【正文】 。 n=1。 elseif key==2。 elseif y(j)*yss, n=1。 if j==1。 j=j1。 n=0。 cs=length(t)。 end。 end。 n=1。 elseif key==2。 elseif y(i)*yss, n=1。 if i==1。 i=i1。 n=0。 sigma=100*(mpyss)/yss tp=t(tf)。 cs=length(t)。 對于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計， MATLAB7 的 Simulink 確實是個 經(jīng)濟、簡單、快速、高效 的工具。 利用 MATLAB及其 中的仿真工具 Simulink， 對 所設(shè)計的 電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán) 的頻域 進行了 仿真 計算 ，繪制出 Bode 圖 并 計算頻域性能指標 ，結(jié)果顯示 模穩(wěn)定裕度hL 6dB,相穩(wěn)定裕度γ ?40 ，電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)都有足夠的穩(wěn)定 裕度 ， 符合實際工程的 設(shè)計 要求 ， 該 系統(tǒng)有 良 好的相對穩(wěn)定性。 由電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán) 階躍響應(yīng) Simulink 曲線 及相應(yīng)的性能指標得出 ： 該 系統(tǒng) 具有 響應(yīng)速度快 的動 態(tài) 跟隨性 能。 圖 424b 電流環(huán)的 Bode 圖 Fig424b rotation loop of Bode diagram 從由圖上可得轉(zhuǎn)速環(huán)頻域性能指標： 模穩(wěn)定裕度 hL = π穿越頻率 gW =相穩(wěn)定裕度γ = ? 剪切頻率 cW =數(shù)據(jù)顯示，模穩(wěn)定裕度 hL 6dB,相穩(wěn)定裕度γ ?40 ,說明控制系統(tǒng)有較大的穩(wěn)定裕度，反映了 該 系統(tǒng) 具有良好的相對穩(wěn)定性。 sys=ss(a,b,c,d)。mx011d39。 轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖 424a(未畫出轉(zhuǎn)速環(huán)給定平衡濾波環(huán)節(jié) ),此圖 即 為 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，對 進行 仿真 操作 如下： 圖 424a 轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖 Fig424a rotation closedloop system splitloop structure diagram 29 根據(jù)題目要求，用函數(shù)命令 linmod()與 margin()給出 MATLAB指令如下。 說明 系統(tǒng) 的抗擾性能好 轉(zhuǎn)速環(huán)頻域分析的 MATLAB 計算及仿真 頻域分析是運用閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線來分析閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)與性能的。 impulse(a2,b2,c2,d2) 程序執(zhí)行后，可得轉(zhuǎn)速環(huán)在擾動作用點 1與擾動作用點 2施加單位沖激信號時的擾動響應(yīng)曲線如圖 423(a)與 (b)所示。)。hold on [a2,b2,c2,d2]=linmod(39。 figure(1)。mx011b39。 單位沖激信號擾動的響應(yīng)曲線 在圖 421A 中兩個擾動信號作用點分別施加單位沖激信號，繪制其擾動響應(yīng)曲線 ?；鶞手?2%范圍的恢復(fù)時間： vt =。對于圖 422(b)計 算 其 階躍擾動響應(yīng)性能指標：最大動態(tài)降落： detac=。對于圖422(a)，計算 其 階躍擾動響應(yīng)性能指標：最大動態(tài)降落： detac=； 最大動態(tài)降落時間： pt =。由階躍擾動響應(yīng)性能指標值可知，該系統(tǒng)對擾動信號具有良好的動態(tài)抗擾作用，對比兩個階躍擾動響應(yīng)性能指 27 標值可知，對作用在 1點的擾動信號的抗擾作用比對作用在 2點的擾動信號的抗擾作用強，再次表明擾動作用點離被調(diào)量越近，轉(zhuǎn)速環(huán)對擾動信號的抗擾能力越好。最大動態(tài)降落時間： pt =；基準值 5%范圍的恢復(fù)時間：vt =。基準值 5%范圍的恢復(fù)時間： vt =；基準值 2%范圍的恢復(fù)時間：vt =。 (a)與(b)圖分別對應(yīng)著擾動信號作用于 1與 2兩個不同的點。 step(s2,t)。 [y2,t2]=step(s2,t)。 s2=ss(a2,b2,c2,d2)。mx011c39。 step(s1,t)。 [y1,t1]=step(s1,t)。 s1=ss(a1,b1,c1,d1)。mx011b39。這兩個結(jié)構(gòu)圖模型中的數(shù)據(jù)和圖 421A相同，只是擾動信號作用點不同。 繪制 單位階躍信號擾動響應(yīng)曲線并計算其性能指標 在圖 421A 中兩個擾動信號作用點分別施加單位階躍信號，繪制其擾動響應(yīng)曲線，并求其最大動態(tài)降落與最大動態(tài)降落的時間 及恢復(fù)時間 。 