【正文】 還有許多在論文完成過程中給予我?guī)椭娜?，在此不一一列舉了，一并表示最衷心的感謝。另外，我也深深的感受到了同學間的互相幫助和友誼。這對于我的工作，既是鼓勵，又是鞭策。在他的悉心指導下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計。但由于理論水平有限，仍有許多不足之處有待解決。運用SIMULINK工具箱對系統(tǒng)進行了仿真，得到了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線及其它各種線性分析曲線。對于給定直流拖動控制系統(tǒng)在經(jīng)典控制理論工程計算的基礎(chǔ)上，在完成參數(shù)測定后，應(yīng)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計方法設(shè)計了主電路、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，并應(yīng)用MATLAB語言中的SIMULINK工具箱對系統(tǒng)進行了仿真，看到了理論設(shè)計與仿真結(jié)果的差異，通過對仿真結(jié)果的分析，進一步了解了工程設(shè)計方法中的近似環(huán)節(jié)給系統(tǒng)帶來的影響，認識到了理論設(shè)計和工程計算的不同。正是由于理論分析的近似與仿真實驗的不完全近似才帶來的結(jié)果上的差距。 出現(xiàn)這些差距的原因是由于設(shè)計方法考慮了理論分析與設(shè)計的簡便性，對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)做了一些簡化處理。 存在問題分析 本章小結(jié)本章主要應(yīng)用MATLAB軟件對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行時域及頻域的仿真實驗，分別得出了系統(tǒng)的起動過程時域響應(yīng)圖，以及頻域的BODE圖。h為5*12=60時，%。4) 對于系統(tǒng)的性能指標來說，從仿真圖中的Scope2可知：%。3) 所設(shè)計系統(tǒng)的電動機起動特性已十分接近理想特性。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程如圖5－2所示圖4－2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程通過對仿真結(jié)果的分析，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程可概括為如下幾點:1) ASR從起動到穩(wěn)速運行的過程中經(jīng)歷了兩個狀態(tài)，及飽和限幅輸出與線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。在仿真結(jié)果中可以分別得到該系統(tǒng)ASR的輸出與電動機的轉(zhuǎn)速，ACR的輸出與電動機電流在啟動過程中的動態(tài)特性仿真結(jié)果。例如，額定勵磁下的直流電動機忽略磁化曲線的非線性；忽略晶閘管觸發(fā)與整流裝置的非線性并將其滯后環(huán)節(jié)近似為慣性環(huán)節(jié)等。首先應(yīng)對圖24所示系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學模型，其仿真結(jié)構(gòu)圖如圖51所示。對該調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能指標進行分析和校驗后，還須研究其靜態(tài)綜合，并對靜態(tài)性能指標加以改善。其根本思想是把調(diào)節(jié)器設(shè)計成典型系統(tǒng)。一般情況下，總有βKI/KSR，K1則取KI/=100，有RI/=KI/R0=100*20=2MΩ 由(316)整理得: 帶入數(shù)據(jù)得KN/= 取KN/=170 ,所以Rn=Kn/R0=170*20=(MΩ)取KI/=100,則 檢驗: 顯然，滿足性能指標要求。靜態(tài)放大倍數(shù)KP/=Ri//R0，動態(tài)放大倍數(shù)KP=Ri/R0。這時調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)更低于無窮大，為KP/=Ri//R0，系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。這樣系統(tǒng)就成了有差系統(tǒng)，有必要對系統(tǒng)進行靜態(tài)綜合，以滿足靜態(tài)性能指標的要求。 系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標 近似的PI調(diào)節(jié)器嚴格來說，“無靜差”只是理論上的，因為積分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時電容兩端的電壓不變，相當于開路，由于ST和LT都采用了PI調(diào)節(jié)器,可以認為其靜態(tài)放大倍數(shù)為無窮大,所以才能在輸入電壓△U=0時，使輸出電壓Uct成為任意所需值，因此,消除了穩(wěn)態(tài)誤差,但是也容易使運放產(chǎn)生“零漂”，引起系統(tǒng)的工作點移動。 轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指標（1）突加負載的動態(tài)速降指標：，有，所以 （336）因此 （337）滿足設(shè)計要求。而上述計算的%=%卻是ASR處于線性狀態(tài)下的超調(diào)[6]。由h的定義知 τ=hT (322) [9] (323) 轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計算 要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (324)式中 Kn—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。因此在設(shè)計調(diào)節(jié)器時，選擇兩個參數(shù)h和ωc，就相當于選擇參數(shù)τ和K。由于中頻段的狀況對控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此h只是一個很關(guān)鍵的參數(shù)。 3). 速度環(huán)基本上是恒值系統(tǒng)。圖33 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型Ⅱ型系統(tǒng)的原因1). 系統(tǒng)在負載擾動作用下，動態(tài)速降要小。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如33（a）所示。