【正文】 ?? 6． 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) h=5 時(shí)，查附表 3 得 %?n? ,不能滿足 %10?n? 。實(shí)際上，附表 3 是按線性系統(tǒng)計(jì)算的超調(diào)量，而突加階躍給定時(shí)， ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，具有飽和非線性特性。所以，應(yīng)按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。 三 . 按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? 設(shè)理想空載起動(dòng)時(shí) 0?z ，當(dāng) 5?h 時(shí)，查附表 2 得： % ?? bCC m i rCRIn edNN ????? 則 %10% %)(2 *m a x ??????????? ?m nNbn TTnnzCC ?? 能滿足設(shè)計(jì)要求。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 仿真 一 .電流環(huán)的仿真 1．電流環(huán)的輸出特性分析 24 圖 61 電流環(huán) Simulink 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由圖 62 可以看出超調(diào)量 %?? ，系統(tǒng)曲線迅速上升，峰值時(shí)間 st p ? ，非常短，電流立即下降至恒定并在 內(nèi)響應(yīng)即結(jié)束，這樣的階躍響應(yīng)是很理想的。這正好驗(yàn)證了按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流 環(huán)其超調(diào)量會(huì)很小的事實(shí)。我們知道超調(diào)量可以反映系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，超調(diào)量越小，相對(duì)穩(wěn)定性越好，由此可見電流環(huán)還是比較穩(wěn)定的。它的上升時(shí)間是 0 .0183s，上升時(shí)間是用來(lái)反映動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性的，同樣，電流環(huán)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是比較快的?？梢?，系統(tǒng)的跟隨性能是很好的。 2．電流環(huán)抗擾性能分析 可知其性能指標(biāo)： 最大動(dòng)態(tài)降落： ???C 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： stp ? 同理，圖 63b）為電流環(huán)在擾動(dòng)作用點(diǎn) 3 施加單位階躍信號(hào)的擾動(dòng)響應(yīng)曲線，由圖可知其 性能指標(biāo)： 最大動(dòng)態(tài)降落： ???C 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： stp ? 對(duì)大多數(shù)機(jī)器設(shè)備，控制系統(tǒng)的抗擾性能指標(biāo)是至關(guān)重要的，它比系統(tǒng)的跟隨性能指標(biāo)更為人們所關(guān)注。對(duì)于電流環(huán)，通過(guò)上面的仿真圖可以看出，它的抗擾性能有如下幾點(diǎn)： 1）由于電流環(huán)的存在，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，抗擾性能大有改善。 2）同樣由上圖也可以看出系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的大幅度突變也有良好的抗擾能力。 3）從圖中還可以看出，當(dāng)擾動(dòng)作用發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)在 內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定，可見它的響應(yīng)速度是非?？斓?，這也是我們?cè)O(shè)計(jì)此系統(tǒng)的原因之一。 3．電流環(huán)頻域分析 25 根據(jù)自動(dòng)控制原理，頻域分析的特點(diǎn)是運(yùn)用閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)頻域特性曲線來(lái)分析閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)及其性能，頻域分析的主要內(nèi)容是畫 Bode 圖與計(jì)算頻域性能指標(biāo)。 圖 64 電流閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖 下 由圖 65 得出電流環(huán)的 頻域性能指標(biāo)： 幅 值裕度： Gm =； 相角裕度： Pm = ； 幅值穿越頻率： Wcp = 1?s ； 剪切頻率： Wcg = 1?s 。 實(shí)際工程上，一般要求 幅 值裕度 dBGm 6? ，相角裕度 deg40?mP ?？梢婋娏鳝h(huán)有足夠的穩(wěn)定裕量，其 頻域性能是很好的。 26 27 圖 68 轉(zhuǎn)速環(huán)階躍響應(yīng) Simulink 曲線 通過(guò)編程運(yùn)行出的轉(zhuǎn)速圖如上圖，由圖 68 可以看到曲線單調(diào)上升，完全無(wú)超調(diào)，并且在 3s 內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)要求超調(diào)小于 10%。這與設(shè)計(jì)要求吻合。 2．轉(zhuǎn)速環(huán) 的抗擾性能的分析 在分析了電流環(huán)的抗擾性能后，再來(lái)分析一下轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能。一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。按照?qǐng)D 67 分別在擾動(dòng)信號(hào)作用點(diǎn)2 和 3 加階躍擾動(dòng)信號(hào)后進(jìn)行仿真，它們的階躍響應(yīng)曲線如圖 69a）和圖 69b）所示。 階躍最大動(dòng)態(tài)降落： ???C 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： stp ? 同理由圖 69b）也可得到階躍擾動(dòng)響應(yīng)性能指標(biāo)有： 最 大動(dòng)態(tài)降落： 24max ???C 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： stp ? 由上面的仿真圖可以看出 它的抗擾性能有如下幾點(diǎn)： 1）由于負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。負(fù)載擾動(dòng)可以通過(guò)轉(zhuǎn)速反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，抗擾性能大有改善。 