直流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)概述

1、1. 直流電拖動(dòng)系統(tǒng)概述機(jī)直流電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中具有兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。首先直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能、調(diào)速性能和控制性能，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱直流調(diào)速系統(tǒng)）在需要調(diào)速的高性能電力拖動(dòng)中得到廣泛的應(yīng)用。另外，它的電樞電壓、電樞電力、電樞回路電阻、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速等各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是近似的線性函數(shù)關(guān)系，這使直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型較為簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、相應(yīng)地使得直流調(diào)速控制系統(tǒng)的分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)也較為容易，且經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐，直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟、經(jīng)典，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是及交流調(diào)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。但常規(guī)的意義的直流電動(dòng)機(jī)也具

2、有它不可克服的缺點(diǎn)-帶有機(jī)械換向裝置，即有換向器和電刷，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花和電磁干擾，電刷易磨損需維護(hù)、更換；而交流電動(dòng)機(jī)則不存在機(jī)械換向的問題。2. 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在許多工程實(shí)踐中，有一些生產(chǎn)機(jī)械由于生產(chǎn)工藝的要求，要求電機(jī)經(jīng)常處于啟動(dòng)，制動(dòng)的工作狀態(tài)，其速度圖多為梯形或三角形。這類生產(chǎn)機(jī)械要求電機(jī)經(jīng)常過載或堵轉(zhuǎn)，例如，往返運(yùn)動(dòng)的龍門刨床，可逆軋鋼機(jī)等。這類機(jī)械要求盡量縮短啟、制動(dòng)過程的時(shí)間，來提高生存率。為此，要求電機(jī)在最大允許電流和轉(zhuǎn)矩條件下，充分利用電機(jī)的過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度啟動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)

3、轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流減下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想啟動(dòng)過程中，啟動(dòng)電流呈方波型，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大的電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的啟動(dòng)過程。 如圖1。 圖13.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指含有：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)；電流負(fù)反饋環(huán)，使系統(tǒng)在充分利用電動(dòng)機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過度過程。在單閉環(huán)控制系統(tǒng)中，一個(gè)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)器過程同時(shí)具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。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，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器（ACR）調(diào)節(jié)電流，二者之間串

4、級(jí)連接。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)輸入，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)機(jī)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)，這就形成了轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 如圖2。 圖23.2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)起動(dòng)過程分析前面已經(jīng)指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近于理想的起動(dòng)過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，有必要先探討它的起動(dòng)過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程如圖4所示。由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，整個(gè)過渡過程也就分為三個(gè)階段，在圖中表以、和。第階段：0t1是電流上升

5、階段。突加給定電壓后，通過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用，使、都上升，當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)太快，因而ASR的輸入偏差電壓數(shù)值較大并使其輸出達(dá)到飽和值，強(qiáng)迫電流迅速上升。當(dāng)時(shí)，電流調(diào)節(jié)器ACR的作用使不再迅速增加，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。圖3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形第階段：t1t2是恒流加速階段。這一階段是起動(dòng)過程的主要階段。在這個(gè)階段中，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)為在恒流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定（電流可能超調(diào)，也可能不超調(diào)，

6、取決于ACR的參數(shù)），因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增加。又，n，這樣才能保持=cont。由于ACR是PI調(diào)節(jié)器，要使它的輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應(yīng)略低于。此外還應(yīng)指出，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過程中電流調(diào)節(jié)器是不能飽和的，同時(shí)整流裝置的最大電流也須留有余地，即晶閘管裝置也不應(yīng)飽和，這都是設(shè)計(jì)中必須注意的。第階段：t2以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。此時(shí)，但由于積分作用，所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速必超調(diào)。當(dāng)時(shí)，使ASR退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即ACR的給定電壓迅速下降，也迅速下降。但由于，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)增加。當(dāng)時(shí)，n達(dá)到最大值

