【正文】 改動(dòng)即可進(jìn)行仿真。在下面的詳細(xì)介模型仿真過(guò)程中，為了避免直流電機(jī)主電路部分的重復(fù)，主要進(jìn)行單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路模型的搭建。本次仿真中采用比例調(diào)節(jié)器Kp = 10 ，可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化得到更合適的參數(shù)。運(yùn)行仿真系統(tǒng)，調(diào)試并觀察scope波形圖，電機(jī)m端輸出的分別是轉(zhuǎn)速的波形，單位是轉(zhuǎn)每分鐘，電機(jī)的電樞電流的波形，單位是安培，電機(jī)的勵(lì)磁電流，單位是安培，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，單位是牛米。：圖 單閉環(huán)系統(tǒng)輸出波形圖根據(jù)上述波形圖的結(jié)果和開環(huán)系統(tǒng)的輸出波形圖比較：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性比開環(huán)系統(tǒng)的硬，擾動(dòng)負(fù)載引起的波動(dòng)和對(duì)轉(zhuǎn)速的影響明顯比開環(huán)系統(tǒng)小，理論上減少為開環(huán)系統(tǒng)的1/(1+K)倍，其中K為比例系數(shù)，從上述的公式中可以看出，隨著比例系數(shù)K值的增大系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，調(diào)速系統(tǒng)的擾動(dòng)所帶來(lái)的影響也就越弱。作為直流調(diào)速系統(tǒng)中的典型，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)PI控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的是非常有特點(diǎn)的，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)遵循多減少增的原則，如果輸出的轉(zhuǎn)速小于給轉(zhuǎn)速的給定值，轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)環(huán)的調(diào)節(jié)控制作用就是讓輸出的轉(zhuǎn)速值變大，這時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)輸出的偏差會(huì)變大，也就是電流調(diào)節(jié)環(huán)的給定值變大，然后在電流環(huán)調(diào)節(jié)器的作用下對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，調(diào)速原理是通過(guò)控制電機(jī)的電樞電流來(lái)控制轉(zhuǎn)速，原理是電機(jī)的電流增大后，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)升速。在電流環(huán)設(shè)置了限幅器，限幅器的作用是在電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出到達(dá)最大幅值時(shí)，及電流的的輸入飽和，此時(shí)電流調(diào)節(jié)環(huán)將會(huì)以限幅器設(shè)定最大的電流幅值限制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)變速，在這種控制模式下，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的快速啟動(dòng)，并能夠控制系統(tǒng)的電流不至于過(guò)大，使電機(jī)在過(guò)載倍數(shù)內(nèi)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和調(diào)速，在該調(diào)速系統(tǒng)中，由于反向電流并不能通過(guò)橋路整流裝置，所以該系統(tǒng)的減速和制動(dòng)過(guò)程不能通過(guò)產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)該工程中的電機(jī)的電流和電壓補(bǔ)償都很好，然后忽略電機(jī)的一些不可控制因素，人為無(wú)法改變的因素，像電樞反應(yīng)引起的磁通變化，渦流效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)和電樞電流的影響，在仿真中假設(shè)勵(lì)磁電流恒定，通過(guò)220V直流電源供電，根據(jù)所學(xué)到的知識(shí)，得到直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)方程： 式 （） 式 （）其中Ud是直流電機(jī)的電樞電壓，L是直流電機(jī)的電樞回路電感 ，是電機(jī)的電樞電流 ，R是電樞回路總電阻，E是電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，公式為E = Ce*n , Te是電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，Te = Cm*Id ,Tl是電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。輸出轉(zhuǎn)速與電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系是 式 （）。電流換與反電動(dòng)勢(shì)環(huán)都是在轉(zhuǎn)速環(huán)中的，兩者之間確有交叉，相對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)的快速反應(yīng)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)勢(shì)的變化就比較慢，在電流階躍或瞬變時(shí)，電動(dòng)勢(shì)來(lái)不及發(fā)生變化，可以當(dāng)做不變。