【正文】 序運(yùn)行結(jié)果Ta =即電樞回路電磁時間常數(shù) Ta= ② 系統(tǒng)運(yùn)動部分飛輪矩相應(yīng)的機(jī)電時間常數(shù) syms GDpf R Ce Cm Tm。L=40e3。 Kp=(K*Ce)/(Ks*alpha)程序運(yùn)行結(jié)果Kp = 即 Kp= (4)計算參數(shù)與 ① 電樞回路電磁時間常數(shù) 。Ce=。K=。alpha=vpa(Un/1500,2)程序運(yùn)行結(jié)果alpha =.65e2 即 a=／ r=Kt(3)計算比例調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) 。10Un=deltaUn39。Un=*deltaUn39。 代入已知條件，得到圖 742 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖用 MATLAB程序解此方程組：syms Un deltaUn alpha。根據(jù)自動控制理論有如下方程組。 deltanc1=。 deltanop=Inom*R/Ce程序運(yùn)行結(jié)果deltanop = 即開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降 ④ 根據(jù)自動控制理論有 syms deltanop deltanc1 K。R=。 deltanc1=nnom*s/(D*(1s))程序運(yùn)行結(jié)果deltanc1 = ③ 開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降 syms Inom R Ce deltanop。s=。 Ce=(UnomInom*Ra)/nnom 程序運(yùn)行結(jié)果 Ce = 即額定磁通下的電機(jī)電動勢轉(zhuǎn)速比 Ce =② 滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍與靜差率要求時的閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降 syms nnom s D deltanc1。Ra=1。 Unom=220。解 : (1)求滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍與靜差率要求時的閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù) K。 (6)以相角穩(wěn)定裕度 γ=45176。在圖 741 圖 741 晶閘管 — 直流電機(jī)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 Simulink動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中，電機(jī)參數(shù)： , ， , ,電機(jī)電樞電阻 , VM系統(tǒng)主電路總電阻 ,電樞主回路總電感 L=40mH,拖動系統(tǒng)運(yùn)動部分飛輪矩 ,整流觸發(fā)裝置的放大系數(shù) ,三相橋平均失控時間 (1)要求系統(tǒng)調(diào)速范圍 D=15,靜差率 S=5%,求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K。請看以下示例。 用 MATLAB仿真單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 前面我們已經(jīng)用 MATLAB對解決了控制原理中的各種問題。這樣，可以分別進(jìn)行設(shè)計，分別調(diào)整 (先調(diào)好電流環(huán)，再調(diào)速度環(huán) )，調(diào)整方便。 ?　　 ③ 系統(tǒng)抗擾動能力強(qiáng)，電流環(huán)能較好地克服電網(wǎng)電壓波動的影響，而速度環(huán)能抑制被它包圍的各個環(huán)節(jié)擾動的影響，并最后消除轉(zhuǎn)速偏差。 綜上所述，可知雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)： ?　　 ① 具有良好的靜特性 (接近理想的 “挖土機(jī)特性 ”)。（ 2）增設(shè)轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋環(huán)節(jié) (Derivative Negative Feedback) 微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)就是反饋量通過電容器 C再反饋到控制端；這種反饋的特點(diǎn)是只在動態(tài)時起作用（穩(wěn)態(tài)時不起作用）。若系 統(tǒng)產(chǎn) 生振 蕩，可以采取的措施，與 調(diào)節(jié)電 流 調(diào)節(jié) 器參數(shù) 時 相同。 ③ 在 電 流 調(diào)節(jié) 器反 饋 回路 (Ri、 Ci )兩端再并 聯(lián) 一個 1～ 2ΜΩ的 電 阻 (R2)。