【正文】 低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開關(guān)次數(shù)和開關(guān)損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能會(huì)略有降低[4，8]。第四章 直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立 數(shù)學(xué)模型的建立建立電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法的要點(diǎn)是：首先列寫出電動(dòng)機(jī)主電路電壓平衡方程式，軸上力矩平衡方程式和勵(lì)磁電路電壓平衡方程式等基本關(guān)系式，加以整理，然后進(jìn)行拉普拉斯變換，根據(jù)此變換，即可求出電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)的表達(dá)式[1，10]。圖4—1上圖為一他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路，其中： E分別為電動(dòng)機(jī)電樞端電壓和反電勢(shì)； 電動(dòng)機(jī)電樞電流和勵(lì)磁電流； 電樞電路電阻和電感； 勵(lì)磁電路電阻和電感；電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓；ω電動(dòng)機(jī)的角速度；J電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩。 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換由上圖可寫出下列基本關(guān)系式： E= (1+) =JSω = E= Te=其中: 為電樞電路時(shí)間常數(shù)； 為勵(lì)磁電路時(shí)間常數(shù)；p為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；M為勵(lì)磁繞組和電樞繞組的互感； 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖將S=d/dt看作算子，則上述諸式也就是它們的拉氏變換。所以由上式可畫出直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。如圖4—2所示。圖4—2如果將討論的問題限制在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的小偏差情況，經(jīng)過化簡(jiǎn)，可得此時(shí)系統(tǒng)的增量方程為： 為簡(jiǎn)化起見，式中表示增量的下標(biāo)1已刪去。由諸式可畫出直流電動(dòng)機(jī)在獨(dú)立電樞電壓和磁場(chǎng)控制下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖431) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定時(shí)，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為下圖形式：其傳遞函數(shù)為： 或?qū)懗桑?式中: 固有振蕩頻率 ζ=衰減系數(shù)或阻尼比 = = == C電勢(shì)系數(shù)或轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)械時(shí)間常數(shù)當(dāng)ζ〈1時(shí)，輸出響應(yīng)是振蕩的；當(dāng)ζ≥1時(shí)，輸出響應(yīng)是非振蕩的；當(dāng)ζ2,即Tm4Ta時(shí)，傳遞函數(shù)可寫成如下形式： 次式表明，在外施階躍電壓作用下，首先產(chǎn)生由于時(shí)間常數(shù)而滯后的電樞電流，然后下一步輸出因滯后的響應(yīng)速度。2) 略去電樞電感，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為：其傳遞函數(shù)為： 其中： 3) 當(dāng)負(fù)載中含有隨轉(zhuǎn)速成比例變化的粘性摩擦負(fù)載，即時(shí)，結(jié)構(gòu)圖如下：其中轉(zhuǎn)矩系數(shù)4) 忽略電樞電感但需要計(jì)入粘性摩擦負(fù)載時(shí)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：由上圖可得直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)： 以上四種的討論都是就恒定磁場(chǎng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)而言，而永磁直流電動(dòng)機(jī)只不過是用永久磁鐵代替了恒定他勵(lì)電動(dòng)機(jī)達(dá)到勵(lì)磁繞組，故兩者具有相同的等效電路，如下圖：當(dāng)永磁電動(dòng)機(jī)用于伺服系統(tǒng)時(shí)，常常要考慮帶有粘性負(fù)載的情況。此時(shí)，用下列諸式描述起其動(dòng)態(tài)過程：①②③由①、②可得： ④令為電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)械時(shí)間常數(shù)， 為電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)，由③、④式可得：⑤式④、⑤分別是以電樞電流和電樞電壓為輸入，以角速度ω為輸出時(shí)，永磁電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，這兩種表達(dá)式可根據(jù)組成控制系統(tǒng)時(shí)的具體情況來選用，通常把永磁直流電動(dòng)機(jī)作為電流變換裝置，選取式④較好，因?yàn)橄鄬?duì)于式⑤，式④只有一個(gè)極點(diǎn)。 顯然，若忽略不計(jì)粘性摩擦負(fù)載，則KL=0，此時(shí)，永磁電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)式⑤與前描述式 相同，若電樞電感也可忽略不計(jì)，則式⑤與前述式 相同。 本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)部分的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算已知：電動(dòng)機(jī)部分[9，10]：電動(dòng)機(jī)電樞端電壓 =220V，電動(dòng)機(jī)的電樞電流 =，電樞電路電阻 =，轉(zhuǎn)速n=1600r/min,額定功率=185w，電樞電路電感=，極對(duì)數(shù)p=2，電磁轉(zhuǎn)矩M=,角速度ω=1600*2π/60=,頻率W=50HZ； 勵(lì)磁部分：勵(lì)磁電壓=220V，勵(lì)磁電流=,勵(lì)磁電路電阻=,勵(lì)磁電路電感=。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=*m。經(jīng)計(jì)算：= =所以得出結(jié)論：電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定時(shí)，= (2) 略去電樞電感時(shí)， =（4）忽略電樞電感但需要計(jì)入粘性摩擦負(fù)載時(shí) =其中，是由負(fù)載決定的。