【正文】 掌握 MATLAB工具軟件在多環(huán)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。了解 MATLAB在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作用，掌握這一工具軟件的應(yīng)用。因此在負(fù)載變化 (或參數(shù)變化或各環(huán)節(jié)產(chǎn)生擾動(dòng) )而使轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差時(shí)，則靠 ASR的調(diào)節(jié)作用來(lái)消除速度偏差，保持轉(zhuǎn)速恒定。 ?　　 ② 當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)， ACR維持電流不變的特性，使電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，幾乎不對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生影響。 ASR和 ACR在調(diào)節(jié)過(guò)程中起著各自不同的作用：　　 1)電流調(diào)節(jié)器 ACR的作用是穩(wěn)定電流，使電流保持在的數(shù)值上。 ASR和電流調(diào)節(jié)器 ACR串接后分成兩級(jí)去進(jìn)行控制的，即由 ASR去 “驅(qū)動(dòng) ”ACR，再由 ACR去 “控制”觸發(fā)器。有時(shí)為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，需要限制轉(zhuǎn)速的變化率 (亦即限制加速度 )，還增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。在此基礎(chǔ)上，再分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與參數(shù) (主要是調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù) )對(duì)系統(tǒng)性能的影響 (參見(jiàn) 714，及 725， 734分析 )。 ?　　在搞清上述各單元作用的基礎(chǔ)上，建立各單元的功能框圖；然后，根據(jù)各單元間的聯(lián)系，抓住各單元的頭與尾 (輸入與輸出 )，建立系統(tǒng)框圖，并標(biāo)出各部件名稱(chēng)、給定量、被控量、反饋量和各單元的輸入和輸出量 (亦即中間參變量)。 ?3. 自動(dòng)控制系統(tǒng)通常包括：控制對(duì)象、檢測(cè)環(huán)節(jié)、執(zhí)行元件、供電線路、放大環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)和其他輔助環(huán)節(jié)等基本單元。　　 ③ 其他保護(hù)環(huán)節(jié)。 ?　　 ② 過(guò)電流保護(hù)。 ?，實(shí)際系統(tǒng)都需要各種保護(hù)環(huán)節(jié)，常用的保護(hù)環(huán)節(jié)有： ?　　 ① 過(guò)電壓保護(hù)。它的作用是 “上限保護(hù) ”(如過(guò)大電流、過(guò)高溫度、過(guò)高水位等的保護(hù) )。 ?　　 ③ 某物理量的截止負(fù)反饋。它的特點(diǎn)是在穩(wěn)態(tài)時(shí)不起作用，只在動(dòng)態(tài)時(shí)起作用。它的作用是使該物理量 (如轉(zhuǎn) n、電流 i、電壓 U、溫度 T、水位 H等 )保持恒定。而在無(wú)靜差系統(tǒng)中，由于含有積分環(huán)節(jié)，則主要靠偏差電壓對(duì)時(shí)間的積累去進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)?，并依靠積分環(huán)節(jié)，最后消除靜差；所以在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其偏差電壓為零?！　≡谟徐o差系統(tǒng)中，就是靠偏差信號(hào)的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)摹??　　反饋控制系統(tǒng)是以給定量作為基準(zhǔn)量，然后把反映被調(diào)量的反饋量與給定量進(jìn)行比較，以其偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大去進(jìn)行控制的。tt=Ce*nx*Tm/(R*(IdmIdL))+Tsigmantaudnnt=nxR*(IdmIdL)*taudn/(Ce*Tm)程序執(zhí)行結(jié)果tt=nt=+003nt=+003即退飽和時(shí)間 ，退飽和轉(zhuǎn)速 小 結(jié) (或反饋控制系統(tǒng) )，它最主要的特征是具有反饋環(huán)節(jié)。Tsigman=。Idm=Idbl。Inom=。Tm=。Ce=。根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，有退飽和時(shí)間計(jì)算公式，即還有退飽和轉(zhuǎn)算計(jì)算公式。由圖可知，即最大動(dòng)態(tài)降落： 比較圖 756與圖 7511及其計(jì)算的數(shù)據(jù)，對(duì)于單位階躍負(fù)載擾動(dòng)，帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙環(huán)系統(tǒng)比普通雙環(huán)系統(tǒng)，其最大動(dòng)態(tài)降落要小得多，但最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間與恢復(fù)時(shí)間要長(zhǎng)一些。 最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)間： 恢復(fù)時(shí)間： (對(duì)應(yīng) 5％的誤差帶 )。t1=[0::]。 s1=ss(a,b,c,d)。l75539。圖 7510 轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)模型里 用以下 MATLAB程序繪制雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)仿真曲線。 比較圖 754與圖 759可見(jiàn)，普通雙環(huán)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)％ 30％；而帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙環(huán)系統(tǒng)，其單位階躍響應(yīng)基本無(wú)超調(diào)，轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋?zhàn)饔蔑@示無(wú)疑。step(sys)。 s1=ss(a,b,c,d)。l75839。 圖 758 帶參數(shù)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的 VM雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖模型 根據(jù)圖 751可知，將已知參數(shù)與算得的參數(shù)帶入圖 751中即得帶參數(shù)的Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)用構(gòu)圖如圖 758所示，即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型 ，以下仿真要用到它。 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 757所示?；謴?fù)時(shí)間： (對(duì)應(yīng) 5％的誤差帶 )。step(sys,t1)。sys=tf(s1)。)。