【正文】 Con=4Ton/R0=4* (332)在工程實際中Rn取840KΩ. 轉(zhuǎn)速環(huán)的性能指標 轉(zhuǎn)速環(huán)的跟隨性能指標= 因為 (333)得% =%顯然,%不滿足設計要求，事實上，當突加給定或大幅度升降或制動時，ST處于飽和限幅狀態(tài)，系統(tǒng)的超調(diào)實際上是退飽和超調(diào)。而上述計算的%=%卻是ASR處于線性狀態(tài)下的超調(diào)[6]。由任務書可知，該直流電機的起動方式為空載起動到額定轉(zhuǎn)速，此時分析典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標的的基準值： （334）當h=5時，查典型Ⅱ型抗擾性能指標表得所以，有 （335）滿足設計要求。 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指標（1）突加負載的動態(tài)速降指標：，有，所以 （336）因此 （337）滿足設計要求。（2）恢復時間指標：根據(jù)“典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾性能指標與參數(shù)關系”表，當h=5時，而所以，滿足設計要求。 系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標 近似的PI調(diào)節(jié)器嚴格來說，“無靜差”只是理論上的，因為積分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時電容兩端的電壓不變，相當于開路，由于ST和LT都采用了PI調(diào)節(jié)器,可以認為其靜態(tài)放大倍數(shù)為無窮大,所以才能在輸入電壓△U=0時，使輸出電壓Uct成為任意所需值，因此,消除了穩(wěn)態(tài)誤差,但是也容易使運放產(chǎn)生“零漂”，引起系統(tǒng)的工作點移動。為了抑制“零漂”，往往采用近似的PI調(diào)節(jié)器，即在運放的輸出端和輸入端并聯(lián)一個較大的硬反饋電阻，把靜態(tài)放大倍數(shù)壓下來，同時又不影響動態(tài)放大倍數(shù)。這樣系統(tǒng)就成了有差系統(tǒng)，有必要對系統(tǒng)進行靜態(tài)綜合，以滿足靜態(tài)性能指標的要求。近似的PI調(diào)節(jié)器及對數(shù)幅頻特性如圖34所示： 圖34 近似調(diào)節(jié)器及對數(shù)幅頻特性a)近似調(diào)節(jié)器結(jié)構圖 b)近似調(diào)節(jié)器的對數(shù)幅頻特性在RC1兩端并接一個電阻R1/，其值一般為若干MΩ，這樣就形成了近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱“準PI調(diào)節(jié)器”。這時調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)更低于無窮大，為KP/=Ri//R0，系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 (338)式中KP/=Ri//R0，ρ=(R1+R’1)/R11,τ1=R1C1。靜態(tài)放大倍數(shù)KP/=Ri//R0，動態(tài)放大倍數(shù)KP=Ri/R0。 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構圖如圖35所示:圖3－5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構圖其中 KN/=RN/R0—速度調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大倍數(shù) KI/=RI/R0—電流調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大倍數(shù) KS=△Ud/△UK=40 α=Ufn/n=Ugn/n= β=Ufi/Id=8/15=由圖3－5易得如下方程:△Un=Un*Un,Ui*=KN/△Un,△Ui=Ui*βId,Uct=KI/△Ui整理后能夠得到系統(tǒng)的靜特性方程為: (339)其中 K=KN/KI/KSα/Ce—系統(tǒng)的開環(huán)增益靜態(tài)速降為: (340)設計要求滿足的靜差率為s≤4%.調(diào)速范圍D,靜差率s與靜態(tài)速降△ned的關系為:△ned=neds/D(1s)即 △ned=1500*()= 為系統(tǒng)所能允許的靜態(tài)速降。一般情況下，總有βKI/KSR，K1則取KI/=100，有RI/=KI/R0=100*20=2MΩ 由(316)整理得: 帶入數(shù)據(jù)得KN/= 取KN/=170 ,所以Rn=Kn/R0=170*20=(MΩ)取KI/=100,則 檢驗: 顯然，滿足性能指標要求。 本章小結(jié)本章主要研究雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設計。其根本思想是把調(diào)節(jié)器設計成典型系統(tǒng)。具體即再先設計好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。對該調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標進行分析和校驗后，還須研究其靜態(tài)綜合，并對靜態(tài)性能指標加以改善。第4章 調(diào)速系統(tǒng)性能指標的數(shù)字仿真 基于工程設計法的數(shù)字仿真 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構圖在第4章基于工程設計方法中, 我們已經(jīng)設計出了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),并得到以下參數(shù)直流電動機：=220V = =1500r/min Ce=；電動機總飛輪矩：主回路總電阻：R= = = Tl= =,Tm=；反饋系數(shù)：α=應用MATLAB工具箱及其SIMULINK仿真工具，按其規(guī)則，可以非常方便的繪制出控制系統(tǒng)的SIMULINK動態(tài)結(jié)構圖以及各種仿真曲線。