帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真

1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案瀟湘學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師： 敏文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案初始條件：1技術(shù)數(shù)據(jù)輸出功率為 :7.5Kw電樞額定電壓 220V電樞額定電流 36A 額定勵(lì)磁電壓 110V 電樞電阻 0.2 歐姆 電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù) 2S 電樞允許過載系數(shù) 1.5 額定轉(zhuǎn)速 1430rpm額定勵(lì)磁電流 2A功率因數(shù) 0.85電樞回路電感 100mH2技術(shù)指標(biāo) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差(靜差率 s2%, 調(diào)速圍 D10 ) 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：系統(tǒng)穩(wěn)定要求完成的主要任務(wù) :1技術(shù)要求：(1) 該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑的速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)

2、不可逆運(yùn)行 ，具有較寬的調(diào)速圍 (D10)，系統(tǒng)在工作圍能穩(wěn)定工作(2) 根據(jù)指標(biāo)要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，并確定電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的相 關(guān)參數(shù)，(3) 系統(tǒng)在 5% 負(fù)載以上變化的運(yùn)行圍電流連續(xù)2設(shè)計(jì)容：(1) 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路的結(jié)構(gòu)型式和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成， 畫出系統(tǒng)組成的原理框圖(2) 根據(jù)帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 , 分析轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流截 止負(fù)反饋的作用 ,(3) 通過對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì) , 得到轉(zhuǎn)速和電流的仿真波形，并由仿真波形通過 MATLAB 來進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)。(4) 繪制帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理

3、總圖 (要求計(jì)算機(jī)繪圖)(5) 整理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，課程設(shè)計(jì)總結(jié)，撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書目錄摘要 . 31. 閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)成 . 4文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1.1 主電路 51.2 原理框圖 52 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析 62.1 電流截止負(fù)反饋的提出 . 62.2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 72.3 帶電流截止負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性 83 參數(shù)設(shè)計(jì) . 103.1 整體分析 . 103.2 穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算和判斷 . 103.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校正 113.3.1 PI 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 113.3.2 調(diào)節(jié)器的選擇 . 123.4 電流截止負(fù)反饋參數(shù)設(shè)計(jì) 164. 電流 MATLAB仿真 .

4、 174.1 將設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行仿真 174.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整 185. 電氣總圖 . 196. 結(jié)束語 . 20參考文獻(xiàn) . 20摘要為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)（主要包括單閉 環(huán)、雙閉環(huán)）。而在對(duì)調(diào)速指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，采用單閉環(huán)即可。閉環(huán)系統(tǒng)較之開環(huán) 系統(tǒng)能自動(dòng)偵測(cè)把輸出信號(hào)的一部分拉回到輸入端，與輸入信號(hào)相比較，其差值作為實(shí) 際的輸入信號(hào)；能自動(dòng)調(diào)節(jié)輸入量，能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。在對(duì)調(diào)速系統(tǒng)性能有較高要求文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案的領(lǐng)域常利用直流電動(dòng)機(jī)，但直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性不能夠滿足要求，可利用轉(zhuǎn)速 單閉環(huán)提高穩(wěn)態(tài)精度，而采用比例調(diào)節(jié)器的負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)仍是有靜

5、差的，為了消除系 統(tǒng)靜差，可采用積分調(diào)節(jié)器代替比例調(diào)節(jié)器。關(guān)鍵詞： 直流調(diào)速 單閉環(huán) 穩(wěn)態(tài)精度 比例調(diào)節(jié)帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真1. 閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)成文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1.1 主電路圖中的電動(dòng)機(jī)的電樞回路由晶閘管組成的三相橋式整流電路供電， 通過與電動(dòng)機(jī)同 軸剛性連接的測(cè)速發(fā)電機(jī) TG 檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并經(jīng)轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)分壓后取出合適的 轉(zhuǎn)速反饋信號(hào) U n ，此電壓與轉(zhuǎn)速給定信號(hào) U n*經(jīng)速度調(diào)節(jié)器 ASR綜合調(diào)節(jié)， ASR的輸出作為移相觸發(fā)器的控制電壓 Uc ，由此組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。改變 Un* 即 可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在本系統(tǒng)中 ASR采用

