1、 控制系統(tǒng)設計與仿真課程設計報告目 錄摘要2一、 概 述2二、 設計任務與要求 32.1 設計任務32.2 設計要求3三、 理論設計 43.1 方案論證 43.2 系統(tǒng)設計43.2.1 電流調(diào)節(jié)器設計 43.2.1.1 電流環(huán)結(jié)構框圖的化簡53.2.1.2 確定時間常數(shù)63.2.1.3 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構63.2.1.4 校驗近似條件63.2.1.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容63.2.2 速度調(diào)節(jié)器設計 73.2.2.1 確定時間常數(shù)83.2.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構93.2.2.3 檢驗近似條件93.2.2.4 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容93.2.2.5 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量93.2.3 電流變化率環(huán)設

2、計 10四、 系統(tǒng)建模及仿真實驗 114.1 matlab 仿真軟件介紹 114.2 仿真建模及實驗 114.2.1 單閉環(huán)仿真實驗124.2.2 雙閉環(huán)仿真實驗144.2.3 帶電流變化率反饋的三閉環(huán)仿真實驗164.2.4 仿真波形分析17五、 實際系統(tǒng)設計及原理195.1 系統(tǒng)組成及工作原理 195.2 設備及儀器 195.3 實驗過程 205.3.1 實驗內(nèi)容205.3.2 實驗步驟20六、 總結(jié)與體會 21參考文獻 22. 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、無噪音和快速響應等優(yōu)點而得到廣泛應用。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)就是一個典型的系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般含晶閘管可控整流主電路、移

3、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電路等給定信號為010v直流信號，可對主電路輸出電壓進行平滑調(diào)節(jié)。采用雙pi調(diào)節(jié)器，可獲得良好的動靜態(tài)效果。電流環(huán)校正成典型i型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設計成典型型系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計方法，用simulink做了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進行校正，得出正確的仿真波形圖。本文還對實際中可能出現(xiàn)的各種干擾信號進行了仿真，另外本文還介紹了實物驗證的一些情況。關鍵詞：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、 概 述 我們都知道，對于調(diào)速系統(tǒng)來說

4、，閉環(huán)調(diào)速比開環(huán)調(diào)速具有更好的調(diào)速性能。而雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)又要比單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能和抗擾性能。基本的雙環(huán)就是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)，相應的要運用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)速和電流進行調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在v-m調(diào)速系統(tǒng)中設計兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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)，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。采用pi調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。為了實現(xiàn)在允許條件

5、下的最快起動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再讓電流負反饋發(fā)揮作用。但是電流會有一定的超調(diào)，用matlab/simulink工具分析設計直流電動機速度控制系統(tǒng)。 二、設計任務及要求2.1設計任務設計一個轉(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。直流電動機參數(shù)：l 額定功率1.1kw，額定電壓220v，額定電流6.7a，l 額定轉(zhuǎn)速 1500r/m，

6、=0.135vmin/r， l 允許過載倍數(shù)=1.5。l 晶閘管裝置放大系數(shù)：=57.4l 電樞電阻：ra=2.56l 電樞回路總電阻：r=4.5l 時間常數(shù)：機電時間常數(shù)=0.1162s， 電磁時間常數(shù)=0.03sl 電流反饋系數(shù)：=0.05v/al 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.007v min/rl 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：=0.00225s，=0.00225sl 總飛輪力矩：gd=2.5n.ml h=62.2設計要求調(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%,電流脈動系數(shù)si 10；啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量 n 10。系統(tǒng)具有過流、過壓、過載和缺相保護。 觸發(fā)脈沖有

7、故障封鎖能力。 對拖動系統(tǒng)設置給定積分器。三、理論設計3.1方案論證按照設計多環(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，逐步向外擴展設計原則（本課題設計先設計電流內(nèi)環(huán)，后設計轉(zhuǎn)速外環(huán)）。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中應該首先設計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個內(nèi)環(huán)節(jié)，再設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。然后在此基礎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)構簡單，工作可靠，設計和調(diào)試方便，達到本課程設計的要求?，F(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)，除電機外，都是由慣性很小的電力電子器件、集成電路等組成的。經(jīng)過合理的簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以近似為低階系統(tǒng)，而用運算放大器或數(shù)字式微處理器可以

