雙閉環(huán)晶閘管直流調速系統(tǒng)課程設計

1、課 程 設 計課程名稱： 交直流調速系統(tǒng)與 MATLAB仿真設計題目 雙閉環(huán)直流晶閘管調速系統(tǒng)課程設計學院：電氣與信息工程學院專業(yè)：自動化年級：13級 03 班學生姓名：胡盛斌指導教師：李建軍日期：2016年 5 月份教 務 處 制目錄第一章緒論 .1第二章總體方案設計 .22.1方案比較 .22.2方案論證 .22.3方案選擇 .32.4設計要求 .3第三章單元模塊設計 .43.1轉速給定電路設計 .43.2轉速檢測電路設計 .53.3電流檢測電路設計 .63.4整流及晶閘管保護電路設計.63.4.1過電壓保護和 du/dt 限制 .63.4.2過電流保護和 di/dt 限制 .73.4.3

2、整流電路參數(shù)計算 .73.5電源設計 .93.6控制電路設計 .9第四章系統(tǒng)調試 .17第五章設計總結 .20第六章總結與體會 .207 參考文獻.21第一章緒論自 70 年代以來，國外在電氣傳動領域內，大量地采用了“晶閘管直流電動機調速”技術（簡稱KZ D 調速系統(tǒng)），盡管當今功率半導體變流技術已有了突飛猛進的發(fā)展，但在工業(yè)生產中KZ D 系統(tǒng)的應用還是占有相當?shù)谋戎?。在工程設計與理論學習過程中，會接觸到大量關于調速控制系統(tǒng)的分析、綜合與設計問題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實驗法與仿真實驗，其中前兩種方法在具有各自優(yōu)點的同時也存在著不同的局限性。雙閉環(huán)（電流環(huán)、轉速環(huán)）調速系統(tǒng)是一種當前應

3、用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和 PI 調節(jié)器的單閉環(huán)的調速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。在實際工

4、作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行。這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。第二章總體方案設計2.1 方案比較方案一：單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是指只有一個轉速負反饋構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機軸上裝一臺測速發(fā)電機 SF ,引出與轉速成正比的電壓U f 與給定電壓Ud 比較后 ,得偏差電壓U ,經(jīng)放大器 FD , 產生觸

5、發(fā)裝置CF 的控制電壓Uk , 用以控制電動機的轉速,如圖 2.1 所示。電壓放大器整流觸發(fā)裝置電動機負載速度檢測圖 2.1 方案一原理框圖方案二：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)該方案主要由給定環(huán)節(jié)、ASR 、 ACR 、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測環(huán)節(jié)以及電流檢測環(huán)節(jié)組成。為了使轉速負反饋和電流負反饋分別起作用，系統(tǒng)設置了電流調節(jié)器 ACR 和轉速調節(jié)器 ASR 。電流調節(jié)器 ACR 和電流檢測反饋回路構成了電流環(huán)；轉速調節(jié)器 ASR 和轉速檢測反饋回路構成轉速環(huán)， 稱為雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。 因轉速換包圍電流環(huán)， 故稱電流環(huán)為內環(huán)， 轉速環(huán)為外環(huán)。在電路中， ASR 和 ACR 串聯(lián)，即把 ASR 的輸出

6、當做 ACR 的輸入， 再由 ACR 得輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)器。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的PI 調節(jié)器，且轉速和電流都采用負反饋閉環(huán)。該方案的原理框圖如圖2.2 所示。電流檢測電壓ASRACR整流觸發(fā)裝置電動機負載速度檢測圖 2.2 方案二原理框圖2.2 方案論證方案一采用單閉環(huán)的速度反饋調節(jié)時整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6 ,12 ,? ,其數(shù)目總是有限的,比直流電機每對極下?lián)Q向片的數(shù)目要少得多。因此 ,除非主電路電感L = ,否則晶閘管電動機系統(tǒng)的電流脈動總會帶來各種影響,主要有 :(1)脈動電流產生脈動轉矩,對生產機械

7、不利; (2) 脈動電流 ( 斜波電流 ) 流入電源 ,對電網(wǎng)不利 ,同時也增加電機的發(fā)熱。并且晶閘管整流電路的輸出電壓中除了直流分量外 ,還含有交流分量。把交流分量引到運算放大器輸入端 ,不僅不起正常的調節(jié)作用 ,反而會產生干擾 ,嚴重時會造成放大器局部飽和 ,從而破壞系統(tǒng)的正常工作。方案二采用雙閉環(huán)轉速電流調節(jié)方法，雖然相對成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對生產工藝的要求的滿足， 既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定， 同時也兼顧了啟動時啟動電流的動態(tài)過程。在啟動過程的主要階段，只有電流負反饋，沒有轉速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉速，實現(xiàn)轉速無靜差調節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充