7、（t3時(shí)刻）。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流也出現(xiàn)一段小與的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR與ACR都不飽和，同時(shí)起調(diào)節(jié)作用。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則是力圖使盡快地跟隨ASR的輸出量，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)?？偵纤觯p閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有三個(gè)特點(diǎn)：l 飽和非線性。在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng)。l 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。階段屬于電流受限制條件下的最短時(shí)間控制。采用飽和非線性控制方法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制是一種很有使用價(jià)值的控制策略，在各種多環(huán)系統(tǒng)中普遍地得到應(yīng)用。l 轉(zhuǎn)速必超調(diào)。按照PI調(diào)節(jié)器的特性，只有轉(zhuǎn)速超調(diào)，

8、ASR的輸入偏差電壓為負(fù)值，才能使ASR退飽和。這就是說，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速必超調(diào)4. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，主要包括確定預(yù)期典型系統(tǒng)，選擇調(diào)節(jié)器形式等。設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求提出的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)?？梢越柚聢D設(shè)計(jì)，經(jīng)過反復(fù)試湊，才能確定調(diào)節(jié)器的特性，從而選定其結(jié)構(gòu)并計(jì)算參數(shù)。工程設(shè)計(jì)的方法實(shí)際上是一種經(jīng)驗(yàn)性的方法，需要有一定的經(jīng)驗(yàn)和熟練的設(shè)計(jì)技巧。 現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中，除電機(jī)的慣性較大外，其余部分的慣性很小。經(jīng)過合理的簡(jiǎn)化處理，整個(gè)系統(tǒng)一般都可以近似為低階系統(tǒng)，并從中找出少數(shù)典型系統(tǒng)作為工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。工程上通

9、常選用下述兩種典型系統(tǒng)如閉環(huán)二階典型系統(tǒng)和閉環(huán)三階典型系統(tǒng)。事先對(duì)這兩種典型系統(tǒng)做比較深入的研究，把它們的開環(huán)對(duì)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)性能指標(biāo)的關(guān)系，寫成簡(jiǎn)單的公式或制成簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)便得多，在工程實(shí)踐匯總得到了廣泛的應(yīng)用。之所以選定這兩種系統(tǒng)作為典型系統(tǒng)，是因?yàn)檫@兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于工程上實(shí)現(xiàn)，而且在不是相當(dāng)高的要求下，完全能夠滿足工程設(shè)計(jì)的需要。工程設(shè)計(jì)的主要步驟是根據(jù)被控對(duì)象和要求，確定預(yù)期的典型系統(tǒng)，根據(jù)典型系統(tǒng)選擇調(diào)節(jié)器形成和最佳參數(shù)，并以此計(jì)算系統(tǒng)電路參

10、數(shù)。 如果系統(tǒng)要求更精確的動(dòng)態(tài)性能，可參考“模型系統(tǒng)法”.對(duì)于復(fù)雜的不可能簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的情況，可采用高階系統(tǒng)或多變量系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)。實(shí)際控制系統(tǒng)對(duì)于各種動(dòng)態(tài)指標(biāo)的要求各有不同。一般來說，調(diào)速來說，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主，而隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)則以跟隨性能為主。在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，應(yīng)該首先根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，確定要校正成哪一類典型系統(tǒng)。大部分控制對(duì)象配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，就可以校正成典型系統(tǒng)，但也有些實(shí)際系統(tǒng)不可能簡(jiǎn)單地校正成典型系統(tǒng)的形式，這就需求經(jīng)過近似處理，才能使用上述的工程設(shè)計(jì)方法。4.1 電源設(shè)計(jì)該模塊的主要功能是為轉(zhuǎn)速給定電路提供

11、電源，眾所周知，電源是一切電路的心臟，其性能在很大程度上影響著整個(gè)電路的性能。為使系統(tǒng)很好的工作，本文特設(shè)計(jì)一款±15V的直流穩(wěn)壓電源供電，其電路圖如圖3.5所示。直流穩(wěn)壓電源主要由兩部分組成：整流電路和濾波電路。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔?，因此二極管是組成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率（1KW）整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路，其主要特點(diǎn)如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用，效率高。 圖3.5 ±15V電源電路原理圖濾波電路

