【正文】 態(tài)特性、動態(tài)特性以及抗擾性能進行分析，為分析靜特性我們參考如下的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構框圖如圖29所示。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內環(huán)。二者之間實行嵌套（或稱串級)聯(lián)接，如圖所示28所示。這是在最大電流轉矩受限制時調速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。為此，在電機最大允許電流和轉矩受限制的條件下，應該充分利用電機的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流轉矩為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉速時，立即讓電流降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行，這樣的理想起動過程波形示如圖27所示。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動電流和轉速波形如圖26所示。于是產生了通過轉速、電流雙閉環(huán)來控制電流和轉矩的雙閉環(huán)控制直流調速系統(tǒng)。這時單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。它的靜特性分為兩段：當時，電流截止負反饋環(huán)節(jié)不起作用，靜特性與只有轉速負反饋系統(tǒng)的相同；當后，引入了電流截止負反饋，靜特性變?yōu)椋?雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉速無靜差。帶電流截止負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖如圖25所示。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護，一過載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。另外，有些生產機械的電動機可能會遇到堵轉的情況，例如，由于故障使機械軸被卡住，或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。采用轉速負反饋的閉環(huán)調速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零。轉速負反饋閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性方程式：n=Kp*Ks*U1/Ce(1+K)Id*R/Ce(1+K)式中：Kp—放大器的電壓放大系數 Ks—電力電子變換器的電壓放大系數α—轉速反饋系數 U1—給定電壓設K= Kp* Ks*α/ Ce閉環(huán)系統(tǒng)的轉速降：ΔNcl=R*Id/(Ce(1+K))閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率：Scl=ΔNcl/Nn調速范圍：Dcl=Nn*s/( ΔNcl*(1s))可見經過適當調節(jié)Kp、Ks，可以使系統(tǒng)的特性更硬，調速范圍更寬。這時當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對速度變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的轉速能穩(wěn)定在一定的范圍內變化。轉速單閉環(huán)系統(tǒng)將反映轉速變化的電壓信號作為反饋信號，經檢測轉化與給定信號相比較并經放大后，得到移相控制電壓，用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經功放后加到晶閘管的門極和陰極之間，以改變“三相全控整流”的輸出電壓，這就構成了速度負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。轉速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖和轉速單閉環(huán)系統(tǒng)結構框圖如圖23和24所示。按反饋的方式不同可分為轉速反饋，電流反饋，電壓反饋等。為了提高直流調速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。然而，開環(huán)直流調速系統(tǒng)沒有控制結果的反饋，控制精度不高，在需要調速的生產機械對靜差率有一定的要求的場合往往不能滿住要求。圖21晶閘管——電動機調速系統(tǒng)(V——M系統(tǒng))原理圖鋸齒波同步移相觸發(fā)電路將在第3章介紹，其整流原理為三相橋式全控整流，通過改變觸發(fā)角從而改變整流電壓以進行調速，基本原理見下圖22所示。因此，自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以變壓調速為主。理想化直流電動機，直流電動機轉速方程可表示為：式中n——轉速（r/min） U——電樞電壓（V） I——電樞電流（A） R——電樞回路總電阻（） ——勵磁磁通（Wb）——由電機結構決定的電動勢常數在上式中，是常數，電流I是由負載決定的，因此調節(jié)電動機的轉速可以有三種方法：調節(jié)電樞供電電壓；減弱勵磁磁通；改變電樞回路電阻。本設計利用階次優(yōu)化的原理對系統(tǒng)的工程設計方法進行了分析。因而也就有了轉速、電流雙閉環(huán)的控制結構。