【正文】 SIMULINK界面為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，用戶建模通過(guò)簡(jiǎn)單的單擊和拖動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來(lái)畫畫一樣容易。因此， MATLAB 已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算應(yīng) 用軟件之一。 MATLAB 語(yǔ)言集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視和程序設(shè)計(jì)于一體，并能用人們熟悉的符號(hào)表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 示出來(lái)，在工程計(jì)算方面具有不可比擬的優(yōu)越性，它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。這些工具箱就是專業(yè)部分?；静糠职?:矩陣的各 種運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。 ⑤ 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。 ④ 智能化程度高。能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。 MATLAB 的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫，易于科技人員交流。每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有 nm? 個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。在控制 界，很多著名專家和學(xué)者為其擅長(zhǎng)的領(lǐng)域開發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。這使它成為國(guó)際控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的首選軟件工具。MATLAB 是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。 ⑤ 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容值（取 ?? KR 400 ） ?????? KKRKR nn 4 6 ，取 470 ?K FFRC nnn ??? 63 ????? ，取 F? FFRTC onon ?? 1101040 630 ?????? ，取 1 F? ⑥ 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量： ? ?mnNNbn TTnnzCC ????????????? ?? ?? m a x2 當(dāng) h=5 時(shí) %%100m a x ???bCC 而 m in/ in/ rrC RIn edN ????? 因此， %10% % ???????n?，滿足設(shè)要求。 (3) 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì) ① 確定時(shí)間常數(shù) a 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為 sT i ?? b 轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù) onT ： 根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取 onT = c 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) nT? ： sTTT onin ??? ?? ② 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 由于設(shè)計(jì)要求無(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)要求，應(yīng)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速環(huán)。 (1)．電動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 ① 由NNaNe n IRUC ?? 得 136 1 4 6 ?????? N NeNa I nCUR1 （ ? ） ② ??? fff IUR （ ? ） ③ 勵(lì)磁電感在恒定磁場(chǎng)控制時(shí)可取 0，則電樞電感估算如下： ???? ???? NN Na Ipn CUL （ H） ④ 電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感： ???? f eaf I CL （ H） ⑤ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2 ???? gGDJ （ 2mkg? ） ⑥ 額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩 7 11 3 61 3 ????? NeL ICT （ mN? ） (2) 電流環(huán)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) sTs ? ； b 電流濾波時(shí)間常數(shù) oiT ： 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有 （ 1～ 2）oiT =，因此， oiT =2ms=； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 c 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) iT? ： sTTT oisi ???? ② 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求： i? ≤ 5%，而且 0 0 3 ????ilTT，因此可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器用 PI 型，其傳遞函數(shù)為 ? ? ssKsW iiiACR ?? 1?? ③ 確定電流調(diào)節(jié)器參數(shù) ACR 超前時(shí)間常數(shù) sTli ??? 電流環(huán)開環(huán)增益：要求 i? ≤ 5%時(shí)應(yīng)取 ??iITK ， 因此 3 50 0 3 ???? ? iciI TK ? （ 1?s ） 于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?????? siIi KRKK ?? ④ 檢驗(yàn)近似條件 電流環(huán)截止頻率 ?? Ici K? a 晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件為 sci T31?? ： cis ssT ????? ?? 11 13 1，滿足近似條件； b 忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件 lmci TT13?? ： cilm ssTT ????? ?? 11 1313，滿足近似條件； c 小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 oisci TT131?? ： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 ciois ssTT ????? ?? 11 131131，滿足近似條件。 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： rV m in / ??? （≈ 10V/ maxn ）。 (4) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 2— 11 所示，圖中 *nU 為轉(zhuǎn)速給定電壓， n?? 為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓 *iU 。 這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 ? ? ? ? ? ? ? ?? ?11112 ???????? sTsTCsRKsTsTCRssKsWnmennnnmennnn ?? ?????? （ 2— 38） 令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 NK 為 mennN TCRKK ?? ?? （ 2— 39） 則 ? ? ? ?? ?112 ??? ? sTs sKsW nnNn ? 