8、精確地實現(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。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)頻率特性當做預期的特性，弄清楚它們的參數(shù)與系統(tǒng)性能指括的關系，寫成簡單的公式或制成簡明的圖表，則在設計時，只要把實際系統(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行參數(shù)計算，設計過程就要簡便得多。這樣，就有了建立工程設計方法的可能性。3.1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構框圖見圖3.1:圖3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構圖 u*na uc-idlnud0un+-b +-uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl

9、s+1rtmsu*iid1/ce+e3.2系統(tǒng)設計3.2.1電流調(diào)節(jié)器設計電流調(diào)節(jié)器的設計一般來說包含：時間常數(shù)的確定、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構的選擇、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算、近似條件的檢驗和實際電路中電阻和電容的計算。本設計中考慮到電流檢測信號中常含有交流分量，為了使它不影響到調(diào)節(jié)器的輸入，我們按要求在反饋通道中加了低通濾波器。為了平衡該調(diào)節(jié)器的延遲作用，我們又在電流調(diào)節(jié)器的前面加了一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，為的是將延遲抵消。3.2.1.1電流環(huán)結(jié)構框圖的化簡參閱參考文獻1的76、77頁，為了解決反電動勢與電流反饋的作用的相互交叉，簡化設計過程，我們將系統(tǒng)的作用過程做一定的簡化處理。首先我們可以得到，

10、對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化緩慢的擾動，因此，在電流的瞬變過程中，可以認為反電動勢基本不變，即有。這樣，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，我們可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構框圖，如圖3.2(a)所示。其條件是。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)變等效成單位負反饋，如圖3.2(b)所示。最后，由于和一般都比小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為則電流環(huán)結(jié)構框圖最終簡化成圖3.2(c)。簡化的近似條件為。acr(a) 忽略反電動勢的動態(tài)影響acr(b) 等效成單位負反饋系統(tǒng) acr(c) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 圖

11、3.2 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構框圖及其化簡3.2.1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構根據(jù)設計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型i型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用pi電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： = （3-1）檢查對電源電壓的抗擾性能： （3-2）符合典型i型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，并且各項性能指標都是可以接受的。3.2.1.3確定時間常數(shù)(1) 整流裝置滯后時間常數(shù)。按書表1-2，三相電路的平均失控時間：=0.0017s （3-3）(2) 電流濾波時間常數(shù)。g :=0.00225s （3-4）(3) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取為：g:=+=0.00395s (3-5）

12、 3.2.1.4計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：=0.16s （3-6）電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%是按書表2-2，應取=0.5，因此：g:= 126.582 （3-7）于是，acr的比例系統(tǒng)為： 需要改 gg: =0.299 gg:r電樞回路總電阻已知 4.5gg:ks 放大系數(shù)已知 57.4gg:被他電流反饋系統(tǒng):=給定最大電壓/電樞回路最大電流=10/1.5*6.7=0.995 （3-8）3.2.1.5校驗近似條件電流環(huán)截至頻率： gg:=126.582 （3-9）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似的條件為： 196.1 （3-10）忽略反電動勢對電流環(huán)動態(tài)影響的近似條件為： （3-11）

13、電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：需要改 （3-12）其中toi=0.00225=170.4s3.2.1.6 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取得。各電容和電阻值為：更改 acr比例系數(shù) ki=0.299 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)ti=0.16s濾波時間常數(shù)toi=0.00225s、 （3-13） ri=40k gg:計算得：=134 k （3-14） gg: =4uf （3-15） gg: =67uf （3-16）按照上面計算所得的參數(shù)，電流環(huán)內(nèi)環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為=4.3%5%,滿足課題所給要求。3.2.2速度調(diào)節(jié)器設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計類似電流調(diào)節(jié)器的設計過程，其詳細過程參閱文

14、獻1的第80頁到83頁，以下僅給出轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構框圖的化簡及傳遞函數(shù)。 如圖3.3(a)，即為未經(jīng)化簡的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構框圖。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)，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 =+則轉(zhuǎn)速換結(jié)構框圖可簡化成圖3.3(b)所示。校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構框圖如下圖3.3(c)所示。asr(a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)asr (b) 等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理(c) 校正后成為典型型系統(tǒng) 圖 3.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構框圖及其簡化3.2.2.1 確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時間常數(shù)。取=0.

