【正文】 % 畫閉環(huán)系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。[Gm,Pm,Wcq,Wcp]=margin(W)figure(2)。bode(W,w) % 畫開環(huán)系統(tǒng)的伯德圖。w=logspace(0,3,50)。den=conv([ 1],den1)。clearclcnum=[]。 ()于是，得出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是： ()。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式 ()。因此必須增設(shè)動(dòng)態(tài)校正裝置以滿足穩(wěn)定要求。 由式 () 可知，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為 ()其一般表達(dá)式為 ()根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是依據(jù)穩(wěn)定條件得 ()即 ()化簡整理得 為臨界放大系數(shù)。系統(tǒng)的穩(wěn)定條件，反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ()式中。 直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為。為電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量（）,為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流比（）。假定主電路電流連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓方程為 ()由此可知電樞回路的電壓平衡方程式為 () 在零初始條件下，對上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得 ()則電壓與電流間的傳遞函數(shù)為 ()式中，為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。所以晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù)便可近似成一階慣性環(huán)節(jié)。構(gòu)成系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)是電力電子變換器和直流電動(dòng)機(jī)。為滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為=()求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)① 電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢系數(shù)： ()② 開環(huán)系統(tǒng)的額定速降： ()③ 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為 ()計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)測速反饋系數(shù)包含測速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比和電位器RP2的分壓系數(shù)，即 ()根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的數(shù)據(jù)。三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，它決定了控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)，有了基本環(huán)節(jié)組成系統(tǒng)之后，再通過動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)，就可使系統(tǒng)臻于完善。而測速發(fā)電機(jī)電壓中的換向紋波、制造或安裝不良造成轉(zhuǎn)子偏心等等，都會(huì)給系統(tǒng)帶來周期性的干擾。對于上述調(diào)速系統(tǒng)來說，反饋檢測裝置就是測速發(fā)電機(jī)。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。③ 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。它的微小變化都會(huì)使被調(diào)量隨之變化，絲毫不受反饋?zhàn)饔玫囊种啤０凑湛朔?fù)載擾動(dòng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，則其他擾動(dòng)也就自然都受到抑制?？箶_性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。但是，如果在反饋通道上的測速反饋系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。上面只討論了負(fù)載變化這樣一種擾動(dòng)作用，除此之外，交流電源電壓的波動(dòng)（使變化）、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化（造成變化）、放大器輸出電壓的漂移（使變化）、由溫升引起主電路電阻的增大等等，所有這些因素都和負(fù)載變化一樣，最終都要影響到轉(zhuǎn)速，都會(huì)被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負(fù)反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用，但完全服從給定作用。實(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為： ()只有，才能使，而這是不可能的。從靜特性分析中可以看出，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。各種其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律[3]。直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)獨(dú)立的電路：一個(gè)是電樞回路，另一個(gè)是勵(lì)磁回路。⑤ 直流電機(jī)環(huán)節(jié)。④ 速度檢測環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的作用是進(jìn)行功率放大，將輸入信號(hào)放大成整流電壓。它一般由P（Proportion）、I（Integral）、PI（Proportion Integral）運(yùn)算放大器組成，用來將給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行比較和放大。用來產(chǎn)生給定控制信號(hào)，它一般由高精度的直流穩(wěn)壓電源和用于改變給定信號(hào)的精密電位器組成。這就組成了反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。為了減小負(fù)載波動(dòng)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響可以采取帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差來自動(dòng)調(diào)節(jié)整流器的輸出電壓，從而保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。從總體來看，開環(huán)VM系統(tǒng) 的機(jī)械特性是很軟的，一般滿足不了工業(yè)生產(chǎn)對調(diào)速系統(tǒng)的要求，通常需要設(shè)置反饋環(huán)節(jié)，以改善系統(tǒng)的機(jī)械特性。這相當(dāng)于把總電阻換成一個(gè)更大的等效電阻，其數(shù)值可以從實(shí)測特性上計(jì)算出來。當(dāng)主回路電感量足夠大，電動(dòng)機(jī)又有一定的空載電流時(shí)，可近似認(rèn)為電動(dòng)機(jī)工作電流連續(xù)，可把特性曲線直線段的延長線與縱軸的交點(diǎn)作為理想空載轉(zhuǎn)速。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，特性較硬而且呈線性；電流斷續(xù)時(shí)，特性較軟且呈顯著的非線性。這時(shí)，隨著負(fù)載電流的減小，反電動(dòng)勢反而急劇升高，如圖中虛線所示。由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動(dòng)的，相應(yīng)的負(fù)載電流也是脈動(dòng)的。系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)，完全取決于電樞回路電阻及所加負(fù)載的大小。電樞回路就產(chǎn)生相應(yīng)的電流，此時(shí)即產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降。式中 ——電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比，即； ——整流電壓一個(gè)周期中的波頭數(shù)； ——開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速； ——開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。二、開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性[1]① 電流連續(xù)時(shí)。第二節(jié) 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一、系統(tǒng)的組成和工作原理直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由給定信號(hào)、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。直流穩(wěn)壓電源。