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)： (314) (315)近似條件: (316)式中 ω為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率,其一般較低。 電流環(huán)的動態(tài)性能指標 頻域指標 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖32所示,其開環(huán)頻率特性為: (310)L(ω)=20lgKI20lgω20lg(1+T∑i2ω2)189。為了讓調(diào)節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù)極點，選擇=TL, 則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以化簡為圖32：圖32 電流環(huán)簡化成典Ⅰ系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算 計算時間常數(shù)和比例系數(shù)電流調(diào)節(jié)器積分時間常數(shù): τI =Tl =電流開環(huán)增益: 要求σi%≤5%, 應(yīng)取KIT∑i=因此 KI = ∑i=（1/s）電流反饋系數(shù)β (33)于是，ACR的比例系數(shù) : (34) 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用運放取 R0 =40k(Ω),則 Ri = KiR0 = (Ω) (35) Ci =τi /Ri= (36) Coi =4Toi /R0 =4*(40*103)= (37)在工程實際中Ri取16kΩ. 校驗近似條件電流環(huán)的截止頻率ωci =KI = 晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件ωci ≤1/3Ts現(xiàn)在 ，1/3TS=1/3*=ωci ，滿足近似條件。本設(shè)計因為 δi% ≥5%且TL/T∑I =10。一般情況下,當控制對象的兩個時間常數(shù)之比TL/T∑I ≥10時,典Ⅰ系統(tǒng)的抗擾恢復時間還是可以接受的。從這個觀點出發(fā),應(yīng)該把電流環(huán)校正成典Ⅰ系統(tǒng)。 圖31 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡 確定電流環(huán)的時間常數(shù) 以下數(shù)據(jù)Ts和Toi,設(shè)計任務(wù)書已給定。再把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。反電動勢對電流環(huán)來說只是一個變化緩慢的擾動作用，在電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程中可以近似的認為E不變，即△E=0。它代表轉(zhuǎn)速環(huán)輸出量對電流環(huán)的影響。，此處詳細討論其理論依據(jù)及工程實現(xiàn)問題。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與性能指標的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算以下就可以了。簡化的基本思路是，把調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程分為兩步：第一步，先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。 基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)）（1）被控直流電動機 Pnom= kw Unom=220 v Inom= A Nnom=1500 rpm RD= Ce= V/rpm = Cm= （2）整流裝置 三相全控橋式整流電路 Rn=RB+Rγ+RN= Ks=ΔUd/ΔUk=40 Ts= ms（3）電樞回路總電阻 R＝Rn+Rs=RB+Rγ+RN+Rp+RD=（4）電樞回路總電感 L=LB+Lp+LD= mH（5）電動機軸一總飛輪矩 GD2= （6）系統(tǒng)時間常數(shù) Tl＝ s Tm= s（7）反饋濾波時間常數(shù) Toi= s Ton= s（8）調(diào)節(jié)器最大給定電壓 U*nm=U*im=8 v（9）調(diào)節(jié)器輸入回路電阻 R0=40 kΩ 設(shè)計指標 （1）負載：恒轉(zhuǎn)矩負載 Idl=（2）起動方式：空載起動到額定轉(zhuǎn)速，Ido=（3）性能指標： 1）調(diào)速范圍：D＝10 2）靜差率：S≤4% 3）電流超調(diào)量σi%≤5% 4）轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%≤10% 5) 突加負載的動態(tài)速降≤3% 6）恢復時間t?≤ 工程設(shè)計方法的基本思路用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器必須同時解決自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、抗干擾性等各方面相互矛盾的靜態(tài)、動態(tài)性能要求[8]。對主電路設(shè)計計算和各主要電氣控制單元也做了必要的闡述。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，也需要在轉(zhuǎn)速給定通道配上時間常數(shù)為Ton為濾波環(huán)節(jié)[6]。其意義是：使給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計上的方便。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來延滯。 電流調(diào)節(jié)器和電流變送器的傳函 電流調(diào)節(jié)器ACR的傳遞函數(shù)Uct (s ) /〔Un*( s )βId(s)〕= Ki (τis+1) /τis（Tois+1）其中： Ki=Ri/Ro—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) τi=RiCi—電流調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)Toi=—電流反饋濾波時間常數(shù) β—電流反饋系數(shù) 電流變送器LB的傳遞函數(shù) βId (s) / Id (s)= β (v/A) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速變送器的傳函 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的傳遞函數(shù)U i* (s) / {U n* (s) αn (s)} =Kn (τns+1) /τns（Tons+1）其中：Kn=Rn/