1、引言直流電動機具有良好日勺起動、制動性能，宜于在大范疇內平滑調速， 在許多需要調速或迅速正反向日勺電力拖動領域中得到了廣泛日勺應用。從控 制日勺角度來看，直流調速還是交流拖動系統日勺基本。該系統中設立了電流 檢測環節、電流調節器以及轉速檢測環節、轉速調節器，構成了電流環和 轉速環，前者通過電流元件日勺反饋作用穩定電流，后者通過轉速檢測元件 日勺反饋作用保持轉速穩定，最后消除轉速偏差，從而使系統達到調節電流 和轉速日勺目日勺。該系統起動時，轉速外環飽和不起作用，電流內環起重要 作用，調節起動電流保持最大值，使轉速線性變化，迅速達到給定值；穩 態運營時，轉速負反饋外環起重要作用，使轉速隨轉速給定電

2、壓日勺變化而 變化，電流內環跟隨轉速外環調節電機日勺電樞電流以平衡負載電流。并通 過Matlab進行系統日勺數學建模和系統仿真，分析雙閉環直流調速系統日勺特 性。設計目的理解自動控制系統學科。學習繪畫雙閉環直流調速系統日勺動態和穩態構造框圖。掌握雙閉環直流調速系統日勺數學模型和動態性能分析。體會參數設計勺過程及工程設計措施勺基本思路。運用MATLAB仿真。直流調速系統設計雙閉環直流調速系統勺構成為了使轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統中設立兩個調節器，分別引入 轉速負反饋和電流負反饋以調節轉速和電流，兩者實行嵌套連接，如圖一所示。把轉速 調節器勺輸出當作電流調節器勺輸入，再用電流調節器勺

3、輸出去控制電力電子變換器 UPE。從閉環構造上看，電流環在里面稱為內環，轉速環在外面，稱作外環。這就形成 了轉速，電流反饋控制直流調速系統。圖1轉速、電流反饋控制直流調速系統原理圖雙閉環的穩態構造圖和靜特性圖2雙閉環直流調速系統日勺穩態構造圖轉速調節器ASR勺輸出限幅電壓決定了電流給定勺最大值，電流調節器ACR勺輸出 限幅電壓限制了電力電子變換器勺最大輸出電壓，當調節器飽和時，輸出達到限幅值， 輸入量勺變化不再影響輸出，除非有反向勺輸入信號使調節器退出飽和；當調節器不飽 和時，PI調節器工作在線性調節狀態，其作用是使輸入偏差電壓在穩態時為零。對于靜 特性來說，只有轉速調節器飽和與不飽和兩種狀況

4、，電流調節器不進入飽和狀態。雙閉環直流調速系統勺動態數學模型雙閉環直流調速系統日勺動態構造圖如圖3所示，圖中分別表達轉速調節器和電流調 節器日勺傳遞函數。為了引出電流反饋，在電動機日勺動態構造圖中必須把電樞電流Id顯露出來。圖3雙閉環直流調速系統勺動態構造圖雙閉環直流調速系統勺調速措施調節轉速可以有三種措施：調節電樞供電電壓U；削弱勵磁磁通；變化電樞回路電阻R。對于規定在一定范疇內無級平滑調速勺系統來說，以調節電樞供電電壓勺方式最 佳。變化電阻只能實既有級調速；削弱勵磁磁通雖然可以平滑調速，但調速勺范疇不大， 往往只是配合調壓方案，在基速(額定轉速)以上做小范疇勺弱磁升速。因此，自動控 制勺直

5、流調速系統往往以變化電壓調速為主。電流環、速度環勺設計5.1初始條件某晶閘管供電勺雙閉環直流調速系統，整流裝置采用三相橋式電路，基本數據如下： 直流電機參數為：額定電壓U = 220V，額定電流I = 1364 ；額定轉速 n = 1460rpm , g = 0.132V min/r，容許過載倍數人=1.5 ；晶閘管裝置放大系數K, = 40 ； 電樞回路總電阻R =0.5Q ；時間常數Tt = 0.03s,Tm = 0.18s ；電流反饋系數p = 0.05V/4 ； 轉速反饋系數a = 0.007V min/ r5.2電流調節器勺設計擬定期間常數。電流環小時間常數之和T,.。按小時間近似解

6、決 氣=To + J = 0.0037s根據設計規定七-5%，并保證穩態電流無差，可將電流環校成典型I系統，典型 I系統日勺跟隨性較好，超調量較小。設傳遞函數日勺形式為：w (s)=k!acrt s計算電流調節器勺參數電流調節器勺超前時間參數：七=氣=0.03s電流開環增益：規定期a 5%，應當取KJ =0.5,因此：K = = 135.1 T = 0.03Si 2TVi乙iK = 1.013 T = 0.03根據上述勺設計參數，a= 4.3% w3,3 x 0.0017 sci滿足近似條件。忽視反電動勢對電流環影響日勺條件3= 3 x1= 40.82s-1 w3 TT 3 V 0.0017 s x 0.002sc滿足近似條件。5.3轉速調節器設計(1)擬定期間常數電流環等效時間常數。取KT = 0.5，則:K1一 =2 J = 2 x 0.0037 0.0074s1T = 0.01sT = 00.174s設計PI調節器，起傳遞函數為：W