15、5，則：gg: 0.0067改為 0.00395s （3-15）等于 0.0079(2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機波紋情況，?。?0.005s （3-16） (3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，?。篻g： （3-17）等于 0.0129 3.2.2.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構按設計要求，選用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （3-18） 3.2.2.3 計算轉(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=5，則asr的超前時間常數(shù)為：gg: （3-19）0.0184為0.0129等于 0.0645 并且求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： gg: 0.0184改為 0.0129等于 500

16、.77（3-20）則可得asr的比例系數(shù)為： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：10/1500=0.0067 ce=0.135 gg:ce b=0.995tm=0.1162r 4.5t 0.0129等于 23.410 （3-21）3.2.2.4 校驗近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為： （3-22）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： （3-23）gg:t是0.00395等于 179.01轉(zhuǎn)速環(huán)外環(huán)的小時間常數(shù)近似處理條件為： 32-24）gg:t是0.00225等于237.193.2.2.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取=40。各電容和電阻值為： （3-25） （3-26）gg:kn=23.410等于 rn=936.4k

17、cn=0.9823.2.2.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當h=4時，由書可以查得：=77.5%，這并不能滿足課題所給要求。實際上，由于表2-6是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，asr已經(jīng)飽和，不符合如今系統(tǒng)的前提要求，所以應該按asr退飽和的情況重新計算超調(diào)量。如下： （3-27）gg：查表得 cmax/cb=81.2%過載倍數(shù)r=1.5z=0空載啟動tm=0.1162tn=0.0129n*=1500nn=6.7*4.5/1500等于4.0289%滿足課題所給要求。四、系統(tǒng)建模及仿真實驗4.1matlab 仿真軟件介紹。在matlab進入市場前，國際上的許多軟件包都是直接以fortranc語言等編程

18、語言開發(fā)的。這種軟件的缺點是使用面窄，接口簡陋，程序結(jié)構不開放以及沒有標準的基庫，很難適應各學科的最新發(fā)展，因而很難推廣。matlab的出現(xiàn)，為各國科學家開發(fā)學科軟件提供了新的基礎。在matlab問世不久的80年代中期，原先控制領域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在matlab上重建。 mathworks公司1993年推出了matlab 4。0版，1995年推出4。2c版（for win3。x）1997年推出5。0版。1999年推出5。3版。matlab 5。x較matlab 4。x無論是界面還是內(nèi)容都有長足的進展，其幫助信息采用超文本格式和pdf格式，在netscape 3。0或ie 4。0及以上

19、版本，acrobat reader中可以方便地瀏覽。時至今日，經(jīng)過mathworks公司的不斷完善，matlab已經(jīng)發(fā)展成為適合多學科，多種工作平臺的功能強大大大型軟件。在國外，matlab已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在歐美等高校，matlab已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動控制理論，數(shù)理統(tǒng)計，數(shù)字信號處理，時間序列分析，動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設計研究單位和工業(yè)部門，matlab被廣泛用于科學研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，matlab一定會盛行起來。可以說，無論你從事工程方面的哪個學科，都能在matlab里找到合適的功能。

20、 4.2仿真建模及實驗matlab是矩陣實驗室（matrixlaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。 matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學,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. 當前流行的matlab 5.3/simulink 3.0包括擁有數(shù)百個內(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科工具包.功能工具包用來擴充matlab的符號計算,可視化建模仿真,文字處理及實時控制等功能.學

21、科工具包是專業(yè)性比較強的工具包,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造新的專用工具包. 4.2.1雙閉環(huán)仿真實驗為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，如圖4.1所示。asr-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr-電流調(diào)節(jié)器 tg-測速發(fā)電機 ta-電流互感器 upe-電力電子變換器圖4.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構圖4.4中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的

