【正文】 2021 屆畢業(yè)論文 第 8 頁 共 36頁 （ 2） 特點(diǎn) ① 輸出電壓與輸入電壓成正比。 一、比例 積分調(diào)節(jié)器 1． 比例（ P）調(diào)節(jié)器 電路如圖 15a 所示。 ③ 無靜差直流調(diào)速 系統(tǒng) 上面討論的是有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)，其自動調(diào)節(jié)作用只能盡量減少系統(tǒng)的靜差（穩(wěn)態(tài)誤差），而不能完全消除靜差。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性就是在每條開環(huán)機(jī)械特性上取得一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，再由這些點(diǎn)集合而成。而在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，轉(zhuǎn)速稍有下降，反饋電壓也隨之減少，通過放大器的比較和放大，提高晶閘管整流裝置的輸出電壓 Udo，使系統(tǒng)工作在新的機(jī)械特性上，因而轉(zhuǎn)速能有所回升，使得閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降比開環(huán)時(shí)小得多。直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降是由電樞回路中電樞電阻 RΣ 壓降引起的，構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)后這個(gè)壓降并沒有改變。適當(dāng)提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù) Kn，可以把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降減小到允許范圍內(nèi)，提高機(jī)械特性硬度。 （ 2） 靜特性方程式 根據(jù)圖 63所示轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)框圖可得到系統(tǒng)的靜特性方程式為 conmtrp dmsnnmtrp mtrp nnKKK RIKUKKKKKKn ??????? ? ?? 11 （ ） 式中的Δ nc為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降， Kn=KpKtrKmα n為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)放 大倍數(shù)。 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型 （ 1） 穩(wěn)態(tài)框圖 單閉環(huán)系統(tǒng)中的各種穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： ① 放大器： Δ U=UsnUfn Uk=KpΔ U 式中 Kp為放大器的放大倍數(shù) ② 觸發(fā)器和晶閘管整流裝置： Udo=KtrUk 式中 Ktr為觸發(fā)器和晶閘管整流 裝置的放大倍數(shù) ③ 電動機(jī)： mddoe ddo KRIUK RIUn )( ?? ???? ? 其中，?em KK 1? ④ 反饋環(huán)節(jié)： Ufn=α nn 式中 α n為速度負(fù)反饋系數(shù)。 當(dāng)放大器為比例調(diào)節(jié)器時(shí)，觸發(fā)器的控制電壓 Uk整流平均電壓 Ud0由偏差量Δ U決定，如果穩(wěn)態(tài)誤差為零，則Δ U=0，因而 Uk、 Ud0均為零，電動機(jī)就不可能旋轉(zhuǎn)。因?yàn)橹挥修D(zhuǎn)速反饋環(huán)，所以稱為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。它在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 11 的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)（測速發(fā)電機(jī) TG 和反饋電位器 RP2）和放大環(huán)節(jié)。為了滿足技術(shù)指標(biāo)要求，這時(shí)應(yīng)考慮采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)系統(tǒng)當(dāng)給定輸入信號一定時(shí)，經(jīng)過觸發(fā)電路控制晶閘管整流電路，使交流電源整流出直流電 壓 Udo 也是恒定的，電動機(jī)就以恒定的速度旋轉(zhuǎn)。改變控制電壓 UC 就可觸發(fā)器的中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 4 頁 共 36頁 脈沖控制角及整流電壓 Udo，相應(yīng)改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 2． 基本工作原理 圖 11是最簡單的晶閘管 — 直流電動機(jī)開 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 3）晶閘管觸發(fā)脈沖電路 晶閘管觸發(fā)脈沖控制是晶閘管變流器常用的控制方式，改變觸發(fā)裝置的控制電壓 Uc的大小，即可移動觸發(fā)器的脈沖相位，實(shí)現(xiàn)對整流器輸出電壓的調(diào)節(jié)。 形式：單相整流電路和三相整流電路。 圖 11 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 3 頁 共 36頁 1．系統(tǒng)的組成 1）直流電動機(jī) 直流電動機(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。不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動盡可能 地平穩(wěn)。 （ 2） 穩(wěn)速 以一定的精度在要求的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，盡可能不受外部或內(nèi)部擾動的影響，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 1） 調(diào)速 在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有級或無級地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 ⑶ 對直流調(diào)速系統(tǒng)的要求 各類不同的生產(chǎn)機(jī)械，由于其具體的生產(chǎn)工藝過程不同，對控制系統(tǒng)的性能要求也是不同的。 60 年代初，大功率晶閘管投入使用，采用晶閘管可控整流器向直流電動機(jī)供電，隨著晶閘管變流技術(shù)的日漸成熟，使直流調(diào)速系統(tǒng)更加完善。為了克服這些缺點(diǎn)， 50 年代開始使用水銀整流器作為作為可控變流裝置。早在 20 世紀(jì) 4年代，采用電動機(jī) — 發(fā)電機(jī)機(jī)組（又稱放大機(jī)控制的發(fā)電機(jī) — 電動機(jī)組系統(tǒng)）向直流電動機(jī)供電。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓方式為最好，調(diào)壓調(diào)速是調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方式。 （ 2）改變電樞回路電阻 —— 串電阻調(diào)速。 ⑴ 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速方法 直流他勵(lì)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可用下式表示 ?e ddd K RIUn ?? （ ） 式中 n—— 轉(zhuǎn)速； Ud—— 電樞電壓； Id—— 電樞電流； Rd—— 電樞回路電阻； φ —— 勵(lì)磁磁通； Ke—— 由電動機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢系數(shù)。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，而直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 I 頁 共 I頁 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................. 1 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的介紹 ....................................................................................... 1 直流電機(jī)調(diào)速的應(yīng)用 ............................................................................................ 1 常見的直流調(diào)速系統(tǒng) ............................................................................................ 2 MATLAB 與 SIMULINK 介紹 .............................................................................. 10 MATLAB 介紹 .................................................................................................... 10 2 總體方案設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 16 設(shè)計(jì)原理 ................................................................................................................... 17 3 參數(shù)設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 18 靜態(tài)參數(shù)計(jì)算 ......................................................................................................... 19 動態(tài)參數(shù)計(jì)算 ......................................................................................................... 20 4 穩(wěn)定性分析 ................................................................................................................ 21 基于 經(jīng)典控制理論的穩(wěn)態(tài)分析 ............................................................................. 21 利用 MATLAB 輔助分析 ...................................................................................... 21 5 系統(tǒng)校正設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 26 相關(guān)知識： ............................................................................................................... 26 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 28 校正后的系統(tǒng)仿真 ................................................................................................. 31 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 36 參 考 文 獻(xiàn) .................................................................................................................... 37 致 謝 .............................................................................................................................. 39 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)論文 第 1 頁 共 36頁 1 緒論 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的介紹 直流電機(jī)調(diào)速的應(yīng)用 電氣傳動主要分為直流電氣傳動和交流電氣傳動兩大類，它們分別采用直流、交流電動機(jī)為動力的傳動。直流電動機(jī)雖不如交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制 造方便、維護(hù)容易、價(jià)格便宜等，但是由于直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能和調(diào)速性能，可以方便地在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、大型起重機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)等調(diào)速性能要求較高的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。所以掌握好直流調(diào)速系統(tǒng)是很重要的。 由此可見，直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種： （ 1）改變電樞電壓 —— 調(diào)壓調(diào)速。 （ 3）改變勵(lì)磁磁通 —— 弱磁調(diào)速。 ⑵ 直流調(diào) 速系統(tǒng)的供電方式 中北大學(xué) 2021