6、比例積分調(diào)節(jié)器，屬于無靜差調(diào)速系統(tǒng)。為了防止在起動(dòng)和運(yùn) 行過程中出現(xiàn)過大的電流沖擊， 系統(tǒng)引入了電流截止負(fù)反饋以限止電流不超過其允許的 最大值。1.2 原理框圖將開環(huán)系統(tǒng)改為單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，并采用 PI 調(diào)節(jié)器，就既保證動(dòng)態(tài)性 能，又能作到轉(zhuǎn)速的無靜差，較好的解決開環(huán)系統(tǒng)的不足，此閉環(huán)系統(tǒng)的工作原理是： 將直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化信號(hào)反饋到觸發(fā)環(huán)節(jié)， 來自動(dòng)增大或減小觸發(fā)角來自動(dòng)調(diào)節(jié)整 流輸出電壓 Uds，即可達(dá)到穩(wěn)定 , 其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與系統(tǒng)原理圖如圖 2所示文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案Un 給定圖 2 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)框圖 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)實(shí)驗(yàn)是將反映轉(zhuǎn)速變化的電壓信號(hào)作為反饋信號(hào)，經(jīng)“速度變換

7、”后接 到“速度調(diào)節(jié)器” 的輸入端， 與“給定”的電壓相比較經(jīng)放大后， 得到移相控制電壓 UCt， 用作控制整流橋的“觸發(fā)電路”，觸發(fā)脈沖經(jīng)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(gòu)成了速度負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨給 定電壓變化， 電機(jī)最高轉(zhuǎn)速由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定， 速度調(diào)節(jié)器采用 P（比例） 調(diào)節(jié)對(duì)階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差， 要想消除上述誤差，則需將調(diào)節(jié)器換成 PI（ 比例積分）調(diào)節(jié)。 這時(shí)當(dāng)“給定”恒定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)速度變化起到了抑制作用，當(dāng)電機(jī)負(fù)載或電源電壓 波動(dòng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速能穩(wěn)定在一定的圍變化。2 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析2.1 電流

8、截止負(fù)反饋的提出（1）起動(dòng)的沖擊電流 - 直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很 大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過載能力低的電力電子器件來說，更是不能 允許的。（ 2）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流 - 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突 然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏 差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的 1+K 倍。這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小， 電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值， 對(duì)電動(dòng)機(jī)來說， 相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案（3）堵轉(zhuǎn)電流 - 有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。 例如，由于故障

9、， 機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若 無限流環(huán)節(jié)， 硬干下去， 電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。 如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)， 一過載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來不便。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題， 系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限 制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那 個(gè)物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過 允許值。2.2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)通過對(duì)電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的分析?？紤]到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起 作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減，采用電流截

10、止負(fù)反饋的方法，則當(dāng)電 流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流， 而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用 控制轉(zhuǎn)速。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖 3和圖 4所示圖 3 利用獨(dú)立直流電源作比較電壓圖4 利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 5 封鎖運(yùn)算放大器的電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 圖 6 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的 I/O 特性電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)輸入輸出特性如圖 6 所示。圖3 中用獨(dú)立的直流電源作為比較電壓，其大小可用電位器調(diào)節(jié)，相當(dāng)于調(diào)節(jié)截止電 流。圖 4 中利用穩(wěn)壓管 VS的擊穿電壓 Ubr作比較電壓，線路要簡(jiǎn)單得多，但不能平滑的 調(diào)節(jié)截止電流值。圖 5 是反饋環(huán)節(jié)與運(yùn)放的連接電路。2.3 帶電流截止負(fù)反

