【正文】 動態(tài)指標為：，也滿足設計要求。（2）選擇轉速調節(jié)器結構按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負載擾動點后已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié),為了實現(xiàn)轉速無靜差,還必須在擾動作用點以前設置一個積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設計要求，轉速調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設計PI調節(jié)器。（3）選擇調節(jié)器的參數(shù) 轉速開環(huán)增益： ASR的比例系數(shù)：（4）近似校驗 轉速截止頻率為：①電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：，滿足條件；②轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：（5）檢驗轉速超調量當h=5時，,:，滿足設計要求。PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需用的功率器件少；開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右；若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗干擾能力強；功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)效率因數(shù)比相控整流器高。 脈寬調制變換器 在干線鐵道電力機車、工礦電力機車、城市電車和地鐵電機車等電力牽引設備上，常采用直流串勵或復勵電動機，由恒壓直流電網(wǎng)供電。為了節(jié)能，并實行無觸電控制，現(xiàn)在多改用電力電子開關器件，如快速晶閘管，GTO，IGBT等。直流斬波器電動機系統(tǒng)的原理如圖3—1a所示，其中VT用開關符號表示任何一種電力電子器件，VD表示續(xù)流二極管。如此反復，得到電樞端電壓波形u=f(t),如圖3—1b所示，好象是電源電壓Us在ton時間內被接上，又在（Tton）內被斬斷，故稱為“斬波”。圖3—1脈寬調制變換器電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖 a）原理圖 b)電壓波形圖 如圖3—2 a)所示，給出了一種可逆脈寬調速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1—VT2共4個電力電子開關器件構成橋式（或稱H形）可逆脈沖寬度調制（PULSE WIDTH MODULATION，簡稱PWM）變換器。改變兩組開關器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機兩端電壓波形如圖3—2 b)所示圖3—2 橋失可逆脈寬調速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形a)基本原理圖 b)電壓波形如果用ton表示VT1和VT4導通的時間，開關周期T和占空比ρ的定義和上面相同，則電動機電樞端電壓平均值為：Ud=(ton/T)*Us [（Tton）/ T]* Us=（2*ton/ T1）* Us=（2ρ1）*Us脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的方法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調節(jié)電機轉速。圖3—5 橋式可逆PWM變換器雙極式控制可逆PWM變換器的4個驅動電壓波形如圖3—6所示。在一個開關周期內，當0≤tton時，Uab= Us，電樞電流id沿回路1流通；當ton≤tT時，驅動電壓反相，id沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，Uab=Us。圖3—6也繪出了雙極式控制時的輸出電壓和電流波形。電動機的正反轉則體現(xiàn)在驅動電壓正、負脈沖的寬度上。圖3—6所示的波形是電動機正轉時的情況。調速時，ρ的可調范圍為0~1，相應的，γ=（1）~（+1）。但電動機停止時電樞電壓并不等于零，而是正負脈寬相等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。但它也有好處，在電動機停止時仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動力潤滑”的作用。 雙極式控制方式的不足之處是：在工作過程中，4個開關器件可能都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅動脈沖之間，應設置邏輯延時。第四章 直流電動機數(shù)學模型的建立 數(shù)學模型的建立建立電動機動態(tài)數(shù)學模型的方法的要點是：首先列寫出電動機主電路電壓平衡方程式，軸上力矩平衡方程式和勵磁電路電壓平衡方程式等基本關系式，加以整理，然后進行拉普拉斯變換，根據(jù)此變換，即可求出電動機的動態(tài)結構圖和傳遞函數(shù)的表達式[1，10]。 寫出平衡方程式、拉普拉斯變換由上圖可寫出下列基本關系式： E= (1+) =JSω = E= Te=其中: 為電樞電路時間常數(shù)； 為勵磁電路時間常數(shù)；p為電動機磁極對數(shù)；M為勵磁繞組和電樞繞組的互感； 動態(tài)結構圖將S=d/dt看作算子，則上述諸式也就是它們的拉氏變換。