調(diào)節(jié)時間數(shù)值均對應(yīng)于 5%的誤差帶。 程序運行后，可得到圖 1421B(a)階躍響應(yīng)性能指標： 超調(diào)量：σ %=%；峰值時間： pt =；調(diào)節(jié)時間： st =。 程序執(zhí)行后，可得轉(zhuǎn)速環(huán) 校正前后 的單位階躍響應(yīng)曲線如圖 421B所示。 [sigma1,tp1,ts1]=perf(1,y1,t1)。k39。figure(2)。)。[a2,b2,c2,d2]=linmod(39。k39。figure(1)。)。 在程序文件方式下執(zhí)行以下的 MATLAB程序 : % MATLAB PROGRAM [a1,b1,c1,d1]=linmod(39。 其他參數(shù)不變， 校正前、后的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型只是 pnK 與 sK 的值不一樣，所以在此只給出 校正后的 文件的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的模型 ，如 圖 421A所示。 24 轉(zhuǎn)速環(huán)的 MATLAB 計算及仿真 轉(zhuǎn)速環(huán) 校正前后 給定 階躍響應(yīng)的 MATLAB 計算及仿真 與電流環(huán)添加低通濾波器措施一樣，在轉(zhuǎn)速環(huán)反饋通道與給定信號通道都添加了濾波慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為： 11?sTon 按照把轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成 II 型系統(tǒng)的要求，根據(jù)自動控制理論，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 也應(yīng)選擇比例積分調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ASRW (s)= pnK sTsTnn 1? ， ?nT 轉(zhuǎn)速環(huán)的校正主要是對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù) pnK 以及 對晶閘管整流與移相觸發(fā)裝置的放大倍數(shù) sK 進行校正。 margin(sys) 執(zhí)行語句后，可得電流環(huán)的 Bode圖如圖 414b所示，在圖上就附有經(jīng)計算出電流環(huán)的頻域性能指標： 模穩(wěn)定裕度 hL = π穿越頻率 gW =547rad/s 相穩(wěn) 定裕度γ = ? 剪切頻率 cW =128rad/s 圖 414b 電流環(huán)的 Bode 圖 Fig414b current loop of Bode diagram 工程上，一般要求模穩(wěn)定裕度 hL ≥ 6dB,相穩(wěn)定裕度γ≥ ?40 。s5=tf(n5,d5)。 n5=。d4=[ 1]。s3=tf(n3,d3)。 n3=30。d2=[ 0]。s1=tf(n1,d1)。電流閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖 414a所示， 它對應(yīng)著 Simulink 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型 . 23 圖 414a 電流閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)結(jié)構(gòu)圖 Fig414a current closedloop system splitloop structure diagram 在程序文件方式下執(zhí)行以下的 MATLAB程序 : % MATLAB PROGRAM n1=1。 電流環(huán)頻域分析的 MATLAB 計算及仿真 根據(jù)自動控制原理，頻域分析的特點是運用閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性曲線來分析閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)及其性能。 (a) (b) 圖 413 電流環(huán)單位沖激信號擾動響應(yīng)曲線 Fig413 current loop unit impulse signal turbulence response curve 電流環(huán)沖激擾動響應(yīng)過程呈單調(diào)衰減 如 圖 413(a)所示或者呈一次衰減振蕩如 圖 413(b)所示都 在 內(nèi)就結(jié)束了，抗擾動時間非常短，系統(tǒng)幾乎察覺不出擾動的作用。 figure(2)。)。hold on [a2,b2,c2,d2]=linmod(39。 figure(1)。)。 在程序文件方式下執(zhí)行以下的 MATLAB程序 ： % MATLAB PROGRAM [a1,b1,c1,d1]=linmod(39。 單位沖激信號擾動的響應(yīng)曲線 在圖 411A 中兩個單位沖激擾動信號作用點分別施加單位沖激信號，繪制起沖激擾動響應(yīng)曲線。 