11、饋調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 7 所示：圖 7 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)兩段靜特性的方程式：當(dāng) Id I dcr 時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同KpKsUn*RIdndCe(1 K) Ce(1 K)當(dāng) I d I dcr 時(shí)，引入電流負(fù)反饋，靜特性變?yōu)椋何臋n大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案KpKs(Un Ucom ) (R KpKsRs)Id nCe(1 K)Ce(1 K)靜特性的幾個(gè)特點(diǎn)：1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsRs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極 大，使特性急劇下垂。2）比較電壓 Ucom 與給定電壓

12、Un* 的作用一致， 好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高到 KpKs（Un* Ucom）n00Ce（1 K）3）兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，電流也不過是堵轉(zhuǎn)電流，在式（ 1）中，令 n = 0 ，得IKpKs(Un Ucom) 一般 KpKsRsR ,因此 IdblRdbl s R KpKsRs4）最大截止電流I dbl 應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取 ： I dbl = （ 1.52.0 ） I N從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行圍足夠大，截止電流大于電機(jī)的額定電流，般?。?Idcr ( 1.11.2 )IN5）調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程如圖 8

13、圖 9 所示實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 8 帶電流截止負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 9 理想的快速啟動(dòng)過程3 參數(shù)設(shè)計(jì)3.1 整體分析本題目要求設(shè)計(jì)帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)， 為滿足以上技術(shù)要求 和性能指標(biāo)的要求，選擇以下方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)：1) 系統(tǒng)要求平滑調(diào)速，可采用調(diào)壓調(diào)速方式。因?yàn)檎{(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)是在保持他勵(lì)直 流電動(dòng)機(jī)的磁通為額定值的情況下， 將電樞兩端的電壓 (電源電壓) 降低為不同的值時(shí)， 可以獲得與電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的人為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，屬于 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速，調(diào)速圍 可以達(dá)到很寬。2) 系統(tǒng)靜特性良好，無靜差。在參數(shù)

14、設(shè)置合理的情況下，帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)本身可以做到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。3) 本設(shè)計(jì)中的電力電子變換裝置采用三相橋式控制的晶閘管整流裝置，應(yīng)用題目 要求中給定的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其 Rrec =0.5 ， Ks=40。4) 在帶電流截止負(fù)反饋環(huán)中，截止電流的上限選擇需要根據(jù)電機(jī)的品牌和參數(shù)論 證，以保證電機(jī)不至于因電流過大而燒毀。3.2 穩(wěn)定性參數(shù)計(jì)算和判斷為了滿足 D=10，s 2%，額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為：Ce220 17.5 1.2515000.132V min/ rI N(Ra Rrec) Ce17.5 (1.25 1.3) 338r /min0.132U N INR

15、a nN文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案3.06r /minnNs1500 0.02nclr /minD(1 s) 10 (1 0.02)根據(jù) ncl ，求出系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)：nop338K op 1 1 109.46ncl3.06計(jì)算測(cè)速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和參數(shù)：設(shè)在額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)態(tài)時(shí)的給定電壓為Un* 10V ，則須有 Un Un* 10V故轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)UnnN10 0.006671500計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)：KpKCeKs109.46 0.1320.00667 4054.16驗(yàn)證系統(tǒng)在此控制器下的穩(wěn)定性：電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)Tl0.2 R 2.850.07sTm電力拖動(dòng)機(jī)電時(shí)間常

16、數(shù)GD2R375CeC m3.530.161s2 30375 0.13222.85為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足K Tm(Tl Ts) TsKTlTs三項(xiàng)橋式整流電路的 失控時(shí)間常數(shù)Ts 0.00167 s按動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，得 K 98.73, 而按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)有 K 109.46，說明比例控制閉 環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)性能要矛盾的，此系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器校正3.3.1 PI 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)如圖 10 所示是 PI 調(diào)節(jié)器即比例積分調(diào)節(jié)器既結(jié)構(gòu)圖，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差調(diào)速 系統(tǒng)文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 10 PI 調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)圖比例積分調(diào)節(jié)器的控制傳遞函數(shù)為：1K1 W pi ( s)

