【導(dǎo)讀】直流調(diào)速系統(tǒng)的在工業(yè)中的應(yīng)用很廣泛，也是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對控制部分展開研究。分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)結(jié)構(gòu)，建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的。比例積分調(diào)節(jié)器，并設(shè)計了電流和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)。對經(jīng)典雙閉環(huán)系統(tǒng)進行分析的。了仿真，通過比較說明了直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。

　　

【正文】 型系統(tǒng) — 選用設(shè)計 PI 調(diào)節(jié)器。典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標見附錄表 34。 3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù) xxx 學(xué)士學(xué)位論文 24 按照隨和抗擾性能都好的原則，取 h=5（見附錄表 34） sshTn ????? (338) 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益： 222222 601 62 1 ?? ??????? ssThhKnN (339) ASR 的比例系數(shù)： = ????? ??? (340) （ 4）近似校驗 轉(zhuǎn)速截止頻率為： 111 ?? ????? ssKK nNN ??? (341) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： iI ssTK ???? ??? 11 (342) 滿足簡化條件 （ 5）檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當 h=5 時，由附錄表 34 查得， % ?? ，不符合線性系統(tǒng)的前提，不能滿足要求。應(yīng)按 ASR 退飽和的情況計算超調(diào)量。 （ 6）按 ASR 退飽和的情況計算超調(diào)量 : 由以下公式計算： σ n=2(bCCmax? )( z?? ) ?n CRIedNmnTT? (343) 式中 z 為負載系數(shù)， z=dNdLII (344) 空載啟動時 z=0，通過計算得 %,%m ax ?? bCC (345) σ n=%10%,滿足設(shè)計要求。 nmen 2 )1(??? RTh TChK ? ?第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 25 第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 為了在研究中去獲得合適的參數(shù)．本文用目前流行的 MATLAB 軟件 [10,16]對控制系統(tǒng)進行了仿真 []。仿真是在理想的情況下進行的，獲得結(jié)果對研究分析系統(tǒng)可以得到相當好的幫助。 在仿真模型的建立過程中，控制部分中的 SIMULINK 模塊參數(shù)的設(shè)置比較困難，也很關(guān)鍵．為了獲得比較好的仿真效果，為現(xiàn)實系統(tǒng) 的實現(xiàn)提供設(shè)計依據(jù)，需要在仿真過程中不斷調(diào)整參數(shù)，直到獲得滿意的效果。 系統(tǒng)的仿真分為三個步驟，分別是：建模、設(shè)置參數(shù)、仿真及仿真結(jié)果分析。在建模的時候，首先要分析系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)的每個細節(jié)， SIMULINK 模塊箱中找到合適的模塊：然后進行參數(shù)設(shè)置，本設(shè)計中，已經(jīng)進行了設(shè)計舉例，可以根據(jù)設(shè)計舉例建模。不斷調(diào)整控制部分的參數(shù)，得到不同的仿真結(jié)構(gòu)。 電流環(huán)系統(tǒng)仿真 電流環(huán)仿真模型 下面就 節(jié)設(shè)計舉例，建立電流環(huán)仿真模型如下圖 41 所示。 圖 41 電流環(huán)仿真模型 飽和上限設(shè)置 Saturation 模塊飽和上限設(shè)置對話框如下圖 42 所示。 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 42 Saturation 模塊飽和上限設(shè)置對話框 仿真結(jié)果 PI 參數(shù)是根據(jù)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計舉例計算的結(jié)果設(shè)定 KT= 時電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖 43 所示 圖 43 電流環(huán)仿真結(jié)果 KT= 時 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 27 電流環(huán)無超調(diào)仿真結(jié)果如下圖 44 所示。 圖 44 無超調(diào)的仿真結(jié)果 KT= 時 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 電流環(huán)超調(diào)量較大的仿真結(jié)果如下圖 45 所示。 圖 45 超調(diào)量較大的仿真結(jié)果 ? ?xxx 學(xué)士學(xué)位論文 28 仿真結(jié)果分析 由圖 43 可以看到系統(tǒng)的階躍響應(yīng)過程 ,圖 22 典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標都可以在仿真記過中看到。 由圖 44 可以看到，當 KT 參數(shù)為 時，電流無超調(diào)量，上升時間較長。 由圖 45 可以看到，當 KT 參數(shù)為 時，電流超調(diào)量大，上升時間較短。 比較三個圖可以發(fā)現(xiàn)，在 直流電動機的恒流升速階段，電流值低于 NI? =200A，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動機反電動勢的擾動。 轉(zhuǎn)速環(huán)系統(tǒng)仿真 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型 下面就 節(jié)轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計舉例，建立轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型如下圖 46 所示。 圖 46 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型 第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 29 圖 47 Integrator 模塊參數(shù)設(shè)置 設(shè)置輸入量個數(shù) Signal Routing 組中選用 Mux 模塊來把幾個輸入聚合成一個向量輸出給 Scope，如圖下 47 所示。 圖 47 聚合模塊對話框 仿真結(jié)果 節(jié)轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計舉例 ASR 調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 30 輸入模塊階躍值設(shè)置為 10 時的系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖 48 所示。 圖 48 轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動波形圖 負載電流設(shè)置為 137 時仿真結(jié)果如下圖 49 所示。 圖 49 轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動波形圖 如果在負載電流 IdL(s)的輸入端加上負載電流，利用轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型同樣可以對轉(zhuǎn) ?第四章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 31 速環(huán)抗擾過程進行仿真?？蛰d運行過程中受到了額定電流擾動時的轉(zhuǎn)速與電流仿真結(jié)果圖下圖 410 所示。 