畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工程設(shè)計(jì)方法在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目：工程設(shè)計(jì)方法在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 (電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì))學(xué) 部：計(jì)算機(jī)專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 號：學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 目 錄 目錄. .2 摘要. .2一. 概述.2二. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求.3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù).4 2.2 設(shè)計(jì)要求：.4三. 理論設(shè)計(jì).4 3.1 方案論證.5 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì).5 3.2電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)53.2.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化53.2.2確定時(shí)間常數(shù).63.2.3選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu).63.2.4 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù).63.2.5 校驗(yàn)近似條件.63.2.6 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容.7 3.3 速度調(diào)節(jié)

2、器設(shè)計(jì).83.3.1 確定時(shí)間常數(shù).83.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu).93.3.3檢驗(yàn)近似條件.103.3.4計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容.10 3.3.5校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量.10四. 系統(tǒng)建模及仿真實(shí)驗(yàn).11 4.1 matlab仿真軟件介紹.11 4.2 仿真建模及實(shí)驗(yàn).114.3 雙閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)134.4仿真波形分析16 4.4抗擾性能分析17五. 實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)及原理.18 5.1實(shí)驗(yàn)過程.185.11 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.185.12 實(shí)驗(yàn)步驟.18六. 結(jié)論.18 致謝.18 參考文獻(xiàn).18摘 要從七十年代開始，由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的高效、無噪音和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。采用pi調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)

3、直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求高，例如要求快速啟制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是因?yàn)閱伍]環(huán)系統(tǒng)不能隨心所欲的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)典型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般含晶閘管可控整流主電路、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路、以及缺相和過流保護(hù)電路等給定信號為010v直流信號，可對主電路輸出電壓進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。采用雙pi調(diào)節(jié)器，可獲得良好的動(dòng)靜態(tài)效果。電流環(huán)校正成典型i型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)時(shí)無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計(jì)成典型型系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，用s

4、imulink做了帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并進(jìn)行校正，得出正確的仿真波形圖。另外本文還介紹了實(shí)物制作的一些情況。關(guān)鍵詞：matlab；直流調(diào)速；雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；干擾一、課程設(shè)計(jì)目的： 機(jī)電傳動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)，是將機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)理論課程的相關(guān)內(nèi)容有 結(jié)合起來，使學(xué)生受到完整的設(shè)計(jì)過程訓(xùn)練，使學(xué)生對電子、電機(jī)電氣控制的 設(shè)計(jì)過程有全面的了解，使學(xué)生掌握機(jī)電工程設(shè)計(jì)的基本方法，提高其分析問，題和解決實(shí)際工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念，將整個(gè)課程內(nèi)容有機(jī)而 系統(tǒng)地結(jié)合起來。 通過多分部協(xié)調(diào)控制長網(wǎng)紙機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，應(yīng)建立起電

5、機(jī)傳，動(dòng)控制系統(tǒng)較完整的概念，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)、信號傳遞、設(shè)計(jì)、計(jì)算以及仿真；掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)方法、動(dòng)態(tài)校正方法； 1、掌握直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握數(shù)學(xué)模型建立方法。 2、初步掌握matlab 軟件的使用，及在simulink 功能模塊中構(gòu)建模型圖的方法。 3、掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1設(shè)計(jì)任務(wù)及主要技術(shù)參數(shù)壓光分布傳動(dòng)電機(jī)選擇的直流電動(dòng) z -62參數(shù)： 勵(lì)磁方式為復(fù)勵(lì)，勵(lì)磁電流0.965a，極對數(shù)為2，額定功率13kw，額定電壓 230v，額定電流47.8a，額定轉(zhuǎn)速 1450r/m，ce =0.132vmin/r，允許過載倍