晶閘管觸發(fā)整流電路裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓，電壓放大系數(shù)，VM系統(tǒng)電樞回路的總電阻。同時(shí)對兩種性能指標(biāo)的有關(guān)參數(shù)作了簡要分析。然后著重闡述了調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。第五節(jié) 本章小結(jié)本章對運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真和調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了簡要闡述。數(shù)控機(jī)床的加工軌跡控制和仿形機(jī)床的跟蹤控制要求有較嚴(yán)格的跟隨性能；而雷達(dá)天線隨動(dòng)系統(tǒng)則對跟隨性能和抗擾性能都有一定的要求。 實(shí)際控制系統(tǒng)對于各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求各不相同。從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量恢復(fù)到與新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入的或范圍之內(nèi)所需的時(shí)間，稱為恢復(fù)時(shí)間，如圖13所示。調(diào)速系統(tǒng)突加額定負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)降落稱為動(dòng)態(tài)速降?？箶_性能指標(biāo)定義如下[1]：1　 動(dòng)態(tài)降落。這一恢復(fù)過程就是系統(tǒng)的抗擾過程。本文只討論單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。對于一般要求的系統(tǒng)，可以根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，哪一方面的性能是主要的，就以哪一方面為主。在實(shí)際系統(tǒng)中，快速性和穩(wěn)定性往往是相互矛盾的。在階躍響應(yīng)過程中，輸出衰減到與穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入或的允許誤差范圍之內(nèi)所需的最小時(shí)間，稱為調(diào)節(jié)時(shí)間，又稱為過渡過程時(shí)間。在階躍響應(yīng)過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比的百分值，稱為超調(diào)量，即 ()超調(diào)量反映了系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，超調(diào)量越小，相對穩(wěn)定性越好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。在階躍響應(yīng)過程中，輸出量從零開始，第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)歷的時(shí)間稱為上升時(shí)間，它反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性。跟隨性能指標(biāo)交直流調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能指標(biāo)一般用零初始條件下，系統(tǒng)對階躍給定輸入信號(hào)的輸出響應(yīng)過程來表示。由于實(shí)際系統(tǒng)存在著電磁和機(jī)械慣性，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)總有一個(gè)動(dòng)態(tài)過程?？梢娬{(diào)速要解決的問題就是如何減少轉(zhuǎn)速降落。對于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，它的特性硬度或值是一定的，因此由式 () 可見，對靜差率的要求越小，則系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍越小。脫離了對靜差率的要求，任何調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，靜差率要滿足要求也就容易得多了[3]。由此可見，離開了對靜差率的要求，調(diào)速范圍便失去了意義。調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)是相互聯(lián)系的。在一個(gè)交直流調(diào)速系統(tǒng)中，如果能滿足最低速時(shí)的靜差率要求，則大于最低速的靜差率一般都滿足要求。根據(jù)式 () 的定義，由于，所以。然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。目前交直流調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以做到。對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，如磨床，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速來定義調(diào)速范圍。調(diào)速范圍交直流調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下，運(yùn)行的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比，用表示，即 ()對于調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)來說，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速等于其額定轉(zhuǎn)速。一、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)所謂穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是指系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)，如調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的調(diào)速范圍和靜差率等。對頻繁啟、制動(dòng)的設(shè)備要求盡可能快地加、減速，縮短啟、制動(dòng)時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械，則要求啟，制動(dòng)盡可能的平穩(wěn)。以一定的精度在要求的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，不因各種可能的外來振動(dòng)（負(fù)載變化、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等）而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，有級(jí)或無級(jí)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。所謂的模型化圖形輸入是指Simulink提供了一些按功能分類的基本系統(tǒng)模塊，用戶只需知道這些模塊的輸入、輸出及模塊的功能，而不必考慮模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的使用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需的系統(tǒng)模型（），進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析[2]。它是一種集數(shù)學(xué)計(jì)算、分析、可視化、算法開發(fā)與發(fā)布等于一體的軟件平臺(tái)，通過MATLAB及其相關(guān)工具箱，可以在統(tǒng)一的平臺(tái)下完成相應(yīng)的科學(xué)計(jì)算工作。在研究單位和工業(yè)界，MATLAB也成為工程師們必須掌握的一種工具，被認(rèn)作進(jìn)行高效研究與開發(fā)的首選軟件。自1984年MathWorks公司推出以來，MATLAB以驚人的速度應(yīng)用于自動(dòng)化、汽車、電子、儀器儀表和通訊等領(lǐng)域與行業(yè)。1980年，美國新墨西哥州大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任Cleve Moler在給學(xué)生講授線性代數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在高級(jí)語言編程上花費(fèi)很多時(shí)間，于是著手編寫供學(xué)生使用的FORTRAN子程序庫接口程序，他將這個(gè)接口程序取名為MATLAB。其中主要對單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真[1][2]。目前，比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件是MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。顯然，求解這樣簡單的問題需要花費(fèi)很多時(shí)間，并且由于沒有納入規(guī)范，往往不能保證求解結(jié)果的正確性。在控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真初期，往往需要仿真技術(shù)人員自己用BASIC等語言去編寫數(shù)值計(jì)算程序。因此，凡是要用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，幾乎都可以用計(jì)算機(jī)仿真來研究被仿真系統(tǒng)的工作特點(diǎn)、選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案。它是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種方法。20世紀(jì)70年代后，矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控