【正文】 ； 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) ，所以電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssKsWiiiA C R?? 1)( ??sTai ???sTs ?sTTT isi 0 0 3 6 0 0 1 6 ?????? 12 1 ?? ???? sTK iI290 ?? siIi KRKK ??ssssssKsW iiiA C R 02 107 107 )( ??????? ??(3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 參數(shù)的計(jì)算。 根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論 ， 合并轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) ； 選取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù) ； 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比例系數(shù) ssKsW nnnA C R ?? 1)( ??sT i ??sTTT nin 0 1 7 0 3 6 0 ?????? ??shT nn 0 1 7 ??? ??。 62 1 2222 ??????? sThhKnN2)1( ?????? ?????? sRTh TChKnmen ??(4)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其仿真 采用兩個(gè) PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 752所示。 帶參數(shù)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 753所示。 用以下 MATLAB程序繪制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。 [a,b,c,d]=linmod(39。l75339。)。s1=ss(a,b,c,d)。sys=tf(s1)。step(sys)。 程序運(yùn)行后，繪制的單位階躍響應(yīng)曲線如圖 754所示。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 755所示。 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3050100150200250S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude圖 754 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 圖 755 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 用以下 MATLAB程序繪制雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)仿真曲線。程序運(yùn)行后，繪制的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖 756所示 . [a,b,c,d]=linmod(39。l75539。)。 s1=ss(a,b,c,d)。sys=tf(s1)。t1=[0::0.3]。step(sys,t1)。 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 34 3 . 53 2 . 52 1 . 51 0 . 50S t e p R e s p o n s eT im e ( s e c )Amplitude圖 756 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)曲線 %9 3 4 %m a x ??? Cst p 0 4 6 ?st v ?由圖可知，即最大動(dòng)態(tài)降落 ： 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： ?；謴?fù)時(shí)間： (對(duì)應(yīng) 5％的誤差帶 )。 (5)帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖與動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 757所示。 圖 757 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖 由圖 757可知，根據(jù)電路的分流公式，有 ( ) ( )()1 1dndndn dndndnn s C sn sisR C sRsC??????對(duì)圖 757的虛地點(diǎn) A寫出基 爾霍夫電流定律為 整理后得 ( ) ( ) ( ) ( )11 1 1n d nno n o n o d nnnU s n s sn s Ui ssT s T s T sKs? ? ?????? ? ??? ? ??d n o d nRC? ?o d n d n d nT R C?式中： 為轉(zhuǎn)速微分時(shí)間常數(shù)； 為轉(zhuǎn)速微分濾波時(shí)間常數(shù) (6)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié) 參數(shù)的計(jì)算 10 ?sT sdn dn??(7) 帶參數(shù)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 圖 758 帶參數(shù)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的 VM雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型 根據(jù)圖 751可知，將已知參數(shù)與算得的參數(shù)帶入圖 751中即得帶參數(shù)的Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)用構(gòu)圖如圖 758所示，即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型 ，以下仿真要用到它。 以下 MATLAB程序繪制轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 [a,b,c,d]=linmod(39。l75839。)。 s1=ss(a,b,c,d)。sys=tf(s1)。step(sys)。 程序運(yùn)行后，繪制的單位階躍響應(yīng)曲線如圖 759所示。 比較圖 754與圖 759可見，普通雙環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)％ 30％；而帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙環(huán)系統(tǒng)，其單位階躍響應(yīng)基本無(wú)超調(diào)，轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋?zhàn)饔蔑@示無(wú)疑。 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6020406080100120140160S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude圖 759 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 7510所示，即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型 ，以下仿真要用到它。 圖 7510 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)模型里 用以下 MATLAB程序繪制雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)仿真曲線。 [a,b,c,d]=linmod(39。l75539。)。 s1=ss(a,b,c,d)。sys=tf(s1)。t1=[0::]。step(sys,t1)。 %6 7 8 %m a x ??? C最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： stp 0 7 5 ?恢復(fù)時(shí)間： stv ? (對(duì)應(yīng) 5％的誤差帶 )。 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 1 . 8 1 . 6 1 . 4 1 . 21 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 2S t e p R e s p o n s eT i m e ( s e c )Amplitude圖 7511 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)曲線 程序運(yùn)行后，繪制的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖 7511所示。 