② 降低 電 流 調(diào)節(jié) 器的增益 Ki(Ri/R0)主要是減小 Ri [通常，減小增益，有利系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定性。 ?2系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析(1)電 流 環(huán) 分析 ?直流 電動 機(jī)的等效 傳遞 函數(shù) 為 一個二 階 系 統(tǒng) （ 見 ），如今串接一個 電 流（ PI） 調(diào)節(jié) 器， 這樣電 流 環(huán) 便是一個三 階 系 統(tǒng) ，若 計及晶 閘 管延 遲 或 調(diào)節(jié) 器 輸 入 處 的 R、 C濾 波 環(huán)節(jié) (它相當(dāng)一個小 慣 性環(huán)節(jié) )，那便成了四 階 系 統(tǒng) 。此時的調(diào)節(jié)過程如圖 736所示。其機(jī)械特性近似為一水平直線，如圖 737a段所示。由圖 733可見，在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，雖然在負(fù)載擾動量 TL作用點(diǎn)前的電流調(diào)節(jié)器為 PI調(diào)節(jié)器，其中含有積分環(huán)節(jié)，但它被電流負(fù)反饋回環(huán)所包圍后，電流環(huán)的等效的閉環(huán)傳遞函數(shù)中，便不再含有積分環(huán)節(jié)了，所以速度調(diào)節(jié)器還必須采用 PI調(diào)節(jié)器，以使系統(tǒng)對階躍給定信號實(shí)現(xiàn)無靜差。整定電位器RP2，即可整定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) α，以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速。 　　假設(shè) ，其自動調(diào)節(jié)過程見圖 735。 由于 ASR也是 PI調(diào)節(jié)器，因此穩(wěn)態(tài)時 ，由此式可見，在穩(wěn)態(tài)時 。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動對轉(zhuǎn)速的影響幾乎看不出來（在僅有轉(zhuǎn)速環(huán)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動后，要通過轉(zhuǎn)速的變化，并進(jìn)而由轉(zhuǎn)速環(huán)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣調(diào)節(jié)過程慢得多，速降也大）。② 能有效抑制電網(wǎng)電壓波動的影響。由上式可見，整定電流反饋系數(shù)（調(diào)節(jié)點(diǎn)位器）或整定 ASR的限幅，即可整定的數(shù)值。圖 734電流環(huán)的自動調(diào)節(jié)過程這種保持電流不變的特性，將使系統(tǒng)能：① 自動限制最大電流。此式的物理含義是： 當(dāng)為一定的情況下，由于電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用，整流裝置的電流將保持在的數(shù)值上。（若，則積分環(huán)節(jié)將使輸出繼續(xù)改變）。 圖 733轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖1) 電流調(diào)節(jié)器 ACR的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)為由 ACR和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)， 它的主要作用是穩(wěn)定電流。這樣的數(shù)學(xué)模型，就為我們以后分析各種系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響，并進(jìn)而研究改善系統(tǒng)性能的途徑提供了一個科學(xué)而可靠的基礎(chǔ)。除了電機(jī)內(nèi)部的閉環(huán)外，它還有兩個閉環(huán)。圖中的變量由（共 12個）；此外各種參變量有：和為偏差電壓，為控制電壓， ()為整流輸出電壓 (電動機(jī)電樞電壓 )， Ia為電樞電流， E為電動機(jī)電動勢， Te為電磁轉(zhuǎn)矩。圖 732轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成框圖　 轉(zhuǎn) 速、 電 流雙 閉環(huán) 直流 調(diào) 速系 統(tǒng) 框 圖 如 圖 733所示。 ASR的輸出限幅值為，它主要限制最大電流（分析見下面）。此外， ASR和 ACR均有輸入和輸出限幅電路。在框圖中，為簡化起見，將調(diào)節(jié)器看成正相端輸入，而將極性識別放到具體線路中去。同理，由要求為負(fù)極性，則應(yīng)為正極性，又由于轉(zhuǎn)速為負(fù)反饋，所以便為負(fù)極性。這里設(shè)觸發(fā)要求為正極性，由于運(yùn)放器為反相輸入端輸入，所以應(yīng)為負(fù)極性。 