12、用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩側(cè)并聯(lián)電容器；或在整流電路輸出端與負(fù)載間串聯(lián)電感L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。4.2 控制電路的設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其原理圖如圖3.6所示。 圖3.6 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖為了獲得良好的靜動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI 調(diào)節(jié)器。圖4.7中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實(shí)際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖3.7為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖3.8為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。ACR和ASR的輸入、輸出信號(hào)的極性，主要視

13、觸發(fā)電路對(duì)控制電壓的要求而定。若觸發(fā)器要求ACR的輸出Uct為正極性，由于調(diào)節(jié)器一般為反向輸入，則要求ACR的輸入U(xiǎn)i*為負(fù)極性，所以，要求ASR輸入的給定電壓Un*為正極性。本文基于這種思想進(jìn)行ASR和ACR設(shè)計(jì)。4.3 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇。確定了要采用哪一種典型系統(tǒng)之后，選擇調(diào)節(jié)器的方法就是把控制對(duì)象與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)相乘，匹配成典型系統(tǒng)。有時(shí)僅靠P,I,PI,PD和PID.幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求，就不得不做一些近似處理，或者采用更為先進(jìn)的控制規(guī)律.傳遞函數(shù)的近似處理。有時(shí)僅僅通過調(diào)節(jié)器的選擇還不能校正成哪一類典型.此時(shí)可先對(duì)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)做近似處理，再與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)配成典型系統(tǒng)的

14、形式處理。有時(shí)僅僅通過調(diào)節(jié)器的選擇還不能校正成哪一類典型此時(shí)可先對(duì)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)做近似處理，再與調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)配成典型系統(tǒng)的形式。5. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)舉例設(shè)待分析的直流電機(jī)為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，具體參數(shù)為， , ,，,無靜差。電流過載倍數(shù)，電流超調(diào)量，電流反饋系數(shù)，.轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：，晶閘管裝置放大系數(shù)：；設(shè)計(jì)要求：靜態(tài)指標(biāo)：無靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量在設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，一般是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)，調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)取決于穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)校正的要求，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正的設(shè)計(jì)與調(diào)試都是按先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的順序進(jìn)行，在動(dòng)態(tài)過程中可以認(rèn)為外環(huán)對(duì)內(nèi)環(huán)幾乎無

15、影響，而內(nèi)環(huán)則是外環(huán)的一個(gè)組成環(huán)節(jié)3。由于典型型系統(tǒng)的跟隨性能由于典型型系統(tǒng)，而典型型系統(tǒng)的抗擾性能優(yōu)于典型型系統(tǒng)，因此一般來說，從快速啟動(dòng)系統(tǒng)的要求出發(fā)，可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流環(huán)；由于要求轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工程設(shè)計(jì)法是建立在頻率特性理論基礎(chǔ)上的，只需將典型系統(tǒng)和典型系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性作為調(diào)速系統(tǒng)僅有的兩種預(yù)期特性。工程設(shè)計(jì)的步驟如下：l 對(duì)已知系統(tǒng)的固有特性做恰當(dāng)?shù)淖儞Q和近似處理，以簡(jiǎn)化調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)。l 根據(jù)具體情況選定預(yù)期特性，即典型系統(tǒng)或典型系統(tǒng)，并按照零極點(diǎn)相消的原則，確定串聯(lián)調(diào)節(jié)器的類型。l 根據(jù)要求的性能指標(biāo)，確定調(diào)節(jié)器的有關(guān)P、I、D參數(shù)。l 畫出相應(yīng)的調(diào)節(jié)器參

