【正文】 電動(dòng)機(jī)imU仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，輸出電壓 和主電流 也因而下降。但是，由于 仍大于負(fù)載電流 ，*iUdI dIdLI轉(zhuǎn)速將在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)上升。直到 = 時(shí)，轉(zhuǎn)矩 = ，則 dn/dt=0，轉(zhuǎn)速 n 才能到達(dá)LeTL峰值。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng),電流出現(xiàn)一段小于 的過(guò)程,直到dLI穩(wěn)定。圖 47 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的三個(gè)特點(diǎn)：1．飽和非線(xiàn)性控制：當(dāng) ASR 飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR 不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。222．準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制：在恒流升速階段，系統(tǒng)電流為允許最大值，并保持恒定，使系統(tǒng)最快起動(dòng)，即在電流受限制條件下使系統(tǒng)最短時(shí)間內(nèi)起動(dòng)。3．轉(zhuǎn)速超調(diào)：采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對(duì)于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來(lái)抑制超調(diào)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 47 所示：47 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及要求參數(shù)含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)器如圖 48 所示：48 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器 本文研究的對(duì)象為電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，23系統(tǒng)參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)： ； ； ； ；允許VUN20?AIN136rpmnN1460?rpmvCe/?過(guò)載倍數(shù)： ；三相橋式整流裝置放大倍數(shù)： ；電樞回路總電阻： ? sK；轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)： ，電磁時(shí)間常數(shù)： ；???. Tl7.電流反饋系數(shù)： ；.*???noiIU??轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 。*nom?設(shè)計(jì)要求：（1）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差；（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 ，啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)%5?i?速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 ；%10?n? 電流環(huán)的設(shè)計(jì) 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 49 所示：49 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器1）三相橋式電路的平均失控時(shí)間為 。?2）電流濾波時(shí)間常數(shù)本設(shè)計(jì)初始條件已給出，即 。?3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 。.3isoi??2，選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求： ，且 ，可按典型Ⅰ型設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)%5?i?./6./ ????ilT器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的,把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成 PI 型, 其傳遞函數(shù)為241()iACRsWK???3，選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)： ； 電流開(kāi)環(huán)增益：因要求 ，故取sTli076.?? %5?i?，因此 ，??iITK 135/5./.0??iIK13/siIiR??4，校驗(yàn)近似條件。電流環(huán)截止頻率 1.??sKIci? 1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿(mǎn)足： ，3cisT??因?yàn)? ，所以滿(mǎn)足近似條件。 sT???ci 2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件是否滿(mǎn)足： ，lmciT13??現(xiàn)在 = ，滿(mǎn)足近似條件。lmT13?ci? 3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿(mǎn)足條件： ，13cisoiT??現(xiàn)在 ,滿(mǎn)足近似條件。 sT????ci按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。 速度環(huán)的設(shè)計(jì)1：確定時(shí)間常數(shù)。 （1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 ；（2）??根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 ；（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)onT son1. nT?近似處理，取 。???2：確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)25按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。3：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用比例積分調(diào)節(jié)器（PI）,其傳遞函數(shù)為：。sKsWnASR?1)(??4：選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按照跟隨和抗擾性能都較好的原則取 h=5，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益為shTn087.??? ????sThKnN所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為 )(????nmenRhC???5：校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 ??snN? 1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件是否滿(mǎn)足 ，由于 ，滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件；icT??i????.4 2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿(mǎn)足條件： ，ion?2/13由于 ，滿(mǎn)足近似條件。ionT????第五章 基于 Matlab/Simulink 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) Matlab/Simulink 簡(jiǎn)單介紹利用 MATLAB 下的 SIMULINK 軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(kù) (SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿26真是十分簡(jiǎn)單和直觀的，用戶(hù)可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過(guò)SIMULINK 環(huán)境中的菜單直接啟動(dòng)系統(tǒng)的仿真過(guò)程，同時(shí)將結(jié)果在示波器上顯示出來(lái)。掌握了強(qiáng)大的 SIMULINK 工具后，會(huì)大大增強(qiáng)用戶(hù)系統(tǒng)仿真的能力。利用 SIMULINK 軟件仿真對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)進(jìn)行更為方便的調(diào)整，可以更為直觀的得到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，從而加深對(duì)工程設(shè)計(jì)方法的理解使用 MATLAB 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。下面就使用 Power System 工具箱進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置采用 Power System 模型組裝成的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖 51 所示。模型有晶閘管 直流電動(dòng)機(jī)組成的主電路和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器組成的控制電路兩部分組成。