程序執(zhí)行后，可得圖 412(a)所示電流環(huán)在 信號綜合點 2 施加單位階躍信號的擾動響應(yīng)曲線，并有性能指標：最大動態(tài)降落： acdet =； 最大動態(tài)降落時間： pt =； 基準值 5%范圍的恢復(fù)時間： vt =； 基準值 2%范圍的恢復(fù)時間： vt = (a) (b) 圖 412 電流環(huán)單位階躍信號擾動響應(yīng)曲線 Fig412 current loop unit step signal turbulence response curve 將程序中的模型 ，執(zhí)行后得圖 412(b)所示電流環(huán)在 信號綜合點 1施加單位階躍信號的擾動響應(yīng)曲線 如圖，并有性能指標：最大動態(tài)降落： acdet =；最大動態(tài)降落時間： pt =；基準值 5%范圍的恢復(fù)時間： vt =；基準值 2%范圍的恢復(fù)時間： vt =。 [detac1,tp1,tv1]=dist(1,y2,t2)。 t=[0::]。[detac,tp,tv]=dist(1,y1,t1)。 figure(2)。)。hold on [a2,b2,c2,d2]=linmod(39。 figure(1)。)。 在程序文件方式下執(zhí)行以下 調(diào)用函數(shù) dist()的 MATLAB程序 ： % MATLAB PROGRAM [a1,b1,c1,d1]=linmod(39。 ，這兩個結(jié)構(gòu)圖模型中的數(shù)據(jù)和圖 411A 相同，只 21 是擾動信號作用點不同。 繪制 單位階躍擾動響應(yīng)曲線并計算其性能指標 在圖 411A 中兩個擾動信號作用點分別施加單位階躍信號， 繪制其擾動響應(yīng)曲線，并求其最大動態(tài)降落與最大動態(tài)降落的時間 及恢復(fù)時間 。 圖 411B(b)是 sK =30時的系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，響應(yīng)曲線略有超調(diào) %，符合 I 型系統(tǒng)超調(diào)量小的特點， 系統(tǒng)曲線迅速上升，峰值時間（ ） 非常短，電流立即下降至恒定并在 ，這樣的階躍響應(yīng)是很理想的。 (a) (b) 圖 411B 電流環(huán)階躍響應(yīng) Simulink 曲線 Fig411B the current loop step response the Simulink curve 圖 411B(a)是 sK =20時的系 統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，階躍響應(yīng)曲線單調(diào)上升，完全無超調(diào)，并且在 內(nèi)響應(yīng)即結(jié)束。 yss=y(cs)。[mp,tf]=max(y)。 figure(2)。)。hold on [a2,b2,c2,d2]=linmod(39。 figure(1)。)。 圖 411A 帶參數(shù)電流環(huán)的 Simulink 的模型為 文件 Fig411A the belt parameter current loop Simulink model is the document 在程序文件方式下執(zhí)行以下的 MATLAB程序 ： % MATLAB PROGRAM 20 [a1,b1,c1,d1]=linmod(39。其傳遞函數(shù)為： 11?sToi 按照把電流環(huán)設(shè)計成 I型系統(tǒng)的要求，根據(jù)自動控制理論，電流調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇比例積分調(diào)節(jié)器，即 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ACRW (s)= piK sTsTii 1? = ? , piK =， iT == aT 電流環(huán)的校正主要是對晶閘管整流與移相觸發(fā)裝置的放大倍數(shù) sK 進行校正，校正前 sK =20， 構(gòu)成 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型 ； 校正后 sK =30， 構(gòu)成 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖模型 。 為保證電流調(diào)節(jié)器 和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的運算放大器工作在線性特性段 [3]以及保護調(diào)速系統(tǒng)的各個元件、部件與裝置不致?lián)p壞，在電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出端都設(shè)置了限幅裝置。在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的主要作用就是保證電機起動時獲得允許的最大電流，保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，突加控制作用時超調(diào)量越小越好。忽略系統(tǒng)的非線性， 分別對系統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)與轉(zhuǎn)速外環(huán)進行穩(wěn)態(tài)與動態(tài)的計算及仿真 如下 。 晶閘管 — 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（ VM 系統(tǒng)）的 Simulink 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖 4所示。 第四步 ， 進行仿真實驗并輸出仿真結(jié)果 進行仿真實驗，通過實驗對仿真模型與仿真程序進行檢驗和修改，而后按照系統(tǒng)仿真的要求輸出仿真結(jié)果。 如果應(yīng)用 MATLAB 的 Toolb