【正文】 最后，再次向幫助我的所有老師表示感謝。在合肥學(xué)院學(xué)習(xí)生活的四年里，各位任課老師深厚廣博的學(xué)識(shí)使我增長(zhǎng)了知識(shí)，開拓了視野。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的研究，MATLAB 的 Simulink 確實(shí)是個(gè)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、快速、高效的工具。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問題，就需采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。晶閘管 電動(dòng)機(jī)開環(huán)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足對(duì)穩(wěn)定性要求好。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR 輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。參數(shù)設(shè)置；； ； ； ； ； ；VUN20?AIN136rpmvCe/???????； ； ； ； ； ；.?7.?? sTi074； ； ；hn8.??sTi?27圖 51 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)控系統(tǒng)仿真模型28 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。下面就使用 Power System 工具箱進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置采用 Power System 模型組裝成的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖 51 所示。ionT????第五章 基于 Matlab/Simulink 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) Matlab/Simulink 簡(jiǎn)單介紹利用 MATLAB 下的 SIMULINK 軟件和電力系統(tǒng)模塊庫(kù) (SimPowerSystems)進(jìn)行系統(tǒng)仿26真是十分簡(jiǎn)單和直觀的，用戶可以用圖形化的方法直接建立起仿真系統(tǒng)的模型，并通過SIMULINK 環(huán)境中的菜單直接啟動(dòng)系統(tǒng)的仿真過程，同時(shí)將結(jié)果在示波器上顯示出來(lái)。???2：確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng) 由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無(wú)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)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)25按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。lmT13?ci? 3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件： ，13cisoiT??現(xiàn)在 ,滿足近似條件。.3isoi??2，選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求： ，且 ，可按典型Ⅰ型設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)%5?i?./6./ ????ilT器。 直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 47 所示：47 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及要求參數(shù)含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)器如圖 48 所示：48 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器 本文研究的對(duì)象為電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示，23系統(tǒng)參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)： ； ； ； ；允許VUN20?AIN136rpmnN1460?rpmvCe/?過載倍數(shù)： ；三相橋式整流裝置放大倍數(shù)： ；電樞回路總電阻： ? sK；轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)： ，電磁時(shí)間常數(shù)： ；???. Tl7.電流反饋系數(shù)： ；.*???noiIU??轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 。圖 47 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的三個(gè)特點(diǎn)：1．飽和非線性控制：當(dāng) ASR 飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng) ASR 不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR 輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，輸出電壓 和主電流 也因而下降。當(dāng)ACR 采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)， 應(yīng)略低于 。恒流升速階段是起動(dòng)過程中的主要階段。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器dLI?ASR的輸入偏差電壓 的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 ，強(qiáng)迫電nnU???* *imU樞電流 迅速上升。由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)*iU節(jié)器ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。而電網(wǎng)電壓擾動(dòng)作用在離被調(diào)量n 更遠(yuǎn)的位置，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 不能及時(shí)對(duì)它進(jìn)行調(diào)節(jié)，但是因?yàn)樗饔迷诒浑娏髫?fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上，使電壓波動(dòng)可以直接通過電流反饋得到及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能高。為了減少動(dòng)態(tài)速降(速升 )，所以要求 ASR 具有較好的抗擾性能。在減速過程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。dI一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。圖 45 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特19 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)分析U*n? UctIdLnUd0Un+? UiWASR(s) WACR(s) Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*i Id1/Ce+E圖 46 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。因此，對(duì)靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。一般存在兩種狀況：飽和— —輸出達(dá)到限幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。該雙閉環(huán)系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR 一般采用PI 調(diào)節(jié)器。（2） ACR 的作用：在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，保證獲得最大電流，起動(dòng)時(shí)間短，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性；在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 U*i 變化；當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵時(shí)，限制電樞電流的最大值，起到安全保護(hù)作用，在故障消失后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)回復(fù)正常；對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起快速抑制作用。