程序運(yùn)行后，繪制的單位階躍負(fù)載擾動(dòng)響應(yīng)曲線如圖 756所示 .[a,b,c,d]=linmod(39。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)負(fù)載擾動(dòng)仿真動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 755所示。step(sys)。s1=ss(a,b,c,d)。l75339。用以下 MATLAB程序繪制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。 根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論 ，合并轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) ；選取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù) ；轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比例系數(shù)(4)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 Simulink動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其仿真 采用兩個(gè) PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 752所示。根據(jù)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，選取積分時(shí)間常數(shù) ；三相橋整流電路平均失控時(shí)間 。選取轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù) ；選取轉(zhuǎn)速微分濾波時(shí)間常數(shù) ；選擇中頻寬 h=5。alpha=Un/nnom程序運(yùn)行結(jié)果alpha=即滿足系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。Un=10。 Tm=GDpf*R/(375*Ce*Cm)程序運(yùn)行結(jié)果Tm= 即電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=。Ce=。 GDpf=。R=。 ⑤ 電機(jī)電區(qū)電磁時(shí)間常數(shù) syms Ta R L。Idm=*Inom。 Uim=8。④ 滿足系統(tǒng)要求的電流反饋系數(shù) 。Uctm=8。Idbl=*。 Ce=。 deltannom=nnom*s/(D*(1s))程序運(yùn)行結(jié)果deltannom=即滿足要求的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降。s=。 ② 滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍與靜差率要求的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速率速降 syms nnom s D deltannom。nnom=1500。Inom=。 syms Unom Inom nnom Ra Ce。 解 : (1)拖動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)幾個(gè)參數(shù)的計(jì)算與選擇。(3)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器傳遞數(shù) 。圖 751中，電機(jī)參數(shù)： , , 電機(jī)電樞電阻 ,整流裝置內(nèi)阻 ,平波電抗器電阻 ,VM系統(tǒng)主電路總電阻 ,電樞主回路總電感 L=200mH,拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪矩 ,整流觸發(fā)裝置的放大系數(shù) ,三相橋平均失控時(shí)間 ,(1)要求系統(tǒng)調(diào)速范圍D=20,靜差率 s=10%,堵轉(zhuǎn) (最大 )電流 ，臨界截止電流 , ACR、 ASR均采用 PI調(diào)節(jié)器， ASR限幅輸出 ， ACR限幅輸出 最大給定 。請(qǐng)看以下示例。然而 , 其動(dòng)態(tài)性能的不足之處就是轉(zhuǎn)速超調(diào) ,而且抗擾性能的提高也受到一定限制。這樣時(shí)域性能指標(biāo)也是很好的。 在圖 748中，選擇 [Analysis]菜單的 [Response toStep Command]命令并執(zhí)行后，得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線，如圖 749所示。從圖 748看出， ① 為系統(tǒng)增加一個(gè)零點(diǎn)（ 115）后，系統(tǒng)成為穩(wěn)定的閉環(huán)。rltool(s2)。)s1=ss(a,b,c,d)。 [a,b,c,d]=linmod(39。 根據(jù)自動(dòng)控制理論，給開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)增加極點(diǎn)的作用是使根軌跡向右半 s平面移動(dòng)，其系統(tǒng)穩(wěn)定性變差；而給開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)增加零點(diǎn)的作用是使根軌跡向左半 s平面移動(dòng)，其系統(tǒng)穩(wěn)定性會(huì)變好。 從圖 747可以看出，校正后系統(tǒng)剪切頻率 也達(dá)到預(yù)期目的。margin(sys)。wc=35。)s1=ss(a,b,c,d)。(B)對(duì)以剪切頻率為校正主要指標(biāo)的滯后校正器為[a,b,c,d]=linmod(39。margin(sys)。gama=48。)s1=ss(a,b,c,d)。(A)對(duì)以相角穩(wěn)定裕度為校正主要指標(biāo)的校正器為[a,b,c,d]=linmod(39。[Gc]=lagc(2,s2,[wc]) 程序運(yùn)行結(jié)果 Transfer function: s + 1 s + 1Transfer function: s + 1 s + 1即以相角穩(wěn)定裕度為校正主要指標(biāo)的滯后校正器為gama=48。s1=ss(a,b,c,d)。l743A39。① 調(diào)用自編函數(shù) lagc()設(shè)計(jì) PI校正器。 (9)分別以相角穩(wěn)定裕度與剪切頻率為校正主要指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行滯后校正。當(dāng) ，此時(shí)對(duì)應(yīng)著模型 K=21，程序方式下運(yùn)行程序，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)呈現(xiàn)發(fā)散的振蕩，如圖 745所示，即系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。alpha=。Ks=44。 syms Kp Ks Ce alpha。 當(dāng) ，此時(shí)對(duì)應(yīng)著模型 ，程序方式下運(yùn)行程序 ，系統(tǒng)單位階躍響曲線應(yīng)呈現(xiàn)劇烈的振蕩 (雖然是衰減的 )，如圖 744所示。)； s1=ss(a,b,c,d)； sys=tf(s1)。[a,b,c,d]=linmod(39。alpha=。Ks=44。 根據(jù) ，有syms Kp Ks Ce alpha。(8)繪制出比例調(diào)節(jié)器 與 系統(tǒng)的單位給定階躍響應(yīng)曲線以驗(yàn)證系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行。P={1}。sys=tf(s1)。)。[a,b,c,d]=linmod(39。 Ts=。 Tm=。圖 743為模型 ，圖中 。Cm=Ce*30/pi。R=。Ta=L/R程