【正文】 參 考 文 獻(xiàn)[1]，2002[2] 2003[3]章燕申,[4]王兆安,，2002[5]張柳芳,. 新探平頂山師專,[6],2003.[7]王果,[8]徐月華,[9]麻鴻儒,刑大成,譚敦生,[10]馬葆慶,[11]—,2003[12],1998[13]WANG Weihong,ZHANG Jinggan The Application of MATLAB Language in Teaching theDoubleclosedloop Timing System JOURNAL OF EEE 2003,25(3)[14],“Current control techniques for threephase voltagesource PWM converters:A Survey,”IEEE Industrial Electronics, 1998，45（5）691703附 錄表一 各種整流電路是失控時(shí)間（f=50HZ）整流電路形式最大失控時(shí)間Tsmax/ms平均失控時(shí)間Ts/ms單相半波20 10單相橋式（全波） 10 5三相半波 三相橋式 表二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系（KT=）表三 典型Ⅱ。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校期間最后一個(gè)重要的綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生全面運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)基本技能，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究的綜合訓(xùn)練。5. 完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。3. 建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算其參數(shù)。2. 設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)。論文的主要工作如下。具體的說，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來的發(fā)展動(dòng)態(tài)；第二，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性；第三，ASR、ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算；第四，直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立，參數(shù)的計(jì)算；第六，PWM脈寬調(diào)制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形；第七，運(yùn)用MATLAB仿真系統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉了MATLAB的相關(guān)功能，掌握了其使用方法。經(jīng)計(jì)算：= =所以得出結(jié)論：電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定時(shí)，= (2) 略去電樞電感時(shí)， =（4）忽略電樞電感但需要計(jì)入粘性摩擦負(fù)載時(shí) =其中，是由負(fù)載決定的。 本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)部分的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算已知：電動(dòng)機(jī)部分[9，10]：電動(dòng)機(jī)電樞端電壓 =220V，電動(dòng)機(jī)的電樞電流 =，電樞電路電阻 =，轉(zhuǎn)速n=1600r/min,額定功率=185w，電樞電路電感=，極對(duì)數(shù)p=2，電磁轉(zhuǎn)矩M=,角速度ω=1600*2π/60=,頻率W=50HZ； 勵(lì)磁部分：勵(lì)磁電壓=220V，勵(lì)磁電流=,勵(lì)磁電路電阻=,勵(lì)磁電路電感=。此時(shí)，用下列諸式描述起其動(dòng)態(tài)過程：①②③由①、②可得： ④令為電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)械時(shí)間常數(shù)， 為電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)，由③、④式可得：⑤式④、⑤分別是以電樞電流和電樞電壓為輸入，以角速度ω為輸出時(shí)，永磁電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)，這兩種表達(dá)式可根據(jù)組成控制系統(tǒng)時(shí)的具體情況來選用，通常把永磁直流電動(dòng)機(jī)作為電流變換裝置，選取式④較好，因?yàn)橄鄬?duì)于式⑤，式④只有一個(gè)極點(diǎn)。由諸式可畫出直流電動(dòng)機(jī)在獨(dú)立電樞電壓和磁場(chǎng)控制下的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖431) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)恒定時(shí)，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可化為下圖形式：其傳遞函數(shù)為： 或?qū)懗桑?式中: 固有振蕩頻率 ζ=衰減系數(shù)或阻尼比 = = == C電勢(shì)系數(shù)或轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電動(dòng)機(jī)的電氣機(jī)械時(shí)間常數(shù)當(dāng)ζ〈1時(shí)，輸出響應(yīng)是振蕩的；當(dāng)ζ≥1時(shí)，輸出響應(yīng)是非振蕩的；當(dāng)ζ2,即Tm4Ta時(shí)，傳遞函數(shù)可寫成如下形式： 次式表明，在外施階躍電壓作用下，首先產(chǎn)生由于時(shí)間常數(shù)而滯后的電樞電流，然后下一步輸出因滯后的響應(yīng)速度。如圖4—2所示。 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換由上圖可寫出下列基本關(guān)系式： E= (1+) =JSω = E= Te=其中: 為電樞電路時(shí)間常數(shù)； 為勵(lì)磁電路時(shí)間常數(shù)；p為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)；M為勵(lì)磁繞組和電樞繞組的互感； 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖將S=d/dt看作算子，則上述諸式也就是它們的拉氏變換。第四章 直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立 數(shù)學(xué)模型的建立建立電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的方法的要點(diǎn)是：首先列寫出電動(dòng)機(jī)主電路電壓平衡方程式，軸上力矩平衡方程式和勵(lì)磁電路電壓平衡方程式等基本關(guān)系式，加以整理，然后進(jìn)行拉普拉斯變換，根據(jù)此變換，即可求出電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)的表達(dá)式[1，10]。