【導(dǎo)讀】行中受到擾動(dòng)而保持穩(wěn)速，獲得最小靜差有重大意義。動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。最后，用MATLAB仿真軟件搭建了仿真模型，對(duì)調(diào)速系。統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究。到，直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能，可以在給定調(diào)速范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無靜差平滑調(diào)速，這為直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。

　　

【正文】 nnN TCRKK ?? ?? （ 3—35） 則 ? ? ? ?? ?112 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 上述結(jié)果所需服從的近似條件歸納如下： iI TK?? 31? （ 3—36） onI TK31?? （ 3—37） (3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 nK 和 n? 。按照典型 II 型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式（ 3—10）有 nn hT??? （ 3—38） 再由式（ 3—13），有 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 222 1nN ThhK ??? （ 3—39） 因此 ? ?nmen RTh TChK??? ??2 1 （ 3—40） 至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定，無特殊要求時(shí)，一般以選擇 h=5 為好。 (4) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 36 所示，圖中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 *iU 。 balRUi*20R 20R20R20RCo nRnCn++Co nUn* n?? 圖 36 含給定濾波與反饋濾波的 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參 數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為 0RRK nn? （ 3—41） nnn CR?? （ 3—42） onon CRT 041? （ 3—43） 有上述可得出轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) ① 確定時(shí)間常數(shù) a 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 sT i ?? b 轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù) onT ： 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 onT = c 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) nT? ： sTTT onin ??? ?? ② 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求無靜差，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)要求，應(yīng)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速環(huán)。故 ASR 選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ? ssKsW nnnASR ?? 1?? ③ 選擇調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù) sshT nn 1 7 ???? ?? 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 22222 62 1 ??? ?????? ssThhKnN 于是， ASR 的比例 系數(shù)為 ? ? 1 ????? ??????? nmen RTh TChK ? ? ④ 校驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 111 ?? ????? ssKK nNN ??? a 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件 iI TK?? 31? ： iI ssTK ???? ??? 11 ，滿足近似條件； b 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 onI TK31?? ： onI ssTK ???? ?? 11 53131，滿足近似條件。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 ⑤ 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容值（取 ?? KR 400 ） ?????? KKRKR nn 4 6 ，取 470 ?K FFRC nnn ??? 63 ????? ，取 F? FFRTC onon ?? 1101040 630 ?????? ，取 1 F? ⑥ 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量： ? ?mnNNbn TTnnzCC ????????????? ?? ?? m a x2 當(dāng) h=5 時(shí) %%100m a x ???bCC 而 m i n/ i n/ rrC RIn edN ????? 因此， %10% % ???????n?，滿足設(shè)要求。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 MATLAB仿真 MATLAB語言 MATLAB 軟件是由美國(guó) NewMexico 大學(xué)的 C1eveMoler 博士于 1980 年開始開發(fā)的， 1984 年由 C1eveMOIer 等人創(chuàng)立的 Mathwork 公司正式推出了第一個(gè)商業(yè)版本。 MATLAB 是一套高性 能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。這使它成為國(guó)際控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的首選軟件工具?，F(xiàn)在 MATLAB 軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。在控制界，很多著名專家和學(xué)者為其擅長(zhǎng)的領(lǐng)域開發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。 MATLAB 語言有以下特點(diǎn)： ① 起點(diǎn)高。每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有 nm? 個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是 復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。 ② 人機(jī)界面適合科技人員。 MATLAB 的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員交流。 MATLAB 是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。 ③ 強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能。能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。 ④ 智能化程度高。繪 圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法；數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)，自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。 ⑤ 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。 MATLAB 軟件包括基本部分和專業(yè)部分。基本部分包括 :矩陣的各種運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的知識(shí)編寫出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。這些工具箱就是專業(yè)部分?，F(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等 20 多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù) 擴(kuò)展。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 MATLAB 語言集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視和程序設(shè)計(jì)于一體，并能用人們熟悉的符號(hào)表示出來，在工程計(jì)算方面具有不可比擬的優(yōu)越性，它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。