第五章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 MATLAB簡(jiǎn)介 系統(tǒng)仿真和調(diào)試在設(shè)計(jì)電路時(shí),要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路的性能進(jìn)行預(yù)計(jì)、判斷和校驗(yàn)。過去常用數(shù)學(xué)和物理這兩種方法,它們對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)模較小的一般電路是可行的。隨著大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展,電路品種日新月異,規(guī)模越來越大,同時(shí)對(duì)電路的可靠性、性價(jià)比也越來越高,原來的方法已完全不能適應(yīng)電路的要求?？刂葡到y(tǒng)的計(jì)算機(jī)法仿真是一門涉及到控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性新興學(xué)科。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。系統(tǒng)仿真就是用模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究，而計(jì)算機(jī)仿真能夠?yàn)楦鞣N試驗(yàn)提供方便、靈活可靠的數(shù)學(xué)模型。目前應(yīng)用的比較多的是MATLAB ,它包含了強(qiáng)大的仿真器和仿真庫。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，從元件庫中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵(lì)源,然后單擊仿真按鈕即可自動(dòng)開始,可以同時(shí)觀察復(fù)雜的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)波形,以及得到電路性能的全部波形[6，8]。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖：說明：在SIMULINK中，PWM為一個(gè)完整模塊。 圖5—1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖仿真結(jié)果如下：用繪圖命令plot(tout , yout) 在MATLAB 命令窗口里繪制圖形，觀察仿真輸出，如下圖所示：仿真結(jié)果說明：轉(zhuǎn)速和電流滿足設(shè)計(jì)所需的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。結(jié) 論通過這次設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體的說，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來的發(fā)展動(dòng)態(tài)；第二，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性；第三，ASR、ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算；第四，直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立，參數(shù)的計(jì)算；第六，PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形；第七，運(yùn)用MATLAB仿真系統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了MATLAB的相關(guān)功能，掌握了其使用方法。總之，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識(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。論文的主要工作如下。1. 掌握電機(jī)傳動(dòng)的工作原理及應(yīng)用。2. 設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)。包括：可控硅整流電路，觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。3. 建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算其參數(shù)。4. 進(jìn)行數(shù)字仿真，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)。5. 完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。致 謝感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師麻鴻儒老師以及在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我較大幫助的輔導(dǎo)老師，沒有他們的幫助，我是無法順利的完成這次設(shè)計(jì)的，再次向輔導(dǎo)老師表示感謝。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校期間最后一個(gè)重要的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生全面運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)基本技能，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的綜合訓(xùn)練。正是有了這次設(shè)計(jì)，讓我在大學(xué)四年的最后一個(gè)學(xué)期過的豐富而又充實(shí)，我應(yīng)該拿出作畢業(yè)設(shè)計(jì)的這份精神和態(tài)度去面對(duì)以后工作中所面臨的難題，為以后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參 考 文 獻(xiàn)[1]，2002[2] 2003[3]章燕申,[4]王兆安,，2002[5]張柳芳,. 新探平頂山師專,[6],2003.[7]王果,[8]徐月華,[9]麻鴻儒,刑大成,譚敦生,[10]馬葆慶,[11]—,2003[12],1998[13]WANG Weihong,ZHANG Jinggan The Application of MATLAB Language in Teaching theDoubleclosedloop Timing System JOURNAL OF EEE 2003,25(3)[14],“Current control techniques for threephase voltagesource PWM converters:A Survey,”IEEE Industrial Electronics, 1998，45（5）691703附 錄表一 各種整流電路是失控時(shí)間（f=50HZ）整流電路形式最大失控時(shí)間Tsmax/ms平均失控時(shí)間Ts/ms單相半波20 10單相橋式（全波） 10 5三相半波 三相橋式 表二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系（KT=）表三 典