【導(dǎo)讀】據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓?；谠O(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)。三相全控橋整流電路來供電。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖?？蛊骱捅Ｗo(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。接著驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)。最后，即本文的重點(diǎn)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉。環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器。負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。I電流AeC電動(dòng)勢系數(shù)V?

　　

【正文】 把示波器調(diào)為 讓偏差 E= 偏差率 EC= 輸出 U=5 積分 I= 運(yùn)行后的到仿真圖 410： 圖 410 基于模糊控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果圖 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 5 調(diào)速系統(tǒng)的性能比較 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的比較 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 調(diào)速范圍和靜差率是一對相互制約的性能指標(biāo)，如果既要提高調(diào)速范圍，又要降低靜差率，唯一的辦法是減 少負(fù)載所引起的轉(zhuǎn)速降落 Nn? 。但是在轉(zhuǎn)速開環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)中， Nn? =eNCRI 是由直流電動(dòng)機(jī)得參數(shù)決定的，無法改變。解決矛盾的有效途徑是采用反饋技術(shù)。根據(jù)轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可以減小轉(zhuǎn)速降落，降低靜差率，擴(kuò)大調(diào)速范圍。 根據(jù)自動(dòng)控制原理，將系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量作為反饋量引入 系統(tǒng)，與給定量進(jìn)行比較，用比較后的偏差值對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以有效地抑制甚至消除擾動(dòng)造成的影響，而維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變，這就是反饋控制的基本作用。在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個(gè)閉合回路，因此被稱做閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。 系，即靜特性。 RId n ?nU + nU? Uc 0dU + E Un 圖 51 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 PK sK eC1 ? 30 ，微分方程的解，即系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，它包括兩部分：動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。在動(dòng)態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時(shí)刻開始，到輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)以前，是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，即可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。 根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖： )(sIdl )(sUn? Uc(s) )(*sUn )(0 sUd n(s) + + Un(s） 圖 52 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 直流電動(dòng)機(jī)：額定電壓 NU =220V,額定電流 dNI =55A,額定轉(zhuǎn)速 Nn =1000r/min,電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系數(shù) rVCe m in / ?? 。 假定晶閘管整流裝置輸出電流可逆，裝置的放大系數(shù) sK =44， 滯后時(shí)間常數(shù)Ts=. 電樞回路總電阻 R=? ，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) lT =,電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ? = rV min/? 。對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓 ?nU =10V。 進(jìn)入 MATLAB,單擊 MATLAB 命令窗口的工具欄中的 SIMULINK 圖標(biāo)，在編輯窗口上單擊新建窗口，即打開模型編輯窗口： Kp 1?sTKs s )1( ?sTR l 1/12 ?? sTsTT Cmlm e ? 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 53 比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 圖 54 電動(dòng)機(jī)電流的仿真結(jié)果 32 圖 55 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的仿真結(jié)果 單閉環(huán)與雙閉環(huán)的性能比較 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)把轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量，檢測誤差，糾正誤差，有效的解決了調(diào)速范圍和靜差率的矛盾，抑制直至消除擾動(dòng)造 成的影響。在采用了比例積分調(diào)節(jié)器后，又能實(shí)現(xiàn)無靜差。然而轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)還存在一個(gè)問題，在起動(dòng)和制動(dòng)過程中和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，必須限制電樞電流。 在轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)上突加給定電壓時(shí)，由于慣性的作用，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓為零，相當(dāng)于偏差電壓 ??? nn UU ，調(diào)節(jié)器的輸出是 *nPUK 。這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓 Ud 立即達(dá)到它的最 高值，對電動(dòng)機(jī)來說，相當(dāng)于全起動(dòng)，會(huì)造成電動(dòng)機(jī)過流，當(dāng)然是不允許的。 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)被堵轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)遇到過流問題，例如挖土機(jī)由于機(jī)械故障或運(yùn)行 時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊，電動(dòng)機(jī)便會(huì)被堵轉(zhuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)的靜特性，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠過電流繼電器或熔斷器來保護(hù)，過電流時(shí)就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來不便。 為了解決單閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋控制直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所遇到的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)，這便是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器。 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是靜、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良、應(yīng)用最廣 的直流調(diào)速系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納如下： 1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用 PI 調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。 2） 對負(fù)載變化起抗擾作用。 3） 其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。 1） 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓變化。 2） 對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。 3） 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài) 過程。 4） 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。 常規(guī) PID控制與模糊 PID 控制的比較 傳統(tǒng) PID 控制方法雖然目前仍然是應(yīng)用最廣泛的控制器但是隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，其指標(biāo)已經(jīng)越來越難以滿足要求，主要表現(xiàn)在：采用離線調(diào)節(jié)，難以在線調(diào)整控制參數(shù)，動(dòng)態(tài)特性不太理想；不具有自適應(yīng)控制能力；對時(shí)變、非線性系統(tǒng)的控制效果不佳。 模糊 PID控制在雙閉環(huán)直流調(diào)速控制應(yīng)用中具有響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)以及不依賴被控對象數(shù)學(xué)模型 的有點(diǎn)。 從仿真結(jié)果中可知：電樞電流響應(yīng)曲線的上升過程中，模糊 PID 控制的要快于傳統(tǒng) PID 控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。模糊 PID 控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電樞電流幾乎沒有超調(diào)量，而常規(guī) PID 控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在超調(diào)量。在電樞電流下降階段，常規(guī) PID 控制的動(dòng)態(tài)性能較差，上下波動(dòng)很大。從轉(zhuǎn)速的角度說模糊 PID 控制的調(diào)速系統(tǒng)的響應(yīng)速度快于常規(guī) PID 控制的調(diào)速系統(tǒng)。 34 經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型結(jié)果簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。其換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦。 1960 年以來，晶閘管整流器的應(yīng)用，使得 直流拖動(dòng)控制技術(shù)得到了飛躍的發(fā)展。 對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，如龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)等重要的工程機(jī)械縮短起、制動(dòng)過程的時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的重要因素。因此雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在很多工業(yè)生產(chǎn)中可以提高生產(chǎn)效率，帶來更多的經(jīng)濟(jì)回報(bào)！ 沈陽航空航 天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 參考文獻(xiàn) [1] 上海大學(xué) 阮毅 陳伯時(shí) 主編 《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [2] 師黎 陳鐵軍 李曉媛 姚麗娜 編著 《智能控制理論及應(yīng)用》 北京：清華大學(xué)出版社 [3] 于海生等 編著 《微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》 北京：清華大學(xué)出版社 [4] 西安 交通大學(xué) 王兆安 黃俊 主編 《電力電子技術(shù)》 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 2021. 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