由圖可知，即最大動(dòng)態(tài)降落： 比較圖 756與圖 7511及其計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)于單位階躍負(fù)載擾動(dòng)，帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙環(huán)系統(tǒng)比普通雙環(huán)系統(tǒng)，其最大動(dòng)態(tài)降落要小得多，但最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一些。 (8)計(jì)算退飽和時(shí)間 ,l與退飽和轉(zhuǎn)速 。 tt tn根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，有退飽和時(shí)間計(jì)算公式，即 dnndldmmet TIIRTnCt ????? ?)(*dndldmmet IITCRnn ?)(* ???tttn還有退飽和轉(zhuǎn)算計(jì)算公式 。這可以用以下 MATLAB程序來(lái)計(jì)算退飽和時(shí)間 與退飽和轉(zhuǎn)速 syms Ce nx Tm R Idm ldbl Inom IdL Tsigman taudn tt。 Ce=。nx=1500。Tm=。R=。Inom=。Idbl=*Inom。 Idm=Idbl。IdL=0。Tsigman=。taudn=。 tt=Ce*nx*Tm/(R*(IdmIdL))+Tsigmantaudn nt=nxR*(IdmIdL)*taudn/(Ce*Tm) 程序執(zhí)行結(jié)果 tt= nt=+003nt=+003 stt ? m i rnt ?即退飽和時(shí)間 ，退飽和轉(zhuǎn)速 小 結(jié) (或反饋控制系統(tǒng) )，它最主要的特征是具有反饋環(huán)節(jié)。反饋環(huán)節(jié)的作用是檢測(cè)并減小輸出量 (被調(diào)量 ) 反饋控制系統(tǒng)是以給定量作為基準(zhǔn)量，然后把反映被調(diào)量的反饋量與給定量進(jìn)行比較，以其偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大去進(jìn)行控制的。偏差信號(hào)的變化直接反映了被調(diào)量的變化。 在有靜差系統(tǒng)中，就是靠偏差信號(hào)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)?。所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其偏差電壓不能為零。而在無(wú)靜差系統(tǒng)中，由于含有積分環(huán)節(jié)，則主要靠偏差電壓對(duì)時(shí)間的積累去進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)?，并依靠積分環(huán)節(jié)，最后消除 ① 某物理量的負(fù)反饋。它的作用是使該物理量 (如轉(zhuǎn) n、電流 i、電壓 U、溫度 T、水位 H等 ) ② 某物理量的微分負(fù)反饋。它的特點(diǎn)是在穩(wěn)態(tài)時(shí)不起作用，只在動(dòng)態(tài)時(shí)起作用。它的作用是限制該物理量對(duì)時(shí)間的變化率 (如，，等 ) ③ 某物理量的截止負(fù)反饋。它的特點(diǎn)是在某限定值以下不起作用，而當(dāng)超過(guò)某限定值時(shí)才起作用。它的作用是“上限保護(hù)” (如過(guò)大電流、過(guò)高溫度、過(guò)高水位等的保護(hù) ) ④ 某物理量的擾動(dòng)順饋補(bǔ)償 (如電流正反饋 )或給定量順饋補(bǔ)償，但補(bǔ)償量 ，實(shí)際系統(tǒng)都需要各種保護(hù)環(huán)節(jié)，常用的保護(hù)環(huán)節(jié) ① 過(guò)電壓保護(hù)。如阻容吸收，壓敏電阻放電，續(xù)流二極管放電回路，接地 ② 過(guò)電流保護(hù)。如熔絲和快熔 (短路保護(hù) )，過(guò)電流繼電器，限流電抗器，電流 (截止 )負(fù)反饋等。 ③ 其他保護(hù)環(huán)節(jié)。如直流電動(dòng)機(jī)失磁保護(hù)，正、反組可逆供電電路的互鎖 3. 自動(dòng)控制系統(tǒng)通常包括：控制對(duì)象、檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行元件、供電線路、放大 由被控對(duì)象 (及被控量 )→執(zhí)行 (驅(qū)動(dòng) )部件 →功率放大環(huán)節(jié) →檢測(cè)環(huán)節(jié) →控制環(huán)節(jié) →〔 包括給定元件、反饋環(huán)節(jié)、給定信號(hào)與反饋信號(hào)的比較綜合、放大、(P、 T、 PI、 PID等的 )調(diào)節(jié)控制 〕 →保護(hù)環(huán)節(jié) (包括短路、過(guò)載、過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)等 )→輔助環(huán)節(jié) (包括供電電源、指示、警報(bào)等 ) 在搞清上述各單元作用的基礎(chǔ)上，建立各單元的功能框圖；然后，根據(jù)各單元間的聯(lián)系，抓住各單元的頭與尾 (輸入與輸出 )，建立系統(tǒng)框圖，并標(biāo)出各部件名稱、給定量、被控量、反饋量和各單元的輸入和輸出量 (亦即中間參變量 )。然后，分析給定量變化時(shí)及擾動(dòng)量變化時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程，并寫出自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程流程圖。在此基礎(chǔ)上，再分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù) (主要是調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù) )對(duì)系統(tǒng)性能的影響 (參見 714，及 725， 734分析 )。 ，因此最直接的辦法是采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)。有時(shí)為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，需要限制轉(zhuǎn)速的變化率 (亦即限制加速度 )，還增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。而在要求不太高的場(chǎng)合，為了省去安裝測(cè)速發(fā)電機(jī)的麻煩，可采用能反映負(fù)載變化的電流正反饋和電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。 ASR和電流調(diào)節(jié)器 ACR串接后分成兩級(jí)去進(jìn)行控制的，即由 ASR去“驅(qū)動(dòng)” ACR，再由 ACR去“控制”觸發(fā)器。電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)為外環(huán)。 ASR和 ACR在調(diào)節(jié)過(guò)程中起著各自不同的作用： 1)電流調(diào)節(jié)器 ACR的作用是穩(wěn)定電流，使電流保持在的數(shù)值上。從而： ① 依靠 ACR ② 當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)， ACR維持電流不變的特性，使電網(wǎng)電壓的波動(dòng)， 2) 速度調(diào)節(jié)器 ASR的作用是穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速保持在的數(shù)值上。因此在負(fù)載變化 (或參數(shù)變化或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動(dòng) )而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時(shí)，則靠 ASR 6. 用 MATLAB解決簡(jiǎn)單閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)中 PI校正器的設(shè)計(jì)、并驗(yàn)算設(shè)計(jì)后系統(tǒng)的時(shí)域與頻域性能指標(biāo)是否滿足要求以及用根軌跡校正器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行滯后校正設(shè)計(jì)等問(wèn)題的過(guò)程和方法。了解 MATLAB在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作用，掌握這一工具軟件的應(yīng)用。 7．用 MATLAB解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速超調(diào)及抗擾性能的提高問(wèn)題，即在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，這樣就可以抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)直到消滅超調(diào)，同時(shí)可以大大降低動(dòng)態(tài)速度降落。掌握 MATLAB工具軟件在多環(huán)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。