其中主電路部分，主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、移相控制環(huán)節(jié)和直流電動(dòng)機(jī)等部分組成?？刂苹芈返闹黝}是轉(zhuǎn)速和回路兩個(gè)調(diào)節(jié)器，以及反饋濾波環(huán)節(jié)，講兩部分拼接起來(lái)及組成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。參數(shù)設(shè)置；； ； ； ； ； ；VUN20?AIN136rpmvCe/???????； ； ； ； ； ；.?7.?? sTi074； ； ；hn8.??sTi?27圖 51 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)控系統(tǒng)仿真模型28 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)始進(jìn)行仿真。 a) b)圖 52 晶閘管 電機(jī)模型雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果a)轉(zhuǎn)速響應(yīng) b)電流響應(yīng)下面分析一下仿真結(jié)果：?jiǎn)?dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線(xiàn)形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線(xiàn)性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。如圖 52，在 啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，電樞電流下降到零，轉(zhuǎn)速上升到最高且已經(jīng)超調(diào)，電流給定“—”，本系統(tǒng)為不可逆系統(tǒng)，晶閘管整流裝置不能產(chǎn)生反向電流，這時(shí)電樞電流為零，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也為零，沒(méi)有反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有因?yàn)槭抢硐肟蛰d啟動(dòng)狀態(tài)，所以電動(dòng)機(jī)保持在最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)， 后加上負(fù)載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降， ASR 開(kāi)始推出飽和，電流環(huán)發(fā)揮作用，是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速上。在 是突然加 1/2 額定負(fù)載后電動(dòng)機(jī)電流上升轉(zhuǎn)速下降，經(jīng)過(guò) 左右時(shí)間的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速恢復(fù)到給定值。29結(jié) 論通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流晶閘管調(diào)控系統(tǒng)以及雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析。晶閘管 電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿(mǎn)足對(duì)穩(wěn)定性要求好。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。系統(tǒng)中采用比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)時(shí)是有差系統(tǒng)，采用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)是無(wú)差系統(tǒng)。用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題，就需采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。所以雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。本文對(duì)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)在開(kāi)環(huán)控制和單閉環(huán)控制的分析，以及雙閉環(huán)控制，進(jìn)行了深入的分析研究，并用計(jì)算機(jī)仿真工具 MATLAB 的 Simulink 工具箱，建立了雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真模型。由仿真計(jì)算結(jié)果表明，利用 MATLAB 的 Simulink 對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),可以迅速直觀地分析出系統(tǒng)的跟隨性能、抗擾性能及穩(wěn)定性，使得對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)及校正變得更簡(jiǎn)單方便，大大縮短了系統(tǒng)的調(diào)試周期，提高了開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的效率。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的研究，MATLAB 的 Simulink 確實(shí)是個(gè)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、快速、高效的工具。總之，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過(guò)的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解決新問(wèn)題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺。30參考文獻(xiàn)[1] 王建輝．自動(dòng)控制原理．清華大學(xué)出版社，2022[2] 陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社，2022[3] 洪乃剛．電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社，2022[4] 顧繩谷．電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)．機(jī)械工業(yè)出版社，2022[5] 葉 斌．電力電子應(yīng)用技術(shù)．清華大學(xué)出版社，2022[6] 李傳琦．電力電子技術(shù)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)．電子工業(yè)出版社，2022[7] 林 飛．電力電子應(yīng)用技術(shù)的 MATLAB 仿真．中國(guó)電力出版社， 2022[8] 劉 松．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)．清華大學(xué)出版社，2022[9] 黃忠霖．電力電子技術(shù)的 MATLAB 實(shí)踐．國(guó)防工業(yè)出版社， 2022[10] 李友善．自動(dòng)控制原理．國(guó)防工業(yè)出版社，1999[11] 洪乃剛．電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社，2022[12] 沈 輝．精通 Simulink 系統(tǒng)仿真與控制．北京大學(xué)出版社，2022[13] 張德豐． MATLAB Simulink 建模與仿真．電子工業(yè)出版社，2022[14] 李先允．自動(dòng)控制系統(tǒng)．高等教育出版社，2022[15] 魏克新． MATLAB 語(yǔ)言自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)．機(jī)械工業(yè)出版社， 202231致 謝在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了許多的問(wèn)題和難點(diǎn)，但在老師和同學(xué)的幫助下，特別是在指導(dǎo)教師夏小虎的幫助和鼓勵(lì)下，所有困難都得到了解決，使我能夠圓滿(mǎn)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在此感謝所有對(duì)我進(jìn)行幫助的老師和同學(xué)，特別感謝夏小虎老師，是在他的幫助我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以完成的。在合肥學(xué)院學(xué)習(xí)生活的四年里，各位任課老師深厚廣博的學(xué)識(shí)使我增長(zhǎng)了知識(shí)，開(kāi)拓了視野。除此之外，輔導(dǎo)員老師的諄諄教誨使我從初來(lái)的青澀漸漸走向了成熟，不再盲目的憧憬未來(lái)，而知道要踏實(shí)穩(wěn)重的走好今后人生的每一段路。四年來(lái)，我收獲的不僅僅是專(zhuān)業(yè)知識(shí)，也不僅僅是做人道理，更多的還有對(duì)待種種困難的堅(jiān)強(qiáng)的心態(tài)，我會(huì)把這些都當(dāng)作人生道路中難得的財(cái)富，因?yàn)樗鼈儠?huì)激勵(lì)自己不斷的前進(jìn)，使自己更加堅(jiān)強(qiáng)，同時(shí)對(duì)生活賦予新的意義。在本論文寫(xiě)作過(guò)程中，查閱和參考了眾多文獻(xiàn)資料，得到了許多教益和啟發(fā)，在此向參考文獻(xiàn)的作者致以誠(chéng)摯的謝意。最后，再次向幫助我的所有老師表示感謝。同時(shí)，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審，并參與本文答辯相關(guān)老師表示衷心地感謝。 楊 先2022 年 6 月 合肥學(xué)院32主電路圖電路