在啟動(dòng)時(shí)，加入給定電壓 U*n， “速度調(diào)節(jié)器 (ASR)”，和“電流調(diào)節(jié)器(ACR)”，以飽和限幅值限幅值輸出，使得電動(dòng)機(jī)以限定的最大啟動(dòng)電流加速啟動(dòng)，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定轉(zhuǎn)速，并在出現(xiàn)超調(diào)后，ASR 和 ACR 退出飽和，最后穩(wěn)定在給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。這樣的理想起動(dòng)過程波形如圖41b所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。但它只是在超過臨界電流 值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鱠crI的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。14第 4 章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及特性和設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的問題的提出反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。圖 34 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器1．PI 輸入輸出關(guān)系按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得 （）??????dtUKdtUCRUininpininex ?11001式中 為 PI 調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； 為 PI 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。將比例調(diào)節(jié)器換成比例積分調(diào)節(jié)器之后，不僅改善了動(dòng)態(tài)性能，而且還能從根本上消除靜差，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。對(duì)于自動(dòng)控制crcr系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。但是，當(dāng)放大器只是比例放大器(Kp 為常數(shù))，穩(wěn)態(tài)速降只能減少而不可能消除，因?yàn)? ())1(KCRInedc???只有當(dāng) K= 才能使 ，而這是不可能的。運(yùn)用結(jié)構(gòu)圖的計(jì)算方法，可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式： n= ())1(*KCeUnsp?)(eRId式中, ——閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系(倍)數(shù)。由圖可見，該系統(tǒng)由電壓比較環(huán)節(jié)、放大器、晶閘管整流器與觸發(fā)裝置、直流電動(dòng)機(jī)和測(cè)速發(fā)電機(jī)等部分組成。由于反饋的作用，系統(tǒng)可以自行調(diào)整轉(zhuǎn)速，這種方式也稱為反饋控制。9第 3 章 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的分析 單閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足較高的性能指標(biāo)要求。許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。這兩個(gè)指標(biāo)合稱調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的速度波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。例如，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之間的范圍，是有級(jí)調(diào)速還是無(wú)級(jí)調(diào)速，再穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)允許轉(zhuǎn)速波動(dòng)的大小，從正轉(zhuǎn)運(yùn)行變到反轉(zhuǎn)運(yùn)行的時(shí)間間隔，突加或突減負(fù)載時(shí)允許的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，運(yùn)行停止時(shí)要求的定位精度等等。Δn= IdR/Ce，Δn 取決于電樞7回路電阻 R 及所加的負(fù)載大小。在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來(lái)逼近斷續(xù)段特性。對(duì)應(yīng)于 ? = 2?/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。圖 電流連續(xù)時(shí) VM 系統(tǒng)的機(jī)械特性（2）電流斷續(xù)情況：當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于非線性因素，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。式（ ） 等號(hào)右邊 Ud0 表達(dá)式的適用范圍如觸發(fā)脈沖相位控制中所述。Ud0 與觸發(fā)脈沖相位角 ? 的關(guān)系因整流電路5的形式而異，對(duì)于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時(shí)，U d0 = f (?) 可用下式表示： （）amUdcosin0??式中 a 為從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角；U m 為 ? = 0 時(shí)的整流電壓波形峰值；m 為交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對(duì)于三相全波整流電路，其中 U2 是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值，U m= ，m=6， 。圖中 VT 是相控整流器，通過觸發(fā)器裝置 GT 的控制電壓 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出整流電壓 ，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)*nU dU機(jī)的平滑調(diào)速。本論文主要以三相全控整流電路作為可控直流電源供給直流電動(dòng)機(jī)。只有當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)，在控制極與陰極之間加正向電壓，晶閘管才會(huì)導(dǎo)通。3第 2 章 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管整流技術(shù)晶閘管是 PNPN 四層三端器件,分別命名為 pnpn2 四個(gè)區(qū)，共有三個(gè) PN 結(jié)。為后面研究直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)，雙閉環(huán)特性做基礎(chǔ)。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。按照傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來(lái)分，電氣傳動(dòng)油直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)兩大類。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。 MATLAB simulationVI目錄摘 要 ..........................................................................................................................................................................IABSTRACT ...............................................................................................................................................................II目錄 ...........................................................................................................................................................................III第 1 章 緒 論 .............................................................................................................