【正文】 從無(wú)靜差的角度看積分控制優(yōu)于比例控制，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。采用比例積分調(diào)節(jié)器代替比例放大器后，可以使系統(tǒng)穩(wěn)定且有足夠的穩(wěn)定裕量。 單閉環(huán)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 上面介紹的采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其控制作用需要用偏差來(lái)維持，屬于有靜差調(diào)速系統(tǒng)，只能設(shè)法減少靜差，無(wú)法從根本上消除靜差。 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)：圖 33 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由圖 33 可知，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)是12W(s)= （）)1)(12??sTsTKml反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為：+ + +1=0 （）31sKlm?21)(slmsKm?1根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯古爾維茨判據(jù)穩(wěn)定條件就只有： 0，整理后得KTslm?1)(smTsl?1K (）slmT2)(?式（）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù) ,當(dāng) K ≥ 時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)屬于有靜差調(diào)速?01??系統(tǒng)。K 越大，穩(wěn)態(tài)速降越小，靜特性就越硬，在一定靜差率要求下的調(diào)速范圍越寬。CeKSp/?? 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流(或轉(zhuǎn)矩)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相似，但本質(zhì)上卻有很大不同，因此稱為“靜特性” ，以示區(qū)別。 圖 32 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 11圖中各方塊中的符號(hào)代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)，或稱傳遞系數(shù)。 圖 31 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)10 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 忽略各種非線性因素，各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性；工作在 VM 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的連續(xù)段；忽略直流電源和電位器的等效電阻。圖 31 所示為采用晶閘管相控整流器供電的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)，所以稱為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，輸出量是轉(zhuǎn)速，通常引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)是把反映輸出轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)反饋到系統(tǒng)輸入端，與給定電壓比較，形成一個(gè)閉環(huán)。根據(jù)自動(dòng)控制原理，為了克服開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。例如龍門(mén)刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時(shí)負(fù)載大小常有波動(dòng)，但是，為了保證工件的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過(guò)程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說(shuō)，靜差率不能太大，一般要求，調(diào)速范圍 D=20～40，靜差率 s≤5%。它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。（1）調(diào)速范圍生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速 n 和最低轉(zhuǎn)速 n 之比叫調(diào)速范圍，用字母 Dmaxmi表示，即8D= ()minax其中的 和 一般都是指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)maxnin床，例如精密磨床，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。為了進(jìn)行定量的分析，可以針對(duì)前兩項(xiàng)要求定義兩個(gè)調(diào)速指標(biāo)，叫做“調(diào)速范圍” 和“靜差率”。（3）加、減速。（2）穩(wěn)速。歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有以下三個(gè)方面：（1） 調(diào)速。何一臺(tái)需要控制調(diào)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。圖 斷續(xù)段特性的近似計(jì)算在開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系，即控制是單方向進(jìn)行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。n= （U doIdR）=n 0Δn （）eC1其中：Δn 為轉(zhuǎn)速降，Δn 越小，機(jī)械特性的硬度越大。或直接用連續(xù)段特性的延長(zhǎng)線來(lái)逼近斷續(xù)段特性。機(jī)械特性的近似處理方法：在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線交點(diǎn) n0 作為理想空載轉(zhuǎn)速。圖 完整的 VM 系統(tǒng)的機(jī)械特性圖 圖 斷續(xù)段特性的近似計(jì)算（4）VM 系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn)：圖 繪出了完整的 VM 系統(tǒng)機(jī)械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。對(duì)于每一條特性，求解過(guò)程都計(jì)算到 ? = 2?/3 為止，因?yàn)?? 角再大時(shí)，電流便連續(xù)了。以三相半波整流電路構(gòu)成的 VM 系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性須用下列方程組表示：6n= （）)1(])6sin(6[sinco2cot cot???????????eCeaaUId= [cos( )cos( +θ) θn （）R23?2UCe式中 ψ=arctan ；? 為一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通角。上述分析說(shuō)明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個(gè)線性的可控電壓源。（1）電流連續(xù)情況：改變控制角 ?，得一組平行直線，這和 GM 系統(tǒng)的特性很相似，如圖 所示。3，晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，VM 系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為n= (Ud0IdR)= ( Umsin cosa IdR) （）Ce1e1?式中 Ce = Ke?N —電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。?當(dāng) 0 ? ?/2 時(shí)，Ud0 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) ?/2 ? ?max 時(shí)， Ud0 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。用觸發(fā)脈沖的相位角 ? 控制整流電壓的平均值 Ud0 是晶閘管整流器的特點(diǎn)。圖 23 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(VM 系統(tǒng))的原理圖1，系統(tǒng)的組成及調(diào)節(jié)原理系統(tǒng)的組成圖如 ，調(diào)節(jié) →改變移相角 α→改變 Ud→n 改變*nU2，觸發(fā)脈沖的相位控制調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時(shí)電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。其電路如圖 22 所示 圖 22 三相橋式全控整流電路原理圖4 直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及開(kāi)環(huán)特性晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 VM 系統(tǒng)) 整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成，在圖 23 所示的 VM 系統(tǒng)中，只通過(guò)改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來(lái)改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開(kāi)環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽(yáng)極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成的。整流電路可以分為不可控、半控、全控三種。但晶閘管一旦導(dǎo)通，不管控制極有沒(méi)有電壓，只要陽(yáng)極與陰極之間維持正向電壓，則晶閘管就維持導(dǎo)通。當(dāng)在晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓時(shí)，若在控制極與陰極之間沒(méi)有電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會(huì)導(dǎo)通。晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如下圖 21 所示。第四部分為軟件仿真部分，用 MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真研究，對(duì)仿真結(jié)果分析、研究，驗(yàn)證控制方案的合理性。第二部分為單閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)部分，研究單閉環(huán)(轉(zhuǎn)速負(fù)反饋)有靜差和無(wú)靜差工作的系統(tǒng)靜特性并進(jìn)行相關(guān)分析。 課題分析與論文主要內(nèi)容本課題以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，第一部分說(shuō)明晶閘管的整流技術(shù)，直流調(diào)速系統(tǒng)的主要問(wèn)題和 VM 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)特性。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的2延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。盡管目前各種交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的發(fā)展，但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 課題的提出及研究意義電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。 double loop。s mechanical properties, thereby changing the motor characteristic and load mechanical characteristics of the intersection, the stable operation of the motor speed change. This paper focuses on the SCR motor speed control system of openloop mechanical properties of the work, single loop with static error and poor working system with no static static properties, mechanical properties and the double closedloop system closedloop control characteristics were tested. And apply the MATLAB software system model was simulated. Keywords: DC motor speed。本文以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，先是分析晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)工作機(jī)械特性，然后分析單閉環(huán)有靜差和無(wú)靜差工作的系統(tǒng)靜特性，以及著重對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的機(jī)械特性設(shè)計(jì)與分析，并應(yīng)用 MATLAB 軟件對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真研究。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，已滿足工作機(jī)械的要求。自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 III學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。I 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )BACHELOR DISSERTATION 論文題目：直流電機(jī)晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士