ACR的輸入電壓為偏差電壓， (為電流反饋系數(shù) )，其輸出電壓即為觸發(fā)電路的控制電壓，其限幅值為。圖中速度調(diào)節(jié)器 ASR和電流調(diào)節(jié)器 ACR均為比例加積分（ PI）調(diào)節(jié)，其輸入和輸出均設(shè)有限幅電路。由于速度環(huán)包圍電流環(huán)，因此稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)（又稱副環(huán)），稱速度環(huán)為外環(huán)（又稱主環(huán)）。 圖 731轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖由圖可見，該系統(tǒng)有兩個反饋回路，構(gòu)成兩個閉環(huán)回路，（故稱雙閉環(huán)）。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 731所示。另一方面在一個調(diào)節(jié)器輸入端綜合幾個信號，各個參數(shù)互相影響，調(diào)整也比較困難。而有些調(diào)速系統(tǒng)，如龍們刨床（ Planer）、軋鋼機(jī)（ Rolling Mills）等經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短過渡過程的時間。但是由于電流截止負(fù)反饋限制了最大電流，加上電動機(jī)反電動勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流達(dá)到最大值后便迅速降下來。又采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流。 速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)速度和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。 改善系統(tǒng)動態(tài)性能是在系統(tǒng)穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)誤差小于規(guī)定值的前提下進(jìn)行的，這通常也是通過增加 PI調(diào)節(jié)器的微分時間常數(shù) T和調(diào)整增益 K來進(jìn)行的。若以此數(shù)值代入式（ 712），則。這里的 ，是一種理論上的數(shù)值，它是假設(shè) PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)增益為無窮大 為前提的。若 對 系 統(tǒng)穩(wěn)態(tài) 性能要求 較 高的 場合， 則 通常采用比例 積 分（ PI） 調(diào)節(jié) 器。 這 是反 饋 控制系統(tǒng) 的一個突出的 優(yōu) 點(diǎn)。 a）圖 719直流調(diào)速系統(tǒng)框圖的變換（變換成穩(wěn)態(tài)框圖）由圖 c可以很方便地得到因負(fù)載擾動而產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差 (轉(zhuǎn)速降 Δn) 式中 (開 環(huán) 增益 )。由圖 c可見，圖中的擾動量變?yōu)?，對比式與式，不難發(fā)現(xiàn)，的量綱式也式電流 I，可標(biāo)為，于是擾動量可標(biāo)為（），參見圖 c。 在求取穩(wěn)態(tài)誤差時，曾應(yīng)用拉氏變換終值定理來求取，如今若令圖 b中的，則圖 b可轉(zhuǎn)換為如圖 c所示的框圖。為了便于分析起見，今將比較點(diǎn) ③ 處的（ ）移至比較點(diǎn)② 處，根據(jù)比較點(diǎn)移動法則，（ ）移至 ② 處，應(yīng)乘以 和 ，即乘以 。若增益 過 大，它可能成 為 不 穩(wěn) 定系 統(tǒng) 。但若考 慮 到晶 閘 管有延 遲 ，晶閘 管整流裝置的 傳遞 函數(shù)便 為 [見 式 71]，晶 閘 管延 遲 的系 統(tǒng) 框 圖 如 圖 719a所示。這 是因 為 在堵 轉(zhuǎn)時 ， 雖 然 轉(zhuǎn) 速 n=0，反 電動勢 E＝ 0，但由于 電 流截止 負(fù) 反 饋 的作用，使 大大下降，從而 不致 過 大。當(dāng) 電 流 負(fù) 反 饋環(huán)節(jié) 起主 導(dǎo) 作用 時 的自 動調(diào)節(jié)過 程如 圖 718所示。在 a段主要是負(fù)反饋起作用，特性較硬；在b段主要是電流截止負(fù)反饋起作用，使特性下垂（很軟）。這時，由于的 下降，再加上 的增大，由式 可知，轉(zhuǎn)速將急驟下 降 ，從而使機(jī)械特性出現(xiàn)很陡的下垂。圖 717調(diào)速系統(tǒng)的 “挖土機(jī) ”機(jī)械特性 當(dāng)電樞電流大于截止電流值時，電流負(fù)反饋信號電壓 將加到放大器的輸入端，此時偏差電壓 。所以這種系統(tǒng)是以存在偏差為前提的，反饋環(huán)節(jié)只是檢測偏差，減小偏差，而不能消除偏差，因此它是有靜差調(diào)速系統(tǒng)。在這里，反饋環(huán)節(jié)只能減小轉(zhuǎn)