22、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)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計要求，現(xiàn)采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進行設計，如圖4.2所示： 圖4.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構圖 u*na uc-idlnud0un+-b +-uiwasr(s)wacr(s)ks tss+11/rtl s+1rtmsu*iid1/ce+e用matlab的sumlink模塊搭建轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖如 圖4.3所示。圖4.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型波形如圖4.4所

23、示： 圖4.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流波形經(jīng)過雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)上升時間最大波形與雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)上升時間最小波形對比可知：限幅值越大上升時間越小，限幅值越小上升時間越大；同時值越大，超調(diào)越?。恢翟叫?，超調(diào)越大。在符合設計要求的情況下，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和圖4.13所示：由此可得：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)采用pi調(diào)節(jié)規(guī)律，它不同于p調(diào)節(jié)器的輸出量總是正比與其輸入量，pi調(diào)節(jié)器它的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，是由它后面的環(huán)節(jié)的需要來決定的。4.2.2雙閉環(huán)在擾動作用下的仿真實驗（1）電網(wǎng)電壓干擾作用下的雙閉環(huán)控制實驗用一個占空

24、比為50%，幅值為10的矩形波信號加在電力電子變換器輸出端，使干擾信號為有用信號復制的5%-10%之間，觀察控制系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓干擾的抵抗作用。仿真模型圖如圖4.5所示。圖4.5帶電源電壓干擾的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型 波形圖如圖4.6所示：由圖形可見，轉(zhuǎn)速和電流波形都有一定的畸變，而且，電流波形變形比較明顯，而轉(zhuǎn)速波形基本沒有變化，這是由于電流內(nèi)環(huán)對電壓的及時調(diào)節(jié)作用，減小了的電網(wǎng)電壓對轉(zhuǎn)速的影響，電壓、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對于電網(wǎng)電壓干擾不能完全抑制。圖4.6帶電源電壓干擾的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真波形（2）反饋系數(shù)變化干擾作用下的雙閉環(huán)控制實驗 由于反饋環(huán)節(jié)的測速發(fā)電機測速精度的影響，轉(zhuǎn)

25、速反饋系數(shù)可能會因測速發(fā)電機不穩(wěn)定而出現(xiàn)干擾，本仿真系統(tǒng)用一個隨機信號疊加在反饋環(huán)節(jié)上，用以模擬測速發(fā)電機干擾對系統(tǒng)的影響。圖4.7轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)干擾作用下的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型仿真波形如圖4.6所示，圖4.5轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)干擾作用下的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真波形由波形可見，電流出現(xiàn)的干擾很大，電機無法承受電流如此巨大的波動，在實際電路中可能會造成電機燒毀，這說明轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)不能抑制轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)干擾。4.2.4仿真波形分析從圖4.12的波形中，我們分析可知其起動過程可分三個階段來分析：第階段：電流上升階段。突加給定電壓un*后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制，使ua，ud，ud0都上升。

26、由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快。在這一階段中,asr由不飽和很快達到飽和,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，這是起動過程中的重要階段。在這個階段，asr一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(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)負的偏差電壓，使他退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓的給定電壓ui*立即下降，主電流id也因而下降

27、。但在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。達到最大值后，轉(zhuǎn)速達到峰值。此后，電機才開始在負載下減速，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)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用pi調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （2）對負載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2). 電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)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

28、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)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程（4）當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。五、實際系統(tǒng)設計及實驗5.1 系統(tǒng)組成及工作原理三閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征是系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速分別由兩個調(diào)節(jié)器控制，由于調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)的主要參量是轉(zhuǎn)速，故轉(zhuǎn)速環(huán)作為主環(huán)放在外面，而電流環(huán)作為副環(huán)放在里面，可以及時抑制電網(wǎng)電壓擾動對轉(zhuǎn)速的影響。實際系統(tǒng)的組成如圖5.1所示 圖5.1 實物連接圖主電路采用三