因此， MATLAB 已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算應(yīng)用軟件之一。 (2) SIMULINK 仿真工具 SIMULINK 是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。SIMULINK 界面為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，用戶建模通過簡(jiǎn)單的單擊和拖動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來畫畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包相 比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 SIMULINK 允許用戶定制和創(chuàng)建自己的模塊。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型是分層的，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)來查看下一級(jí)中更加詳細(xì)的內(nèi)容。這種方法使得用戶可以深入地理解模型的組織結(jié)構(gòu)和各部分是如何相互作用的。由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的，因此用戶可以分別對(duì)系統(tǒng)中各組成部分和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析和修改。 SIMULINK 模塊庫(kù)內(nèi)資源相當(dāng)豐富，基本模塊庫(kù)包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)非線性系統(tǒng)、信號(hào)與函數(shù)、輸入模塊、接收模塊等等，使用方便。由基本 模塊又形成了其它的一些專用庫(kù)， MATLAB 中提到的工具箱，很多在 SIMULINK中都形成了專用模塊庫(kù)，仿真起來簡(jiǎn)單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)(Power System Blockset)，可以使直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真變得容易。 電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)以 SIMULINK 為運(yùn)算環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。運(yùn)行SIMULINK 以后，打開 Blocksetamp。Toolboxes，就能調(diào)出電氣系統(tǒng)模塊庫(kù) Powerlib。也可以在 MATLAB 的命令窗口直接鍵入 Powerlib。它由以下 6 個(gè)子模塊庫(kù)組成： ① 電源模塊庫(kù)：包括直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、可控電壓源和可控電流源等。 ② 基本元件模塊庫(kù)：包括串聯(lián) RCL 負(fù)載 /支路、并聯(lián) RCL 負(fù)載 /支路、線性變壓器、飽和變壓器、互感、斷路器、 N 相分布參數(shù)線路和浪涌放電等。 河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 33 ③ 電力電子模塊庫(kù)：包括二極管、晶閘管、 GTO， MOSFET， IGBT 和理想開關(guān)等。為滿足不同仿真目的的要求并捉高仿真速度，還有晶閘管簡(jiǎn)化模型。 ④ 電機(jī)模塊庫(kù)：包括勵(lì)磁裝置、水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及其簡(jiǎn)化模型和永磁同步電動(dòng)機(jī)等。 ⑤ 連接模塊庫(kù)：包括地、中性點(diǎn)和母線 (公共點(diǎn) )。 ⑥ 測(cè)量模塊庫(kù)：包括電流和電壓測(cè)量。 在 6 個(gè)基本模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫(kù)中去。實(shí)際上，附加模塊庫(kù) (Powerlib Extras)中的 “三相電氣系統(tǒng) ”就是用 6個(gè)基本子庫(kù)中的相關(guān)模塊構(gòu)造并封裝起來的?？梢杂?“Look Under Mask”命令打開其中的各模塊，查看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以了解構(gòu)造方法和規(guī)律。附加模塊庫(kù)中還包括：均方根測(cè)算、有功與無功功率測(cè)算、傅立葉分析、可編程定時(shí)器和同步觸發(fā)脈沖脈沖發(fā)生器等。 在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。啟動(dòng)仿真后， SIMULINK 通過鼠標(biāo)操作就可以實(shí)現(xiàn)在線修改參數(shù)、改變仿真算法、暫停 /繼續(xù)或停止仿真，不需其它復(fù)雜的操作。 對(duì)仿真結(jié)果的實(shí)時(shí)觀測(cè)和保存，可通過下面的方法來實(shí)現(xiàn)： ① 實(shí)時(shí)觀測(cè) 可以用 SIMULINK 中的顯示模塊對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀 測(cè)。 Scope 模塊相當(dāng)于示波器，用來觀測(cè)被測(cè)量的波形。 XYGraph 模塊相當(dāng)于示波器輸入 X,Y 變量時(shí)的顯示，它在仿真啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)生成。 Display 用來觀測(cè)變量的數(shù)值，對(duì)記錄數(shù)據(jù)有一定的作用。 ② 保存 SIMULINK 中用來保存數(shù)據(jù)的模塊有兩個(gè)，一是 ToFile，一是 ToWorkspace。前者將數(shù)據(jù)以一定的形式存儲(chǔ)到文件中，仿真結(jié)束后可以用 MATLAB 中的命令對(duì)其進(jìn)行計(jì)算或繪圖；后者將仿真結(jié)果送到工作空間，仿真結(jié)束后，在沒有關(guān)機(jī)之前，可以用命令對(duì)其進(jìn)行觀察或操作。 SIMULINK 不僅可以通過菜單進(jìn)行直接仿真，也可以在 MATLAB 命令窗口中以命令的方式對(duì)用 SIMULINK 組成的文件進(jìn)行仿真，同時(shí)可以在命令中選擇河南理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 34 參數(shù)和算法，這對(duì)用 MATLAB 語言編寫程序是很方便的。 上面簡(jiǎn)單介紹了 MATLAB 中 SIMULINK 仿真軟件的基本模塊?？梢钥闯觯瑢?duì)于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用 SIMULINK 實(shí)現(xiàn)仿真非常簡(jiǎn)單。它的內(nèi)部給用戶建好了同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步機(jī)的模型。在仿真過程中用戶只需直接把模型調(diào)到自己的仿真程序中即可。其它 的比如電力電子器件等模型也是系統(tǒng)內(nèi)建的模型，用起來都是很方便的。 雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真 為了使雙閉調(diào)速環(huán)系統(tǒng)的研究更有意義，為此先做一個(gè)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB 仿真，不但可以用于比較，也對(duì)下面雙閉環(huán)模型的順利完成起到幫助作用。 從 Power System 和 Simulink 模塊庫(kù)中找出對(duì)應(yīng)的模塊，按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接得到開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 MATLAB 仿真圖，如圖 43 所示。 雙閉環(huán)調(diào)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型只是在開環(huán)的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)模塊及限幅模塊，其仿真模型如圖 44 所示。 系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對(duì)稱交流電壓源、 晶閘管整流橋、直流電動(dòng)機(jī) 、轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán) 等部分組成。 下面主要介紹說明觸發(fā)電路和調(diào)節(jié)器： 同步觸發(fā)器的機(jī)構(gòu)如圖 41 所示，包括 同步電源和 6 脈沖觸發(fā)器兩部分。 6脈沖觸發(fā)模型構(gòu)建是通過 Extras Control blocks(附加控制模塊 )中的 Control blocks(控制模塊 )庫(kù)中的 Synchronized 6Pulse Generator（ 6 脈沖同步觸發(fā)器）來實(shí)現(xiàn)。 由 F 將 ACR 輸出轉(zhuǎn)換成脈沖控制角 α。而輸入端 Block 用于控制觸發(fā)脈沖的輸出，在該端置 “0”，則有脈沖輸出；如果設(shè)置為 “1”，則沒 有脈沖輸出，整流器也不會(huì)工作。 ASR、 ACR 其實(shí)是由放大器、積分器、加法器、限幅器組成的兩個(gè)結(jié)構(gòu)完