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個(gè)開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。調(diào)速時(shí)，ρ的可調(diào)范圍為0~1，相應(yīng)的，γ=（1）~（+1）。圖3—6所示的波形是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的情況。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬度上。圖3—6也繪出了雙極式控制時(shí)的輸出電壓和電流波形。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0≤tton時(shí)，Uab= Us，電樞電流id沿回路1流通；當(dāng)ton≤tT時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反相，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，Uab=Us。圖3—5 橋式可逆PWM變換器雙極式控制可逆PWM變換器的4個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖3—6所示。改變兩組開關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動(dòng)機(jī)兩端電壓波形如圖3—2 b)所示圖3—2 橋失可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形a)基本原理圖 b)電壓波形如果用ton表示VT1和VT4導(dǎo)通的時(shí)間，開關(guān)周期T和占空比ρ的定義和上面相同，則電動(dòng)機(jī)電樞端電壓平均值為：Ud=(ton/T)*Us [（Tton）/ T]* Us=（2*ton/ T1）* Us=（2ρ1）*Us脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。圖3—1脈寬調(diào)制變換器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖 a）原理圖 b)電壓波形圖 如圖3—2 a)所示，給出了一種可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1—VT2共4個(gè)電力電子開關(guān)器件構(gòu)成橋式（或稱H形）可逆脈沖寬度調(diào)制（PULSE WIDTH MODULATION，簡(jiǎn)稱PWM）變換器。如此反復(fù)，得到電樞端電壓波形u=f(t),如圖3—1b所示，好象是電源電壓Us在ton時(shí)間內(nèi)被接上，又在（Tton）內(nèi)被斬?cái)?，故稱為“斬波”。直流斬波器電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理如圖3—1a所示，其中VT用開關(guān)符號(hào)表示任何一種電力電子器件，VD表示續(xù)流二極管。為了節(jié)能，并實(shí)行無觸電控制，現(xiàn)在多改用電力電子開關(guān)器件，如快速晶閘管，GTO，IGBT等。 脈寬調(diào)制變換器 在干線鐵道電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、城市電車和地鐵電機(jī)車等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電網(wǎng)供電。PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)效率因數(shù)比相控整流器高。（3）選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù) 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益： ASR的比例系數(shù)：（4）近似校驗(yàn) 轉(zhuǎn)速截止頻率為：①電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件：，滿足條件；②轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：（5）檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，,:，滿足設(shè)計(jì)要求。（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器。電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：，也滿足設(shè)計(jì)要求。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的,所以把電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成PI型的.檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能:由附錄表二,各項(xiàng)指標(biāo)可接受.（3）選擇電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)=；電流環(huán)開環(huán)時(shí)間增益，ACR的比例系數(shù)。計(jì)算反饋關(guān)鍵參數(shù)： 一.　電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時(shí)間常數(shù)a) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)；（見附錄表一）電流濾波時(shí)間常數(shù)= s（，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1～2）=，因此取=2ms=）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和按小時(shí)間常數(shù)近似處理。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。如前所述,轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計(jì)成Ⅱ型系統(tǒng),所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計(jì)成PI型調(diào)節(jié)器,如下式所示: （5） 電流環(huán)、速度環(huán)的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用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很快的跟隨給定電壓Un*的變化；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(duì)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) 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Ui*（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化；2) 對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用；在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允