29、相橋式全控整流電路供電。系統(tǒng)工作時，首先給電動機加上額定勵磁，改變轉(zhuǎn)速給定電壓可方便地調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。速度調(diào)節(jié)器asr、電流調(diào)節(jié)器acr均設有限幅電路，asr的輸出作為acr的給定，利用asr的輸出限幅起限制啟動電流的作用；acr的輸出作為觸發(fā)器gt的移相控制電壓，利用acr的輸出限幅ucm起限制電力電子變換器的最大輸出電壓的作用。當突加給定電壓時，asr立即達到飽和輸出*，使電動機以限定的最大電流加速啟動，直到電動機轉(zhuǎn)速達到給定轉(zhuǎn)速并出現(xiàn)超調(diào)，使asr退出飽和，最后穩(wěn)定運行在給定轉(zhuǎn)速上。5.2 設備及儀器djk01 電源控制屏（含“三相電源輸出”、“勵磁電源”等模塊）djk02三相變流橋路

30、（含“觸發(fā)電路”、“正橋功放”、“三相全控整流”模塊）djk04 電機調(diào)速控制（含“給定”、“電流調(diào)節(jié)器”、“速度變換”等模塊）djk08 可調(diào)電容dd03-2 電機導軌、測速發(fā)電機及轉(zhuǎn)速表（或dd03-3電機導軌、光碼盤測速系統(tǒng)及數(shù)顯轉(zhuǎn)速表） dj14 直流他勵電機 銘牌參數(shù)：額定功率0.185kw，額定電壓220v，額定電流1.2a，額定轉(zhuǎn)速 1600r/m，ce=0.113vmin/r， dk04 滑線變阻器（串聯(lián)形式0.65a/2k；并聯(lián)形式1.3a/500）慢掃描示波器萬用表5.3 實驗過程5.3.1 實驗內(nèi)容1理論設計：根據(jù)所學的理論知識和實踐技能，了解帶轉(zhuǎn)速微分負反饋的雙閉環(huán)v-

31、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；采用工程設計方法設計一個帶轉(zhuǎn)速微分負反饋的雙閉環(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仿真實踐：根據(jù)所設計系統(tǒng)，利用matlab/simulink建立各個組成部分相應的數(shù)學模型，并對系統(tǒng)仿真模型進行綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進行校正，得出正確的仿真實驗波形和合適控制器參數(shù)，為搭建實際系統(tǒng)提供參考。3動手實踐：根據(jù)所設計系統(tǒng)，完成單元電路安裝、系統(tǒng)組裝、單元及系統(tǒng)調(diào)試（可利用實驗臺的某些掛件），得出實物實驗波形和系統(tǒng)動、靜態(tài)性能5.3.2 實驗步驟1單元部件參數(shù)整和調(diào)試（1）觸發(fā)器整定。（2）調(diào)節(jié)器調(diào)零

32、。（3）調(diào)節(jié)器輸出限幅整定。2電流環(huán)調(diào)試（1）電流反饋極性的測定及過電流保護環(huán)節(jié)整定。（2）系統(tǒng)限流性能的檢查和電流反饋系數(shù)的測定。（3）電流環(huán)動態(tài)特性的研究。 3. 轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)試（1）轉(zhuǎn)速反饋極性及轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的測定。（2）轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)特性的研究。4.系統(tǒng)靜特性的測定（1）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓及發(fā)電機負載電阻,使,改變發(fā)電機負載電阻,即可測出系統(tǒng)靜特性曲線。（2）降低給定電壓,分別測出n=1000r/min,n=500r/min時靜特性曲線。5.4 實驗數(shù)據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)n=f(ug)的測定調(diào)節(jié)ug及r，使id=ied、n= l500rpm，逐漸降低ug，記錄ug和n于表中，即可測出閉環(huán)控制n = f

33、(ug)。表2 系統(tǒng)閉環(huán)控制特性n=f(ug)n（rpm） 550 750 90012001500ug（v） 6.86.505.94.33.2n（rpm） 740950110013001500ug（v） -5.6-5.3-5.1-5.0-4.6六、 總結(jié)與體會經(jīng)過本次課程設計又重新溫故了一遍電力拖動控制系統(tǒng)及電力電子相關知識，再一次把書本理論和實際的建模仿真及實物相結(jié)合。經(jīng)過了兩個星期的艱苦摸索，和同組成員的互相討論才終于完成任務。再建模的過程過，由于多次沒有聯(lián)系到實際情況而隨意的設置干擾參數(shù)被老師批評多次，經(jīng)過老師的耐心指導和查閱資料才得以更正。本次設計包括仿真和實物持續(xù)共計兩個星期。在仿真