圖 410 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖 仿真結(jié)果分析 由圖 48 仿真結(jié)果可以看到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)過了不飽和、飽和、退飽和三個階段，最終穩(wěn)定在給定的轉(zhuǎn)速不變。 由圖 49 可以看出：當把負載電流設(shè)置為 137 時，電機滿載啟動，此時啟動時間較長，退飽和超調(diào)量減少。 由圖 410 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾波形圖可以獲知：當在負載電流 Idl（ s）的輸入端加上負載電流時直流電機空載運行受到額定電流擾動時特性。 通過三個圖很好的說明了電機的運行特性。 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 32 Equation Chapter (Next) Section 1 第五章 總結(jié) 33 第五章 總結(jié) 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)， 采用轉(zhuǎn)速 、 電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調(diào)速特性 。轉(zhuǎn)速、電流雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點和設(shè)計方法是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；從起動和抗擾兩個方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個調(diào)節(jié)器的作用；應(yīng)用工程設(shè)計方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題，等等。 通過對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，能更好的掌握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對其各種性能加深了解的同時，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過對該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場合，提高控制精度和效率。 Equation Chapter (Next) Section 1 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 34 致 謝 首先要感謝我的指導(dǎo)老師 —黃烜老師。在他的悉心指導(dǎo)下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計。他從最初就為我們制定了周密科學(xué)的工作任務(wù)安排，每次都很認真 的查看我們的工作進度安排完成情況，對于我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。 我還要感謝同組的其他同學(xué)，跟他們一起討論相關(guān)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(xué)間的互相幫助和友誼。這也是我順利完成畢業(yè)設(shè)計的一大動力。 還有許多在論文完成過程中給予我?guī)椭娜?，在此不一一列舉了，一并表示最衷心的感謝。 參考文獻 35 參考文獻 [1] 陳 伯時．電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]．第 3版，機械工業(yè)出版社， 2020． 7 [2] 劉金琨．先進 PID控制 MATLAB仿真 [M]．第 2版電子工業(yè)出版社， 2020． 9 [3] 樊立萍．袁德成．林偉．直流調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)自適應(yīng)控制 [J]．沈陽化工學(xué)院學(xué)報， 2020年 9月，第 14卷，第 3期： 222— 227 [4] 近代電機調(diào)速技術(shù) [G].上海寶鋼集團教育培訓(xùn)中心， 2020 [5] 顧繩谷 .電機與拖動基礎(chǔ) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [6] 吳麒 .自動控制原理 [M].北京：清華大學(xué)出版社， 1992 [7] 阮毅，陳伯時 .電力傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律 [J].電 氣傳動， 1999（ 1） [8] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生．新型 PID控制及其應(yīng)用 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 1998 [9] 王亞剛，劭惠鶴．一種基于靈敏度的自整定最優(yōu) PID控制器 [J]．自動化學(xué)報 [10] 鄭阿奇 .MATLAB實用教程 [M]．電子工業(yè)出版社， 2020， 5 [11] 何永勃．雙環(huán)直流凋速的控制算法研究 [J]．電氣傳動， 1998年第 4期： 28—30 [12] 盛昭瀚，馬軍海著．非線性系統(tǒng)分析引論 [M]，科學(xué)出版社， 2020 [13] 杜坤梅，李鐵才編著．電機控制技術(shù) [M]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 [14] 張世銘，王振和．直流調(diào)速系統(tǒng) [M]．華中理工大學(xué) [15] 阮 毅，陳維鈞．運動控制系統(tǒng) [M]. 清華大學(xué)出版社， 2020 [16] 周淵深．交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB仿真 [M].北京：中國電力出版社， 2020 [17] 陳伯時．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計（講座） [J].冶金自動化 .1983（ 1） [18] 陳國呈編著 .PWM變頻調(diào)速及軟件開關(guān)電力交換技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [19] 王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù) [M].4版 .北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [20] LoernzE N ， Deterministi onperiodicflow[J].， 1963 [21] Michaca． Sartori and Panos[J].Antsakl iS Implemention of Learning Control SyStem Using， 1985 xxx 學(xué)士學(xué)位論文 36 附 錄 表 31 晶閘管整流器的失控時間（ f=50Hz） 整流電路形式 最大失控時間msTs /max 平均失控時間msTs/ 單相半波 20 10 單 相橋式（全波） 10 5 三相半波 三相橋式 表 32 典型 I 型系統(tǒng)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系 KT 阻尼比 ζ 超調(diào)量 σ 0% % % % % 上升時間 rt ∞ 峰值時間 pt ∞ 相角穩(wěn)定裕度 ? ? ? ? ? 截止頻率 c? 附 錄 37 表 33 典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān) 系 (擾動作用下典型 Ι 系統(tǒng)，已選定的參數(shù)關(guān)系 KT=) 221 TTTTm ?? 51 101 201 %100max ?? bCC % % % Ttm/ Ttv/ 221 TTTTm ?? 51 101 201 %100max ?? bCC % % % 表 34 典型 II 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標 （按 Mrmin 準則確定關(guān)系時） h 3 4 5 6 7 8 9 10 σ 5% 4% 3% 3% 2% 2% 2% 2% Ttr 2.4 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35 Tts 1 1 9.55 1 1 1 1 1 k 3 2 2 1 1 1 1 1