【正文】 (26) 按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為 sTKsU sUsW se)( )()( sc0ds ??? (27) u 2 u d Uc t t a1 0 Uc1 Uc2 a1 t t 0 0 0 a2 a2 Ud01 Ud02 Ts O O O O 圖 25 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間 將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則式（ 28）變成 ?????????33s22ssssss!31!211ee)( ss sTsTsT KKKsW sTsT (28) 考慮 到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。 表 21 各種整流電路的失控時(shí)間（ f =50Hz） 整流電路形式 最大失控時(shí)間（ ms） 平均失控時(shí)間（ ms） 單相半波 單相橋式（全波） 三相半波 三相橋式、六相半波 20 10 10 5 在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 smaxs 21TT ? ，并認(rèn)為是常數(shù)。 圖 24 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入 輸出特性和 sK 的測(cè)定 圖 23 完整的 V M 系統(tǒng)機(jī)械特性 在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時(shí)間引起的。設(shè)計(jì)時(shí)，希望整個(gè)調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線性范圍之中，并有一定的調(diào)節(jié)余量。 實(shí)際的觸發(fā)電路和整流電路都是非線性的，只能 在一定的工作范圍內(nèi)近似看成線性環(huán)節(jié)。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，特性比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。對(duì)應(yīng)于 ? = 2? /3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。 △ n = Id R / Ce n Id IL O LIdI LI dI 圖 22 電流連續(xù)時(shí) V M 系統(tǒng)的機(jī)械特性 當(dāng)阻抗角 ? 值已知時(shí)，對(duì)于不同的控制角 ? ，可用數(shù)值解法求出一族電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。 當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。 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)， V M 系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為 )c osπs i nπ(1)(1 dmedd0e RImUmCRIUCn ???? ? （ 21） 式中， eC —— 電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)， Nee ΦKC ? 圖 22電流連續(xù)時(shí) VM 系統(tǒng)的機(jī)械特性，改變控制角 ? ，得一族平行直線，圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時(shí)電流波形可能斷續(xù)，公式（ 21）已經(jīng)不適用了。 2）晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和過(guò)高的 dV/dt 與 di/dt都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。圖中 VT是晶閘管可控整流器，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT的控制電壓 cU 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 本設(shè)計(jì)選用第二種靜止可控整流器。 3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。 2）靜止可控整流器。 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： 1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。改變電阻只能 實(shí)現(xiàn)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，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的弱磁升速。 3）改變電樞回路電阻 R 。 在上式中， eK 是常數(shù)，電流 I 是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法 : 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 。 直流拖動(dòng)控制系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)就要求結(jié)合給定的初始條件來(lái)完成直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求繪制該調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)。怎樣才能做 到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。原因是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是比較基礎(chǔ)比較容易掌握的，它可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。 關(guān)鍵詞 ：轉(zhuǎn)速環(huán) 電流環(huán) 調(diào)節(jié)器 Simulink Abstract This article describes the design of the DC drive system based on the method of engineering design, and the most monly used speed and current dualloop speed control system design methods are also derived in detail. In this article, the doubleloop DC Speed Control System and the speed of the current performance of the two regulators are illustrated, and a detailed analysis of the system which starts the design process and parameters is also made. In this process, using Simulink of DC Motor Speed Governing System Modeling and Simulation, I make a analysis of speed and current waveforms, and debugging to improve the system tends and make it more reasonable. Key words: loop of revolution rate loop of current regulator Simulink 目 錄 第一章 前言 ........................................................... 1 直流拖動(dòng)控制系統(tǒng) .............................................. 1 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制 ........................................ 3 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 .................................. 3 靜止式可控整流器 ......................................... 3 晶閘管 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性 ............................. 4 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù) ................ 5 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析 ............................ 7 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) ................................ 7 限流保護(hù) —— 電流截止負(fù)反饋 .............................. 9 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 ........................... 10 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 ................. 11 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 ..................... 13 第三章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 ........... 15 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特 性 ....................... 15 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 ..................... 16 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 ...................................... 17 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 ....................... 19 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析 .................. 20 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 ....................... 20 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 ......................................... 20 按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器 ......................... 21 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ........................................ 22 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ........................................ 24 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系 .................................... 27 第四章 Matlab 仿真及結(jié)果分析 ......................................... 29 工程設(shè)計(jì)舉例 ................................................. 29 電流環(huán)的設(shè)計(jì) ............................................ 29 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) ............................................ 31 在 Simulink 環(huán)境下的仿真及分析 ................................ 32 電流、轉(zhuǎn)速雙環(huán) .......................................... 32 起動(dòng)過(guò)程分析 ............................................ 34 電流環(huán) .................................................. 36 轉(zhuǎn)速環(huán) .................................................. 38 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題 .............................. 40 反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性 .................................... 40 比例調(diào)節(jié) ................................................ 42 比例積分控制規(guī)律 ........................................ 43 仿真結(jié)果分析總結(jié) .............................................. 44 參考文獻(xiàn) ............................................................. 46 致 謝 ............................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 摘要 本文介紹了基于工程設(shè)計(jì)方法對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 對(duì)最常用的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。說(shuō)明 了 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理 和轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的性能 ， 詳細(xì)分析了系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程及參數(shù)設(shè)計(jì)，運(yùn)用 Simulink進(jìn)行直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真，分析轉(zhuǎn)速和電流的波形 ，并進(jìn)行調(diào)試，使系統(tǒng)趨于完善，合理 。 第一章 前言 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性 能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)程，采用電流負(fù)反饋就可以得到近似的恒流過(guò)程。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需先對(duì)控制系統(tǒng)的組成及工作原理進(jìn)行分析，弄清楚調(diào)速系統(tǒng)每個(gè)組成部分的作用，弄清楚轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的工作原理 ，合理選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)以便進(jìn)行合理的工程設(shè)計(jì)。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為 ΦK IRUn e?? 式中 n —— 轉(zhuǎn)速（ r/min）； U —— 電樞電壓（ V ）； I —— 電樞電流（ A ）；