34、的時候，首先要把單環(huán)連接出來，由于初期的調(diào)試過程不大理想，在調(diào)試參數(shù)的過程中花費了一定的時間才搞成功；然后又繼續(xù)連接雙閉環(huán)，經(jīng)過了相當?shù)囊欢握{(diào)試參數(shù)，才達到了與理想效果接近的結(jié)果。通過多方面的查閱資料了解到了電流變化率環(huán)的方法，由于沒有參數(shù)的限制，第三環(huán)倒是比前兩環(huán)的過程要輕松好多。在做實物的過程中，我們也是經(jīng)歷比較坎坷的。因為在機器本身的問題對實驗結(jié)果的影響是相當大的。為了保證真確只有一個環(huán)節(jié)一個環(huán)節(jié)的接線，檢查，接線再檢查。發(fā)現(xiàn)問題只有一點一點的用萬用表來檢查是哪里出的問題。雖然如此但最次接好后還是還是沒有出我們預期的結(jié)果。最終還是換了寫模塊，把整流模塊和調(diào)節(jié)器模塊換掉，再重新調(diào)節(jié)。然時間

35、等的是長了點，但是做出結(jié)果時的心情還是很歡喜的。通過本次課程課程設計之后，我收獲頗豐。理論分析和實際操作方面的結(jié)合更加緊密了，同時自己也認識到了自己很多地方的不足。之前的實驗中，自己也多次使用過matlab軟件，每次找元件都花費了許多的時間。但即使這是用過幾次后再次用這個軟件還是比較生硬。通過實驗，及對各種實驗的仿真的熟悉,我更加熟練了matlab的基本操作過程和一些常用的matlab中許多模塊的的元器件。在之后的日子里，我會更加努力地在抓好基礎知識的同時不斷加強自己在實踐方面的能力。參考文獻1陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).北京：機械工業(yè)出版社.第2版 20052李國勇，謝客明.控制系統(tǒng)數(shù)字仿

36、真與cad.北京：電子工業(yè)出版社. 20053趙文鋒.基于matlab控制系統(tǒng)設計于仿真.西安：西安電子科技大學版社.20034 戴宗坤、羅萬伯. 控制系統(tǒng)設計.北京：電子工業(yè)出版社.20025 王兆安、黃俊.電力電子技術.第4版.北京:機械工業(yè)出版社.20006 馮培悌.計算機控制技術.杭州:浙江大學出版社.19907 謝宗安.自動控制系統(tǒng).重慶:重慶大學出版社.1996ut2apodfxxc02gybkskcww97mrqqwhoj5tl15zt6jipyytycummtarp3v1n5luizi3xh3bhwyreko8d9g7nmzqowpjetldrw08gvs8dsdqqygc3c

37、e7moo2tlf0jf1gk74iuxybmtivr97ckrfvqult5fn2t6mpjr6rbzvpsortzvij5nb5ndvvsr4iwr1twlfkglspzuhrjq3cmzu98euouijdlszqpmvrw9zkupxf8wfug9l2g9277g2rtipa1ypczeuqxpkbhtvdcooqozxuz3vjrzmocijym62zchmeootyes8ebmm932tbz2yo09rtszeys8zrd2yktj8l6jeazvajnfbtrylvsm6ofbftoxvrffn7owiygjlamkunxjybz5rrb7r4vsur9zpfzfmfsjhcfc

38、a37lnw2vvlrkn7r8psz1bn6oric5hu5z6hcxayqynpog8duybawqsl20csg06dh2sm8hltgpkicskrgopdpuhbj1lmpk7lydvc6nnmwl3fwhzftfvyaary7lhssxj10v3ph3y19bxyr77ib7cpzsu2tijqe3hkqkkau9kskcphkxuikvvyjzpg2yijrkqfbggovyqkuxnwi9omnjtt6qilzxtyrf7d20fbmabcfiixrqkusvnxbppfuxyq1fjskfsubkgs2duvqc9sz4jkbgn4qqv66pyoarjurnfj3txyfclzieeptwfjthpheipdfnqn