上述結(jié)果所需服從的近似條件歸納如下： iI TK?? 31? （ 2— 40） onI TK31?? （ 2— 41） (3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 nK 和 n? 。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那是線性系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。 (2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波的反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 ???sUn* ，再把時(shí)間常數(shù)為 IK1 和 onT 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 onIn TKT ??? 1 （ 2— 36） 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中。 接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 ??sUi* ，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為 ? ?? ?? ?111* ??? sKsWsUsIIc liid ?? （ 2— 35） 這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù) IK1 的一階慣性環(huán)節(jié)。 20R20R20R20RCo iCo i balRAR1CiUcUi*dI??++ 圖 2— 10 含給定濾波與反饋濾波的 PI型電流調(diào)節(jié)器 根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，可以容易地導(dǎo)出 0RRK ii? （ 2— 29） iii CR?? （ 2— 30） oioi CRT 041? （ 2— 31） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) (1) 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)??sWcli 。在一般情況下，希望電流超調(diào)量 i? =5%，由表 2— 2，可選 ? =， iITK? =，則 iciI TK ??? 21? （ 2— 27） 再得用式（ 2— 21）和式（ 2— 22）得到 ?????????? ?? ilsisli TTKRTK RTK ?? 22 （ 2— 28） (4) 電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) 含給定濾波和反饋濾波的模 擬式 PI 型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 2— 10 所示。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇 li T?? （ 2— 22） 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖 2— 14 所示的典型形式，其中 RKKK i siI ? ?? （ 2— 23） 上述結(jié)果是在一系列假定條件下得以的，現(xiàn)將用過(guò)的假定條件歸納如下，以便具體設(shè)計(jì)時(shí)校驗(yàn)。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型 I 型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成???sUi* ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，從其中可以看出兩個(gè)濾波時(shí)間常數(shù)取值相同的方便之處。這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，也就是說(shuō)，可以暫且把反電動(dòng)勢(shì)的作用去掉。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速正比，它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時(shí)間常數(shù)為 onT 的給定濾波環(huán)節(jié) [2]。其意義是，讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)相同的延時(shí)，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶?lái)設(shè)計(jì)上的方便。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)表示，其濾波時(shí)間常數(shù) oiT 按需要選定，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2— 9 所示，其中的濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。 典型 I 型系統(tǒng)和典型 II 型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，一般來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)性能中典型 I 型系統(tǒng)可以在跟隨性能上做到超調(diào)量小，但抗擾性能稍差；而典型 II型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。由此可見， h=5 是較好的選擇，這與跟隨性能中調(diào)節(jié)時(shí) 間 st 最短的條件是一致的。這個(gè)趨勢(shì)與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與 h 值的關(guān)系恰好相反，反應(yīng)了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。 典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系列于表 24。把各項(xiàng)指標(biāo)綜合起來(lái)看， h=5 時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性能比較適中。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 表 23 典型 II 型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)（按 minrM 準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系） h 3 4 5 6 7 8 9 10 σ % % % % % % % % Ttr Tts k 3 2 2 1 1 1 1 1 由于過(guò)渡過(guò)程式衰減振蕩性質(zhì)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨 h 的變化不是單調(diào)的， h=5 時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短。參數(shù)之間的關(guān)系如下： 122 ??hhc?? （ 2— 15） 211 ??hc?? （ 2— 16） 222211 2 12 112 1 ThhhhThK c ????????????? ??? （ 2— 17） 典型 II 型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 a 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo) 在階躍輸入和斜坡輸入下， II 型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)都是無(wú)誤差的，在加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與開環(huán)增益 K 成反比。所不同的是，待定的參數(shù)有 K 和 ? 兩個(gè)。要實(shí)現(xiàn)圖 28b 的特性，顯然應(yīng)保證 Tc 11 ???? 或 T?? 而相角穩(wěn)定裕度為 Ta r c tga r c tgTa r c tga r c tg cccc ??????? ?????? ?? 180180 ? 比 T 大得越多，則系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。 ② 典型 II 型系統(tǒng) 典型 II 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ? ? ? ?? ?112 ??? 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