由電動機的運動方程可知加速度與電動機的轉矩成正比關系，而轉矩又與電動機的電流成正比。轉速反饋閉環(huán)是調速系統(tǒng)的基本反饋形式。但電機的開環(huán)運行性能遠遠不能滿足要求。 本課題采用的技術及應用方案　根據本課題的實際情況，宜從以下兩個方面入手分析：（1）直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的工作原理及數學模型；（2）雙閉環(huán)直流調速的工程設計。（2）應用現(xiàn)代控制理論在過去，人們感到自動控制理論的研究發(fā)展很快，但是在采用方面卻不盡人意。傳統(tǒng)直流電動機的整流裝置采用晶閘管，雖然在經濟性和可靠性上都有一定優(yōu)勢，但其控制復雜，對散熱要求也較高。、外研究應用情況近30年來，電力拖動系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，但技術革新是永無止盡的，為了進一步提高電動機自動控制系統(tǒng)的性能，有關研究工作正圍繞以下幾個方面展開：（1）采用新型電力電子器件電力電子器件的不斷進步，為電機控制系統(tǒng)的完善提供了物質保證，新的電力電子器件正向高壓，大功率，高頻化和智能化方向發(fā)展。直流調速仍然是目前最可靠，精度最高的調速方法。盡管近年來直流電動機不斷受到交流電動機及其他電動機的挑戰(zhàn)，但至今直流電動機仍然是大多數變速運動控制和閉環(huán)位置伺候控制首選。有效地控制電機，提高其運行性能，對國民經濟具有十分重要的現(xiàn)實意義。1緒論、目的及意義電機自動控制系統(tǒng)廣泛應用于機械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產機械都采用電動機做原動機。在20世紀90年代大約50年的時間里，直流電動機幾乎是唯一的一種能實現(xiàn)高性能拖動控制的電動機，直流電動機的定子磁場和轉子磁場互相獨立并且正交，為控制提供了便捷的方式，使得電動機具有優(yōu)良的啟動，制動和調速性能。因為它具有良好的線性特征，優(yōu)異的控制性能，高效率等優(yōu)點。本次設計的主要任務就是應用自動控制理論和工程設計的方法對直流調速系統(tǒng)進行設計和控制，設計出能夠達到性能指標要求的電力拖動系統(tǒng)的調節(jié)器。智能功率模塊的廣泛應用，使得新型電動機自動控制系統(tǒng)的體積更小，可靠性更高。電力電子器件的發(fā)展，使稱為第二代電力電子器件之一的大功率晶體管得到了越來越廣泛的應用。但近年來，現(xiàn)代控制理論在電動機控制系統(tǒng)的應用研究方面卻出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的興旺景象，這主要歸功于兩個方面原因：第一是高性能處理器的應用；第二是在辨識，參數估值以及控制算法性能方面的理論和方法的成熟，使得應用現(xiàn)代控制理論能夠取得更好的控制效果。本課題所涉及的調速方案本質上是改變電樞電壓調速，該調速方法可以實現(xiàn)大范圍平滑調速，是目前直流調速系統(tǒng)采用的主要調速方案。按反饋控制原理組成轉速閉環(huán)系統(tǒng)是減小或消除靜態(tài)轉速降落的有效途徑。要實現(xiàn)高精度和高動態(tài)性能的控制，不僅要控制速度，同時還要控制速度的變化率也就是加速度。因而同時對速度和電流進行控制，稱為實現(xiàn)高動態(tài)性能電機控制系統(tǒng)所必須完成的工作。關于工程設計：直流電機調速系統(tǒng)是一個高階系統(tǒng)，其設計非常復雜。2 調速方案的總體選擇及論證以下介紹在直流調速系統(tǒng)中比較常用的開環(huán)控制、轉速負反饋控制、轉速、電流雙閉環(huán)控制等控制方法。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統(tǒng)來說，以調節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，改變電阻只能實現(xiàn)有級調速，減弱磁通雖然能夠平滑調速，但是調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速以上小范圍的弱磁升速。 開環(huán)直流調速系統(tǒng)圖21中VT是晶閘管可控整流器，通過調節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調速。 圖22三相橋式全控整流電路開環(huán)直流調速系統(tǒng)控制電路簡單，有利于在實驗室實現(xiàn)，并且能實現(xiàn)一定范圍內的無級調速，如果負載的生產工藝對運行時的靜差率要求不高，這樣的開環(huán)調速系統(tǒng)是可以滿住要求的。例如龍門刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時負載大小常有波動，但是為了保證工件的加工精度和加工后的表面潔凈度，加工過程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說，靜差率不能太大，這時就不能使用開環(huán)直流調速系統(tǒng)了。對調速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調速指標較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速單閉環(huán)使用較多。 圖 23轉速單閉環(huán)系統(tǒng)原理圖圖24轉速單閉環(huán)系統(tǒng)結構框圖可見轉速單閉環(huán)系統(tǒng)實際上是開環(huán)直流調速系統(tǒng)的“閉環(huán)化”。電機的轉速隨給定電壓變化，電機最高轉速