在電流調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果考慮反電動(dòng)勢(shì)會(huì)很麻煩，而且電動(dòng)勢(shì)的作用可以忽略，再設(shè)計(jì)的時(shí)候可以近似看做無(wú)反電動(dòng)勢(shì)，只需要在仿真是添加一反電動(dòng)勢(shì)環(huán)即可，電流調(diào)節(jié)環(huán)在簡(jiǎn)化的忽略或不考慮反電動(dòng)勢(shì)后的結(jié)構(gòu)框圖。ACR圖 不考慮反電動(dòng)勢(shì)的雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在上面已經(jīng)討論過(guò)Tl的數(shù)值一般比Ts的要大很多，在這里Tl也比大得多，可以近似的把它當(dāng)做一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 式 （），ACR（βKs/R）/(Tss+1)(Tls+1)Id(s)Ui*(s)/β圖 慣性環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖可以進(jìn)行簡(jiǎn)化的條件為： 式 （）從實(shí)際的工程調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的比較理想的特性，靜差率盡量小或?yàn)榱悖瑥膭?dòng)態(tài)性能上分析，該刨床調(diào)速系統(tǒng)是不允許電樞電流的過(guò)大的，否則會(huì)超過(guò)電機(jī)允許的過(guò)載倍數(shù)，所以電樞電流不能再調(diào)控速度的過(guò)程中有過(guò)大的變化，仿真中有添加限幅裝置，這樣就能夠保證在調(diào)速的動(dòng)態(tài)過(guò)程中電流不超過(guò)最大值，并且能夠最快的調(diào)速。電流環(huán)的傳遞函數(shù)可以寫成： 式 （）上面的公式中，是電流環(huán)的比例系數(shù)，為電流環(huán)的超前時(shí)間常數(shù)。在第一章的例題中，所要求的超調(diào)量，通過(guò)查看表格中的數(shù)據(jù)可以得到，則： 式 （） 式 （）電流調(diào)節(jié)環(huán)是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)的一個(gè)內(nèi)調(diào)節(jié)環(huán)，因此可以進(jìn)行簡(jiǎn)化的把電流調(diào)節(jié)環(huán)當(dāng)做轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)中的一個(gè)模塊，可以根據(jù)傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)公式對(duì)電流環(huán)進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化， 式 （）忽略高次項(xiàng)，可降階近似為 式 （）近似條件為 式 （）式中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)的截止頻率是根據(jù)其頻率特性求得的。從這可以看出通過(guò)對(duì)電流環(huán)控制可以間接改變被控對(duì)象，這樣可以加速電流的響應(yīng)，這是電流內(nèi)環(huán)控制的一個(gè)主要的我功能。通過(guò)與轉(zhuǎn)速后面的一個(gè)電流積分環(huán)節(jié)像話之間的配合，可以實(shí)現(xiàn)具有更好抗擾性能的調(diào)速系統(tǒng)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 式 （）令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為 式 （）則 式 （）。在電流環(huán)前向通道中的各種擾動(dòng)量，例如電網(wǎng)電壓的變化對(duì)電源增益的影響，電樞電流斷續(xù)對(duì)電源增益和電樞電阻的影響，都會(huì)被有效的抑制。利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出結(jié)果的限幅特性，與電流反饋系數(shù)β的選取，實(shí)現(xiàn)電流的截至特性。，圖 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真結(jié)果通過(guò)觀察系統(tǒng)仿真結(jié)果可以看到，在靜差率為5%的情況下，轉(zhuǎn)速的超調(diào)量和電流的超調(diào)量都比轉(zhuǎn)速單閉環(huán)時(shí)要小的多，且調(diào)節(jié)時(shí)間和上升時(shí)間也更短。圖 雙閉環(huán)系統(tǒng)電氣模型仿真圖經(jīng)以上分析，得直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的動(dòng)態(tài)波形，仿真結(jié)果：、轉(zhuǎn)矩波形、電樞電流波形，仿真結(jié)果以傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行的仿真結(jié)果為真。按表1，取橋路Universal Bridge的平均失控時(shí)間。為了總體上能夠?yàn)V平波頭，應(yīng)有，因此取。可以當(dāng)做小時(shí)間常數(shù)來(lái)近似處理，取。多使用比例積分PI型電流調(diào)節(jié)器，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性的，其傳遞函數(shù)為： 式 （）檢測(cè)調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電源電壓的抗擾性能： 式 （）參看表2的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。