17、 KPK pi s 1K P sKpi=R1/ R0 ，Kpi為 PI 調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)， C1= / R0， 為 PI 調(diào)節(jié)器超前時(shí)間 常數(shù)。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時(shí) Un =0 ，只要?dú)v史上有過 Un ，其積分 就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓。如圖 11為采用 PI 調(diào)節(jié)器單閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正特性圖 11 采用 PI 調(diào)節(jié)器單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.3.2 調(diào)節(jié)器的選擇在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，常常會(huì)遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況， 這時(shí)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，用它來改造系

18、統(tǒng)，使它同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 和穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)兩方面要求。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案動(dòng)態(tài)校正的方法很多， 而且對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來說， 能夠符合要求的校案也不是唯一的 在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋校正。串聯(lián)校正比較簡(jiǎn)單，也 容易實(shí)現(xiàn)。對(duì)于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低， 一般采用 PID 調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校案就能完成動(dòng)態(tài)校正的任務(wù)。PID調(diào)節(jié)器中有 PD、PI 和PID三種類型。由于 PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高 系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)定精度可能受到影響；由 PI 調(diào)節(jié)器構(gòu)成 的滯后校正，可以保證穩(wěn)定精度，卻是以對(duì)快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定

19、的。一般調(diào)速 系統(tǒng)的要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，對(duì)快速性要求差一些，所以采用 PI 調(diào)節(jié)器 現(xiàn)在我們利用 PI 調(diào)節(jié)器來校正，原系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下KW(s) K 2(Tss 1)(TmTl s2 Tms 1)其中 K 109.46， Ts 0.00167s， Tm 0.161s Tl 0.07 s，由于 Tm 4Ts因此分母中的二次項(xiàng)可以分解成兩個(gè)一次項(xiàng)之積， T1 0.161 s， T2 0.07 sW(s)109.46(0.161 s 1)(0.07s 1() 0.00167s 1)編寫 Matlab 程序如下k=109.46/(0.00167*0.161*0.07); z= ;p=-

20、1/0.0067 -1/0.07 -1/0.161; num,den=zp2tf(z,p,k); bode(num,den);margin(num,den);grid校正前伯德圖如圖 12 所示：文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 12 校正前伯德圖11 Wpi (s)KPK pi s 1K P s由于原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，表現(xiàn)為放大系數(shù)K過大，截止頻率過高，應(yīng)該設(shè)法把他們壓來。因此，把校正環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率1 Kpi 設(shè)置在遠(yuǎn)低于原始系統(tǒng)截止頻率 Wcl 處,令K pi T1 , 使校正裝置的比例微分項(xiàng)K pi 1 與原始系統(tǒng)中時(shí)間常數(shù)最大慣性環(huán)節(jié)1 T1 1 對(duì)消, 從 而選定 Kpi其次，為了 使校正后 的系

21、統(tǒng)具有 足夠的穩(wěn) 定裕度，它 的對(duì)數(shù)幅 頻特性應(yīng)以 20dB dec的斜率穿越 0dB 線，將原始的對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性壓低，使校正以后系統(tǒng)的WC2 1 對(duì)數(shù)幅頻和相頻特性的截止頻率T2 。這樣，在 WC2處，應(yīng)有 L1 L2或L3 0dB根據(jù)以上兩點(diǎn)，校正環(huán)節(jié)添加部分的對(duì)數(shù)特性就可以確定下來了：2W2WclW2 Wcl 2 Wc2l20lgK 20lg 2 40lg cl 20lg 2 ( cl )2 20lg clW1W2W1 W2 W1W2文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案取 KPi T1 0.161s，為了使 c2 1/ T2 14.3s-1 ，取 c2 10s-1 ，在伯德圖上查得相 應(yīng)的 L 1