如圖4—2所示。由諸式可畫出直流電動機在獨立電樞電壓和磁場控制下的動態(tài)結構圖如下所示：圖431) 當電動機磁場恒定時，動態(tài)結構圖可化為下圖形式：其傳遞函數(shù)為： 或寫成： 式中: 固有振蕩頻率 ζ=衰減系數(shù)或阻尼比 = = == C電勢系數(shù)或轉矩系數(shù) 電動機的電氣機械時間常數(shù)當ζ〈1時，輸出響應是振蕩的；當ζ≥1時，輸出響應是非振蕩的；當ζ2,即Tm4Ta時，傳遞函數(shù)可寫成如下形式： 次式表明，在外施階躍電壓作用下，首先產(chǎn)生由于時間常數(shù)而滯后的電樞電流，然后下一步輸出因滯后的響應速度。此時，用下列諸式描述起其動態(tài)過程：①②③由①、②可得： ④令為電動機的電氣機械時間常數(shù)， 為電動機的電氣時間常數(shù)，由③、④式可得：⑤式④、⑤分別是以電樞電流和電樞電壓為輸入，以角速度ω為輸出時，永磁電動機的傳遞函數(shù)，這兩種表達式可根據(jù)組成控制系統(tǒng)時的具體情況來選用，通常把永磁直流電動機作為電流變換裝置，選取式④較好，因為相對于式⑤，式④只有一個極點。 本設計中電動機部分的數(shù)據(jù)采集和計算已知：電動機部分[9，10]：電動機電樞端電壓 =220V，電動機的電樞電流 =，電樞電路電阻 =，轉速n=1600r/min,額定功率=185w，電樞電路電感=，極對數(shù)p=2，電磁轉矩M=,角速度ω=1600*2π/60=,頻率W=50HZ； 勵磁部分：勵磁電壓=220V，勵磁電流=,勵磁電路電阻=,勵磁電路電感=。經(jīng)計算：= =所以得出結論：電動機磁場恒定時，= (2) 略去電樞電感時， =（4）忽略電樞電感但需要計入粘性摩擦負載時 =其中，是由負載決定的。過去常用數(shù)學和物理這兩種方法,它們對設計規(guī)模較小的一般電路是可行的?？刂葡到y(tǒng)的計算機法仿真是一門涉及到控制理論、計算機技術的綜合性新興學科。系統(tǒng)仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，而計算機仿真能夠為各種試驗提供方便、靈活可靠的數(shù)學模型。使用MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用MATLAB的Simulink工具箱，從元件庫中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵源,然后單擊仿真按鈕即可自動開始,可以同時觀察復雜的模擬信號和數(shù)字信號波形,以及得到電路性能的全部波形[6，8]。 圖5—1 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的仿真圖仿真結果如下：用繪圖命令plot(tout , yout) 在MATLAB 命令窗口里繪制圖形，觀察仿真輸出，如下圖所示：仿真結果說明：轉速和電流滿足設計所需的靜、動態(tài)性能指標。具體的說，第一，了解了調速的發(fā)展史的同時，進一步了解了交流調速系統(tǒng)所蘊涵的發(fā)展?jié)摿Γ莆樟诉@一方面未來的發(fā)展動態(tài)；第二，雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動態(tài)特性；第三，ASR、ACR（速度、電流調節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)指標在結構上的選取，包括其參數(shù)的計算；第四，直流電動機數(shù)學模型的建立，參數(shù)的計算；第六，PWM脈寬調制系統(tǒng)的基本原理，組成，并分析了橋式可逆PWM的工作狀態(tài)及電壓、電流的波形；第七，運用MATLAB仿真系統(tǒng)對所建立的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)進行的仿真，與此同時，進一步熟悉了MATLAB的相關功能，掌握了其使用方法。論文的主要工作如下。2. 設計調速系統(tǒng)。3. 建立數(shù)學模型，計算其參數(shù)。5. 完成相關實驗。畢業(yè)設計是學生在校期間最后一個重要的綜合性實踐環(huán)節(jié)，是學生全面運用所學基礎理論、專業(yè)知識基本技能，對實際問題進行設計和研究的綜合訓練。參 考 文 獻[1]，2002[2] 2003[3]章燕申,[4]王兆安,，2002[5]張柳芳,. 新探平頂山師專,[6],2003.[7]王果,[8]徐月華,[9]麻鴻儒,刑大成,譚敦生,[10]馬葆慶,[11]—,2003[12],1998[13]WANG Weihong,ZHANG Jinggan The Application of MATLAB Language in Teaching theDoubleclosedloop Timing System JOURNAL OF EEE 2003,25(3)[14],“Current control techniques for threephase voltagesource PWM converters:A Survey,”IEEE Industrial Electronics, 1998，45（5）691703附 錄表一 各種整流電路是失控時間（f=50HZ）整流電路形式最大失控時間Tsmax/ms平均失控時間Ts/ms單相半波20 10單相橋式（全波） 10 5三相半波 三相橋式 表二 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關系（KT=）表三