6、數(shù)=1.5。電樞電阻：ra=0.5,電樞回路總電阻：2ra=1，要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的最大輸入電壓為10v”用公式=10v/*額定電流=0.14v/a,=10v/額定轉(zhuǎn)速=0.007v min/s。晶閘管裝置放大系數(shù)：ks =40時(shí)間常數(shù)：機(jī)電時(shí)間常數(shù)tm=0.18s，電磁時(shí)間常數(shù)tl=0.03s轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：ton=0.005s，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：toi=0.005s總飛輪力矩：gd=2.5n.m設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，要求利用晶閘管供電，整流裝置采用三相橋式電路。 2.2設(shè)計(jì)指標(biāo)調(diào)速范圍d=10，靜差率s 5%穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i 5%, 電流脈動(dòng)系數(shù)s

7、i 10%啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量 n10 % 系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護(hù)； 3 課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 3.1控制方案設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展設(shè)計(jì)原則（本課題設(shè)計(jì)先設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)，后設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速外環(huán),再設(shè)計(jì)電流變化率內(nèi)環(huán)）。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)內(nèi)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。然后在此基礎(chǔ)上加入電流變化率內(nèi)環(huán),這樣的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計(jì)和調(diào)試方便，達(dá)到本課程設(shè)計(jì)的要求。現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，除電機(jī)外，都是由慣性很小的電力電子器件、集成電路等組成的

8、。經(jīng)過合理的簡化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以近似為低階系統(tǒng)，而用運(yùn)算放大器或數(shù)字式微處理器可以精確地實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律，于是就有可能將多種多樣的控制系統(tǒng)簡化或近似成少數(shù)典型的低階結(jié)構(gòu)。如果事先對這些典型系統(tǒng)作比較深人的研究，把它們的開環(huán)對數(shù)頻率特性當(dāng)做預(yù)期的特性，弄清楚它們的參數(shù)與系統(tǒng)性能指括的關(guān)系，寫成簡單的公式或制成簡明的圖表，則在設(shè)計(jì)時(shí)，只要把實(shí)際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，設(shè)計(jì)過程就要簡便得多。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖:圖3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 asra uc-idlnud0un+

9、-b +-uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e3、2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.2.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡在圖3.1中的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給工作帶來麻煩。實(shí)際上，反電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)tm，因此，轉(zhuǎn)速變化往往比電流變化慢的多，對電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢基本不變，即e0。這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)是，可以暫不考慮反電動(dòng)勢變化的動(dòng)態(tài)影響，也就是說，可以暫且把反電動(dòng)勢作用去掉，得到電流環(huán)的近

10、似結(jié)構(gòu)框圖，如圖3.2(a)所示?？梢宰C明，忽略反電動(dòng)勢對電流環(huán)作用的近似條件是。式中ci電流開環(huán)頻率特性的截止頻率。如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地轉(zhuǎn)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖3.2(b)所示，從這里可以看出兩個(gè)濾波時(shí)間常數(shù)取值相同的方便之處。最后，由于ts和toi一般比小得多，可以當(dāng)做小慣性群而近似地看做是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為=+則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終化簡成圖3.2(c)簡化的近似條件是 ciacr圖3.2(a)acr圖3.2(b)acr圖3.2(c)(a) 忽略反電動(dòng)勢的動(dòng)態(tài)影響 (b) 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) (c) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理

11、3.2.2、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇從穩(wěn)態(tài)要求上來看，希望電流無靜差，希望得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖3.2(c)可以看出，采用典型系統(tǒng)就夠了。由圖3.2(c)表明，電流控制對象是雙慣性的，要校正成典型，顯然采用pi型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 = 3.2.3確定時(shí)間常數(shù)(1) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。按書表1-2，三相電路的平均失控時(shí)間：=0.0017s (2) 電流濾波時(shí)間常數(shù)。=0.005s (3) 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取為：=+=0.0067s 3.2.4、選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性

12、型的，因此可用pi電流調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為： = 檢查對電源電壓的抗擾性能：tl /ti=0.03s/0.0067=4.48，參照表2-3的典型系統(tǒng)的抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都可以接受。3.2.5、計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=0.03s。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%是按書表2-2，應(yīng)取=0.5，因此： ki = 0.5 / ti =0.5/0.0067 = 74.63 于是，acr的比例系統(tǒng)為：ki =ki r / ks=74.630.031 / 400.05=2.23 / 2 =1.153.2.6校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截至頻率： ki =ci = 74.63 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似