2）同樣由上圖也可以看出系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓的大幅度突變也有良好的抗擾能力。 3）從圖中還可以看出，當(dāng)擾動(dòng)作用發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)在 內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定，可見它的響應(yīng)速度也是非?？斓?，同樣，這也是我們?cè)O(shè) 計(jì)此系統(tǒng)的原因之一。 3．轉(zhuǎn)速環(huán)頻域分析 28 圖 610 轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖 得出電流環(huán)的 頻域性能指標(biāo)： 幅 值裕度： Gm =； 相角裕度： Pm = ； 幅值穿越頻率： Wcp = 1?s ； 剪切頻率： Wcg = 1?s 。 實(shí)際工程上，一般要求 幅 值裕度 dBGm 6? ，相角裕度 deg40?mP 。可見轉(zhuǎn)速環(huán)有足夠的穩(wěn)定裕量，其 頻域性 能是很好的。 4． 起動(dòng)過(guò)程電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出仿真分析 圖 612 是模擬電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程轉(zhuǎn)速 的仿真曲線。在圖中我們可以看到，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速逐漸增加，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間轉(zhuǎn)速基本達(dá)到穩(wěn)定。由此可見，它與我們前面第三章所敘述的起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速波形基本上是一致的，仿真結(jié)果與理論分析較為吻合。 結(jié) 論 隨著近代電力電了技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正向著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的方向邁進(jìn) ， 以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。 本文設(shè)計(jì)的是轉(zhuǎn)速﹑電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中， 使我對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成、數(shù)學(xué)模型、靜特性和動(dòng)態(tài)性能有了總體的認(rèn)識(shí)，并對(duì)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法有了本質(zhì)上的把握，從而才具備了清晰的設(shè)計(jì)思路來(lái)完成本次設(shè)計(jì)。對(duì)工程設(shè)計(jì)方法有了一定的了解后，結(jié)合教材所學(xué)內(nèi)容，就可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇。在對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)作了相應(yīng)的簡(jiǎn)化后，依據(jù)設(shè)計(jì)所需要的靜特性與動(dòng)態(tài)性能確定系統(tǒng)的型別及選用的調(diào)節(jié)器類型。 該系統(tǒng)是在單閉環(huán)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)后完成的，通過(guò)對(duì) 電力拖動(dòng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，我們了解到了單閉環(huán)系統(tǒng)在運(yùn)用中存在 一些缺點(diǎn)和不足，為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，我們引入了 轉(zhuǎn)速﹑電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，它是通過(guò)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋兩個(gè)環(huán)節(jié)分別起作用來(lái)設(shè)計(jì)的。進(jìn)而達(dá)到我們所期望的效果。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我具有了通過(guò)運(yùn)用理論上所掌握的知識(shí)來(lái)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn) 29 題、解決問(wèn)題的能力，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我又一次重新學(xué)習(xí)了 MATLAB 及系統(tǒng)的控制仿真，使我對(duì) MATLAB 有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)。同時(shí)也對(duì)比例積分調(diào)節(jié)器的功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益非淺，這對(duì)我今后會(huì)有很大的幫助。 謝 辭 本文是在張嘉英老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個(gè)課題研 究過(guò)程中，張老師給予我耐心、細(xì)致的指導(dǎo)，每一次我遇到不會(huì)的問(wèn)題張老師都及時(shí)的幫我解決，在設(shè)計(jì)此文的過(guò)程中，張老師幫助我解決了很多實(shí)際問(wèn)題。她那扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的工作作風(fēng)和平易近人的長(zhǎng)者風(fēng)范，不僅使我的專業(yè)知識(shí)得到提高，也將影響我今后的工作和生活，督促我不斷進(jìn)步，使我終生受益。值此論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的張老師表示我最誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意 ! 在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的過(guò)程中，也得到了其他同學(xué)的耐心指導(dǎo)和悉心幫助，還對(duì)本文提出很多寶貴意見。在此表示由衷的謝意 !感謝她們對(duì)我的幫助。課題設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題是在和她們進(jìn)行討論之后得到了啟發(fā)。這才使我能夠順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 最后，還要特別感謝我的父母和我的朋友們，在近二十年的求學(xué)生涯中，家人和朋友們給予了我無(wú)微不至的關(guān)心和全力支持，我的成長(zhǎng)凝聚了他們的心血和汗水。