22、45.3dB，因而 L2 -45.3dB因?yàn)長(zhǎng)2 -20lg(K P / KPi)， K P 54.16所以K Pi 0.294， T1/K Pi 0.54s0.161s 10.54s40K ，于是 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：WPi(s)最后選擇 PI 調(diào)節(jié)器的阻容參數(shù)，選取 R0R1 KPiR0 0.294 40K 11.76K ，取 R1 10KC1 /R0 (0.54/40) 103 F 13.5 F，取 C1 15 F校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s)372.30.54s(0.07s 1() 0.00167s 1)編寫 Matlab 程序如下： k=372.3/(0.00167*0.54

23、*0.07); z= ;p=-1/0.00167 -1/0.07 0;num,den=zp2tf(z,p,k); bode(num,den);margin(num,den);grid所得伯德圖如圖 13 所示：文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 13 校正后伯德圖由圖 13 可以看出，校正后系統(tǒng)的幅值裕度和穩(wěn)定裕度都滿足穩(wěn)定的條件， 但截至頻率變低，快速性被壓低，顯然這是一個(gè)偏于穩(wěn)定的方案，最終能使系統(tǒng)穩(wěn) 定。綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的類型和參數(shù)選擇是正確的，即選為 PI 調(diào)節(jié)器，參數(shù)為 R0 40K ， R1 10K ， C1 15 F。3.4 電流截止負(fù)反饋參數(shù)設(shè)計(jì)其工作原理如圖 3，是利用獨(dú)立的直流電源

24、作為比較電壓，其大小可用電位器調(diào)節(jié)， 相當(dāng)于可調(diào)截至（保護(hù)）電流值。當(dāng) IdRs Ucom 時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流截止負(fù)反饋信 號(hào) Ui加到放大器上去，從而使晶閘管系統(tǒng)輸出電壓 Ud 減小，機(jī)械特性呈下垂特性；當(dāng) I dRs Ucom時(shí)，二極管截止， Ui 消失。由所給的技術(shù)參數(shù)值可知， Idcr 1.5IN 26.25A 。 為了減小 R s所產(chǎn)生的功耗， 選擇 Rs為0.75 ，可得 Ucom IdcrRs 19.69V 。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案4. 電流 MATLAB仿真4.1 將設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行仿真仿真原理框圖如圖 14 所示：圖 14 仿真原理圖電流仿真波形如圖 15 所示，擾動(dòng)加在 2

25、秒時(shí)：圖 15 電流仿真波形文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案轉(zhuǎn)速波形如圖 16 所示：圖 16 轉(zhuǎn)速仿真波形在圖 15 中可以看到電流經(jīng) 2 秒時(shí)的給定擾動(dòng)后后先波動(dòng)了一下， 然后迅速又回到穩(wěn)態(tài)， 電流初始輸出值未超過在 26.25A，即 1.5In 滿足電流截止要求，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定于 1500r/min 。4.2 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)整 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改變系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。在采用了 PI 調(diào)節(jié)器后， 構(gòu)成的是無靜差調(diào)速系統(tǒng)，改變比例系數(shù)和積分系數(shù)，可得到振蕩、有靜差、無靜差、 超調(diào)大、啟動(dòng)快等不同轉(zhuǎn)速曲線。如圖 15,16 的調(diào)節(jié)其參數(shù)是 Kp=0.294, =0.54 ，系 統(tǒng)轉(zhuǎn)速響應(yīng)無超調(diào)，但調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。若改為 Kp=0.8, =0.06, 則波形如圖 17 所示， 可見系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)較大，有擾動(dòng)，但是啟動(dòng)快速性好。文檔大全實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖 17 調(diào)節(jié)參數(shù)后轉(zhuǎn)速波形5. 電氣總圖帶電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速單閉環(huán)