13、的條件為： 忽略反電動(dòng)勢對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的近似條件為：電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：3.2.7 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運(yùn)算放大器取得。各電容和電阻值為：、 ri =kir0 =1.1540=46 k ci =i / ri = 74.63/46 =1.62 coi =4toi /r0 =4 0.005 /r0 =0.5uf 按照上面計(jì)算所得的參數(shù)，電流環(huán)內(nèi)環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為=4.3%5%,滿足課題所給要求。電流比例積分器結(jié)構(gòu)圖3.3速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)類似電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過程，其詳細(xì)過程參閱文獻(xiàn)1的第80頁到83頁，以下僅給出轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的化簡及傳遞函數(shù)。

14、如圖二(a)，即為未經(jīng)化簡的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號改成，再把時(shí)間常數(shù)為和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 =+則轉(zhuǎn)速換結(jié)構(gòu)框圖可簡化成圖二(b)所示。校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖二(c)所示。asr(a)asr(b)(c) 圖 3.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其簡化(a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) (b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 (c) 校正后成為典型型系統(tǒng)3.3.1 確定時(shí)間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。取=0.5，則： 1/ki =1/74.63= 0.0134 (2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間

15、常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)波紋情況，?。?0.005s。 (3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，?。?+=0.0134+0.005=0.0184 3.3.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)要求，選用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （3-18） 3.3.3計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，現(xiàn)取h=6，則asr的超前時(shí)間常數(shù)： 并且求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 則可得asr的比例系數(shù)為：3.3.4 校驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為： 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 轉(zhuǎn)速環(huán)外環(huán)的小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為： 3.3.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運(yùn)算放大器取=40。各電容和電阻值為： con =4ton

16、 /r0 = 40.005/401000=0.5uf轉(zhuǎn)速比例積分器結(jié)構(gòu)圖3.3.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量按asr退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。如下：理想空載起動(dòng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，查附表2得：則 滿足課題所給要求。四、系統(tǒng)建模及仿真實(shí)驗(yàn)4.1matlab 仿真軟件介紹本設(shè)計(jì)所采用的仿真軟件是matlab 7.1。matlab 7.1是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 matlab 7.1提供了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運(yùn)算、數(shù)值分析算法， 它還 集成了 2d 和 3d 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 m 語言，利用 m 語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實(shí)現(xiàn)用戶

17、自己的算法。 4.2仿真建模及實(shí)驗(yàn)matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrixlaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用matlab來解算問題要比用c,fortran等語言完相同的事情簡捷得多. 當(dāng)前流行的matlab 5.3包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來擴(kuò)充matlab的符號計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能.學(xué)科工具包是專業(yè)

18、性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類. 開放性使matlab廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外,所有matlab主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包. 4.3雙閉環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，如圖4.4所示。圖4.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.3中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器upe。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。

19、這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)綜上所述，采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能更好的完成本題的設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖4.9所示： 圖4.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 u*na uc-idlnud0un+-b +-uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e用matlab的sumlink模塊做的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖如 4.5所示：圖4.5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖圖4.6 子系統(tǒng)模塊示波器波形如圖4.7，4.8所示： 圖4.7閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真波形圖4.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流波形圖由以上的計(jì)算和仿真得到的波形可

20、知，在符合設(shè)計(jì)要求的情況下，經(jīng)過多次的參數(shù)調(diào)整，得到一組較好的調(diào)節(jié)參數(shù)，如表4.2表4.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)晶閘管放大系數(shù)ks機(jī)電時(shí)間常數(shù)電磁時(shí)間常數(shù)電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)允許過載倍數(shù)400. 18s0.03s0.05v/a0.007vmin/r1.5rasr限幅值0.005s0.005s0.132vmin/r10.0055s8.4vacrasracr限幅值280a0.1104 s1.1574.63.15.380287.16441.6222.84.60.03s4.4仿真波形分析從圖4.7、4.8波形中，我們分析可知其起動(dòng)過程可分三個(gè)階段來分析：第階段：電流上升階段。突加給定電壓un*后，

