線為電流環(huán)，黃色曲線為轉(zhuǎn)速環(huán)波形。 電流環(huán)的仿真中， 在直流電動機(jī)的恒流升速階段，電流值低于 NI? ，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動機(jī)反電勢的擾動，它是一個(gè)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(zhuǎn)速環(huán)的仿真中， ASR 調(diào) 節(jié)器經(jīng)過了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。 電流調(diào)節(jié)起作用 :自動限制最大電流 ， 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響 ， 速度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可整定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速 。 仿真結(jié)果符合實(shí)際情況，說明參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)較為合適。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 34 六、心得體會及小結(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器串級連接，轉(zhuǎn)速反饋環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。速度調(diào)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(diào)整限幅值的小或調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值，這時(shí)系統(tǒng)實(shí)際上為一個(gè)恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于電流環(huán)的調(diào)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(dāng)轉(zhuǎn)速超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器退出飽和，對轉(zhuǎn)速起主要調(diào)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(qiáng)，作用在電流環(huán)前向通道上的一切擾動作用，如電網(wǎng)電壓擾動等，受到電流環(huán)的及時(shí)調(diào)節(jié)所抑制，使轉(zhuǎn)速不受或少受擾 動的影響。電流內(nèi)環(huán)還起到改造轉(zhuǎn)速外環(huán)中調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)及參數(shù)的作用，加快了轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)響應(yīng)過程。在特性上，轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)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(jī)下垂特性。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)效正的設(shè)計(jì)與調(diào)試是先按內(nèi)環(huán)（電流環(huán)）后外環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)）的順序進(jìn)行的，因?yàn)樵趧討B(tài)過程中可以認(rèn)為外環(huán)對內(nèi)環(huán)幾乎沒有影響，而內(nèi)環(huán)是外環(huán)的一個(gè)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(shè)計(jì)電流環(huán)。由于要求轉(zhuǎn)速無靜差，此轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)雙閉環(huán)可逆直流 PWM調(diào)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(guān)頻率 f成反比，電樞 PWM 電壓的交變分量對轉(zhuǎn)速的影響是及其微小的。 通過本次課程設(shè)計(jì) ，我 學(xué)習(xí)與掌握了 電力系統(tǒng)拖動 的基本原理及其各種應(yīng)用，對 調(diào)速系統(tǒng) 的工作原理和設(shè)計(jì)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(rèn)識。 同時(shí)，我還 掌握了不少軟件的應(yīng)用如PROTEL、 MATLAB 等。 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 35 七、參考文獻(xiàn) [1] 阮毅， 陳伯時(shí) .電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 [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， 2021 [3]李發(fā)海，王巖 .電機(jī)與拖動基礎(chǔ) .第二版 .北京：清華大學(xué)出版社， 2021 [4]張世銘，王振和 .直流調(diào)速系統(tǒng) .武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1993 [5]胡壽松 .自動控制原理 .長沙：國防科技大學(xué)出版社， 1995