首先應對圖24所示系統(tǒng)建立相應的數(shù)學模型，其仿真結(jié)構圖如圖51所示。圖41 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)構圖必須指出，該動態(tài)結(jié)構圖及其仿真是在忽略系統(tǒng)主要部件的一些次要因素及將非線性特性視作線性的條件下做出的。例如，額定勵磁下的直流電動機忽略磁化曲線的非線性；忽略晶閘管觸發(fā)與整流裝置的非線性并將其滯后環(huán)節(jié)近似為慣性環(huán)節(jié)等。另外，為了和工程實際情況相一致，其中ASR與ACR的參數(shù)在理論設計的基礎上已作適當調(diào)整。在仿真結(jié)果中可以分別得到該系統(tǒng)ASR的輸出與電動機的轉(zhuǎn)速，ACR的輸出與電動機電流在啟動過程中的動態(tài)特性仿真結(jié)果。 時域分析在SIMULINK工具箱中點擊啟動鍵, scope中即可見時域響應圖.。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程如圖5－2所示圖4－2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程通過對仿真結(jié)果的分析，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程可概括為如下幾點:1) ASR從起動到穩(wěn)速運行的過程中經(jīng)歷了兩個狀態(tài)，及飽和限幅輸出與線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。2) ACR從啟動到穩(wěn)態(tài)運行的過程中只工作在一種狀態(tài)，即線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。3) 所設計系統(tǒng)的電動機起動特性已十分接近理想特性。所以，該系統(tǒng)設對于起動特性來說，已達到預期目的。4) 對于系統(tǒng)的性能指標來說，從仿真圖中的Scope2可知：%。h為5*7=35時, %。h為5*12=60時，%。顯然這一指標與理論最佳設計尚有一定差距，尤其是轉(zhuǎn)速的超調(diào)量略高一些。 存在問題分析 本章小結(jié)本章主要應用MATLAB軟件對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行時域及頻域的仿真實驗，分別得出了系統(tǒng)的起動過程時域響應圖，以及頻域的BODE圖。從仿真結(jié)果我們可以看到：仿真結(jié)果與理論設計具有一定的差距，比如1．電流動態(tài)響應的超調(diào)量σi%=%(%)；2．%(要求值為10%)；3． ASR與ACR的參數(shù)與理論設計值也有差距。 出現(xiàn)這些差距的原因是由于設計方法考慮了理論分析與設計的簡便性，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)做了一些簡化處理。這些近似問題在仿真中并沒有完全采用，而是從實際情況出發(fā)等效的,如ASR的輸出就引入了飽和非線性環(huán)節(jié)。正是由于理論分析的近似與仿真實驗的不完全近似才帶來的結(jié)果上的差距。結(jié) 論本設計――“雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設計” ，對于給定的DJDK－1型電力電子技術及電機控制實驗裝置，測定直流電動機的各項電氣參數(shù)和時間常數(shù)，并應用經(jīng)典控制理論的工程設計方法設計轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，最后應用MATLAB軟件對設計的系統(tǒng)進行仿真和校正以達到滿足控制指標的目的。對于給定直流拖動控制系統(tǒng)在經(jīng)典控制理論工程計算的基礎上，在完成參數(shù)測定后，應用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設計方法設計了主電路、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，并應用MATLAB語言中的SIMULINK工具箱對系統(tǒng)進行了仿真，看到了理論設計與仿真結(jié)果的差異，通過對仿真結(jié)果的分析，進一步了解了工程設計方法中的近似環(huán)節(jié)給系統(tǒng)帶來的影響，認識到了理論設計和工程計算的不同。仿真部分，運用了MATLAB語言，掌握了語言的基本操作，并著重學習了SIMULINK工具箱。運用SIMULINK工具箱對系統(tǒng)進行了仿真，得到了系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線及其它各種線性分析曲線。縱觀整個設計，經(jīng)典部分是已學過的知識，通過畢業(yè)設計深入理解了工程設計方法，擴展了知識面，各門課程綜合應用，收益頗多，使我對直流調(diào)速系統(tǒng)的控制有了更深的認識。但由于理論水平有限，仍有許多不足之處有待解決。致 謝首先要感謝我的指導老師—齊伯文老師。在他的悉心指導下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設計。他從最初就為我們制定了周密科學的工作任務安排，每次都很認真的查看我們的工作日志完成情況，對于我們的提問也總給予耐心的解答。這對于我的工作，既是鼓勵，又是鞭策。 我還要感謝同組的 和 同學，跟他們一起討論相關的課題，使我的思路得以極大的開闊，并能發(fā)現(xiàn)自己在某些內(nèi)容上的欠缺。另外，我也深深的感受到了同學間的互相幫助和友誼。這也是我順利完成畢業(yè)設計的一大動力。還有許多在論文完成過程中給予我?guī)椭娜耍诖瞬灰灰涣信e了，一并表示最衷心的感謝。參考文獻1 王華強. 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的工程設計方法的探討. 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