16、數(shù)，并確定有關(guān)RC網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。l 校驗(yàn)。5.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)5.1.1 確定時(shí)間常數(shù)（1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)。=0.0017s（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)，=0.002s（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取5.1.2 確定將電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，而且，因此，電流環(huán)可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。5.1.3 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為：5.1.4 選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)ACR超前時(shí)間常數(shù)：；電流環(huán)開環(huán)增益：因?yàn)橐?，故?yīng)取，因此于是，ACR的比例系數(shù)為.005。所以電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為5.1.5 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)電流調(diào)節(jié)器原理如圖4所示，按所用運(yùn)算放大

17、器，取，各電阻和圖4 電流調(diào)節(jié)器原理圖電容值計(jì)算如下：，??；，?。?，取5.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)5.2.1. 確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為；（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，?。唬?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。5.2.2. 確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；有根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。5.3.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為：5.3.4 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗繞性能都較好的原則取h=5，則ASR超前時(shí)間常數(shù)：；轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：；于是ASR的比例系數(shù)為：。轉(zhuǎn)速

18、調(diào)節(jié)器也選用PI型，其傳遞函數(shù)為5.3.5 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖5所示，按所用運(yùn)算放大器，取，各電阻圖5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖和電容值計(jì)算如下：，?。?，??；，取。6. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在Simulink環(huán)境下的仿真4系統(tǒng)調(diào)試由于本文只進(jìn)行了理論性設(shè)計(jì)，故在系統(tǒng)安裝與調(diào)試階段只對(duì)控制電路部分進(jìn)行了MATLAB仿真，以分析直流電機(jī)的啟動(dòng)特性。采用MATLAB中的simulink工具箱對(duì)系統(tǒng)在階躍輸入和負(fù)載擾動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（主要為轉(zhuǎn)速和電樞電流）進(jìn)行仿真。仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)如圖4.1所

19、示。 圖4.1 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖在仿真過程中，Matlab設(shè)置很多不同的算法，而不同的算法，對(duì)仿真出來波形影響很大。對(duì)于用數(shù)值方法求解常系數(shù)微分方程(Ordinary Differential Equation,簡(jiǎn)寫為ODE)或微分方程組，MATLAB提供了七種解函數(shù)，最常用的是ODE45。ode45可用于求解一般的微分方程，他采用四階、五階龍格-庫塔法。仿真結(jié)果如圖4.2-4.3所示。電流輸出圖電壓輸出圖5 結(jié)論 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程如仿真圖4.2所示。由于在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階

20、段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動(dòng)時(shí)間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。通過仿真可知：?jiǎn)?dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電

21、機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。6總結(jié)與體會(huì) 經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，不僅在書上學(xué)到的知識(shí)得到了鞏固，而且還在設(shè)計(jì)過程中拓展了其他沒有學(xué)過的知識(shí)。這次的課程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了將近一個(gè)暑假，從查找資料，到確定方案，最后再到用軟件仿真，我們組都團(tuán)結(jié)協(xié)作，互相幫助，并且得到老師的關(guān)懷。我們以前學(xué)習(xí)的知識(shí)都漸漸離我們遠(yuǎn)去，甚至不知道、不清楚哪些知識(shí)該用到哪些地方，什么時(shí)候用。學(xué)校安排了這次課程設(shè)計(jì)，通過自己查找資料，了解情況，讓我們清楚我們學(xué)的知識(shí)與現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，使得我們對(duì)知識(shí)深刻的了解和鞏固。與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。因?yàn)樵诮窈蟮墓ぷ髦幸粋€(gè)人獨(dú)立完成不與別人合作，是基本

22、不可能的，所以在這次課程設(shè)計(jì)中也鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗(yàn)，是一筆難得的財(cái)富。參考文獻(xiàn)1姚舜才，溫志明，黃剛 . 編著 .運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析與應(yīng)用 .北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.63752王劃一 . 主編 .自動(dòng)控制原理 . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.8163林紅，周鑫霞 . 主編 .電子技術(shù) .北京：清華大學(xué)出版社，2008.2492614邱關(guān)原，羅先覺 .電路 .北京：高等教育出版社，2006.3403725王遠(yuǎn)，張玉平 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.891146閻石.主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) .北京：高等教育出版社，1998.18521