21、通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制，使ua，ud，ud0都上升。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會(huì)很快。在這一階段中,asr由不飽和很快達(dá)到飽和,而acr不飽和,確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用.第階段：是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值n*為止，這是起動(dòng)過程中的重要階段。在這個(gè)階段，asr一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定uim*作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持恒定。因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開始，轉(zhuǎn)速已達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，asr輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使他退出飽和狀態(tài)，其輸出

22、電壓的給定電壓ui*立即下降，主電流id也因而下降。但在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。達(dá)到最大值后，轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值。此后，電機(jī)才開始在負(fù)載下減速，電流id也出現(xiàn)一段小于id0的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的階段，asr和acr都不飽和，同時(shí)起調(diào)節(jié)作用。根據(jù)仿真波形，我們可以對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在三閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用歸納為： 1). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用pi調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。 （2）對負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。2). 電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)

23、的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。4.5抗擾性能分析當(dāng)在一秒后在電網(wǎng)即電流環(huán)加入階躍響應(yīng)后的到電流，和轉(zhuǎn)速波形如下圖：加入擾動(dòng)后的電流波形加入擾動(dòng)后的轉(zhuǎn)速波形由上圖可知當(dāng)電網(wǎng)擾動(dòng)出現(xiàn)以后，電流調(diào)節(jié)器會(huì)馬上感應(yīng)擾動(dòng)的變化，電流波形會(huì)跟隨著發(fā)生一定的抖動(dòng)，但是經(jīng)過轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)p

24、i調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)之后，一定時(shí)間之內(nèi)，又重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)定在給定值工作運(yùn)行。由于電網(wǎng)擾動(dòng)進(jìn)入的位置遠(yuǎn)離了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，由波形可知，電網(wǎng)出現(xiàn)擾動(dòng)后，轉(zhuǎn)速跟沒有擾動(dòng)的情況相比，基本上么有任何的變化。五、 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1理論設(shè)計(jì)：根據(jù)所學(xué)的理論知識和實(shí)踐技能，了解帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)v-m調(diào)速系統(tǒng)的基本原理，解決積分調(diào)節(jié)器的飽和非線性問題；采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)一個(gè)帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(含主電路和控制電路,選擇的元器件，系統(tǒng)的電氣原理圖)。 2仿真實(shí)踐：根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)，利用matlab/simulink建立各個(gè)組成部分相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并對系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，

25、并進(jìn)行校正，得出正確的仿真實(shí)驗(yàn)波形和合適控制器參數(shù)，為搭建實(shí)際系統(tǒng)提供參考。結(jié) 論本設(shè)計(jì)“雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)” ，對于給定的djdk1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置，測定直流電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)電氣參數(shù)和時(shí)間常數(shù)，并應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，最后應(yīng)用matlab軟件對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以達(dá)到滿足控制指標(biāo)的目的。對于給定直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在經(jīng)典控制理論工程計(jì)算的基礎(chǔ)上，在完成參數(shù)測定后，應(yīng)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了主電路、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，并應(yīng)用matlab語言中的simulink工具箱對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，看到了理論設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果的差異，通過對仿真結(jié)果的分析，進(jìn)一步了解了工程設(shè)計(jì)方法中的近似環(huán)節(jié)給系統(tǒng)帶來的影響，認(rèn)識到了理論設(shè)計(jì)和工程計(jì)算的不同。仿真部分，運(yùn)用了matlab語言，掌握了語言的基本操作，并著重學(xué)習(xí)了simulink工具箱。運(yùn)用simulink工具箱對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及其它各種線性分析曲線?？v觀整個(gè)設(shè)計(jì)，經(jīng)典部分是已學(xué)過的知識，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)深入理解了工程設(shè)計(jì)方法，擴(kuò)展了知識面，各門課