電流環(huán)開環(huán)增益：要求時(shí)，按表3，應(yīng)取，因此 式 （）于是，ACR的比例系數(shù)為 式 （)表3 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT阻尼比超調(diào)量0%%%%%上升時(shí)間峰值時(shí)間相角穩(wěn)定裕度截止頻率轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)（1） 確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用取。在本次設(shè)計(jì)的中開環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速受給定電壓的控制，負(fù)載擾動(dòng)的所產(chǎn)生的影響無(wú)法消除。B、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值比較，其偏差作為控制信號(hào)的給定，在發(fā)生負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)有一定的調(diào)節(jié)能力，在一定程度上系統(tǒng)具有自我恢復(fù)能力，能夠有效的減小靜差率和提高調(diào)速范圍，但是可能存在電樞電流過(guò)大和過(guò)載、超調(diào)與不穩(wěn)定的問(wèn)題。6 矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)仿真范例 矢量控制的基本思想矢量控制的基本思想是在模仿他勵(lì)直流電機(jī)的控制，在電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中，忽略磁飽和以及電樞反應(yīng)的影響，他勵(lì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程式為Te = Ct*Ia*If ,公式中If是勵(lì)磁電流，Ia是電樞電流，If產(chǎn)生勵(lì)磁磁鏈，Ia產(chǎn)生電樞磁鏈，如果把它們看作是空間矢量，他們是相互垂直、解耦的。反過(guò)來(lái)，如果用If控制勵(lì)磁磁鏈，此時(shí)電樞磁鏈并不受影響。控制器VR12/3電流控制變頻器3/2VR等效電機(jī)模 型圖 矢量控制系統(tǒng)原理圖在本次矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)中，交流電機(jī)的參數(shù)屬性表如表5所示：表 5 電機(jī)參數(shù)表參數(shù)線電壓額定功率定子電阻轉(zhuǎn)子電阻數(shù)值380V37300W參數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量摩擦系數(shù)定子漏感轉(zhuǎn)子漏感數(shù)值參數(shù)互感極對(duì)數(shù)頻率數(shù)值250Hz各個(gè)模塊的求解：設(shè)計(jì)勵(lì)磁分量的模塊，：圖 求解模塊這個(gè)模塊是用來(lái)計(jì)算定子電流的勵(lì)磁分量的，是通過(guò)轉(zhuǎn)子磁通到定子電流的變換。磁鏈模塊的設(shè)計(jì)，：圖 磁鏈模塊轉(zhuǎn)子磁鏈角模塊的設(shè)計(jì)，：圖 轉(zhuǎn)子磁鏈角模塊3/2（ABC坐標(biāo)到DQ坐標(biāo)）變換，：圖 3/2坐標(biāo)變換模塊圖通過(guò)機(jī)電轉(zhuǎn)換的基本原則，電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場(chǎng)是能量轉(zhuǎn)換的媒介，進(jìn)行轉(zhuǎn)子側(cè)與定子側(cè)的能量能量變換。2/3（DQ坐標(biāo)到ABC坐標(biāo)）變換，：圖 2/3坐標(biāo)變換模塊圖2/3變換與3/2變換的原理一樣，即保持坐標(biāo)變換前后的磁勢(shì)不變。 當(dāng)電機(jī)的電刷位于幾何中心線上時(shí)，電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主磁場(chǎng)相互垂直，是自然解耦的。 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型只有一個(gè)輸入/輸出變量，即電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓，在一些假設(shè)條件下，可以把直流調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)做一個(gè)二階的線性系統(tǒng)B、交流調(diào)速系統(tǒng)（三相異步電機(jī)） 在三相平衡正弦交流電源的作用下，電機(jī)的定子產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)隨著時(shí)間和空間變化。矢量控制就是在模仿直流電機(jī)而產(chǎn)生的一種控制方式。46結(jié)論在本次設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了非常詳細(xì)的分析，針對(duì)以實(shí)際工程案例，從開環(huán)到轉(zhuǎn)速單閉環(huán)再到轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真得知，雙閉環(huán)系統(tǒng)是相對(duì)開環(huán)和單閉環(huán)是更好的，單閉環(huán)系統(tǒng)也比開環(huán)更好。以傳遞函數(shù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行的仿真比以電氣原理圖進(jìn)行的仿真更加理想。矢量控制的交流調(diào)速系統(tǒng)只是用簡(jiǎn)短的篇幅來(lái)介紹，這也是本次設(shè)計(jì)中的一個(gè)缺點(diǎn)。從剛開始的毫無(wú)頭緒到最后一步步完成整個(gè)仿真設(shè)計(jì)，中間有參考過(guò)很多資料，也學(xué)會(huì)了很