8、分利用電機過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產需求。2.3 方案選擇1.在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中用一個調節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進行調節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調整，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。2.系統(tǒng)中采用電流截止負反饋環(huán)節(jié)來限制啟動電流，不能充分利用電動機的過載能力獲得最快的動態(tài)響應，即最佳過渡過程。為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個信號綜合于一個調節(jié)器輸入端的缺點，最好的方法就是將被調量轉速與輔助被調量電流分開加以控制， 用兩個調節(jié)器分別調節(jié)轉速和電流， 構成轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。所以本文選擇方案二作為設計的最終方案。2.4 設計題目和設計要求1.題目名稱：雙閉環(huán)晶閘管直流

9、調速系統(tǒng)的設計。2.Z4 系列直流電動機技術參數(shù)。直流電動機設計雙閉環(huán)直流晶閘管調速系統(tǒng)，技術要求如下：直流電動機的額定參數(shù)PN=67KW 、U N=400V 、 nN=2710 r/min ，電樞電流185A ，電樞回路電阻 Raa，電流過載倍數(shù) =1.，5勵磁功率 1400W，=0.0555 ，電樞繞組電感L =1.16mH ，磁場電感 6.9H電樞回路總電阻可取為R=2Ra，效率 89.5%，系統(tǒng)總飛輪矩22,GD=2.5 GD d3. 設計要求：要求調速范圍 D=10 ，靜差率 s5%；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量 i 5%，電流脈動系數(shù) Si10%；空載起動到額定轉速時的轉速超調量n 10

10、。4. 要求系統(tǒng)具有過流過壓過載和缺相保護。5. 要求出發(fā)脈沖有故障封鎖能力。6. 要求對拖動系統(tǒng)設置給定積分器。2.5 設計內容1.調速的方案選擇（ 1）直流電動機的選擇（根據(jù)上表按學號書序選擇電動機型號，每個人一個電動機參數(shù)，因為我的學號為 31，故選擇 Z4-180-31 ，具體額定參數(shù)及所需部分參數(shù)已根據(jù)書本或上網(wǎng)查出。）（ 2）電動機供電方案的選擇 （要求通過方案比較后， 采用晶閘管三相全控橋式變流器供電方案）。（ 3）系統(tǒng)的結構選擇（要求通過方案比較后，采用轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)結構）。（ 4）確定直流調速系統(tǒng)的總體結構框圖。2.主電路的計算（ 1）整流變壓器計算。二次測電壓計算，一、

11、二次側電流的計算，容量的計算。（ 2）晶閘管元件的選擇。晶閘管的額定電壓，電流計算。（ 3）晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算。1）交流側過流電壓保護2）阻容保護、壓敏電阻保護計算。3）直流側過電壓保護。4）晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護。5）過電流保護。交流側快速熔斷器的選擇，與元件串聯(lián)的快速熔斷的選擇，直流側快速熔斷器的選擇。(4) 平波電抗器的計算3.觸發(fā)電路的選擇與校驗（可參考“電力電子技術”中有關觸發(fā)電路的內容）觸發(fā)電路的種類很多，可直接選用；觸發(fā)電路中元器件參數(shù)可參照有關電路進行選用，一般不用重新計算。最后只需要根據(jù)主電路選用的晶閘管對脈沖輸出級進行校驗，只要輸出脈沖功率能滿足要求即可。4.

12、控制電路設計計算主要包括：給定電源參數(shù)和給定環(huán)節(jié)的設計計算、轉速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設計與計算、調速系統(tǒng)的穩(wěn)定參數(shù)計算等。5.雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)設計主要設計轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器，可參考教材第二章中“雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調節(jié)器的工作設計舉例”的有關內容。三、系統(tǒng)的計算的仿真用面向電氣系統(tǒng)原理結構圖的MATLAB仿真法對所設計的系統(tǒng)進行計算機仿真實驗。四、設計提交的成果材料（ 1）設計說明書。（ 2）直流調速系統(tǒng)電氣原理總圖一份。（ 3）仿真模型和仿真結果。3 單元模塊設計根據(jù)設計要求， 本文所設計的雙閉環(huán)直流晶閘管調速系統(tǒng)主要包含轉速給定電路、轉速檢測電路、電流檢測電路、控制電路、觸發(fā)脈沖

13、輸出電路、整流及晶閘管保護電路、電源等幾個部分。3.1 轉速給定電路設計轉速給定電路主要由滑動變阻器構成，調節(jié)滑動變阻器即可獲得相應大小的給定信號。轉速給定電路可以產生幅值可調和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調節(jié)的給定電壓。其電路原理圖如圖3.1 所示。圖 3.1 轉速給定電路原理圖3.2 轉速檢測電路設計轉速檢測電路的主要作用是將轉速信號變換為與轉速稱正比的電壓信號，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉速反饋信號。轉速檢測電路主要由測速發(fā)電機組成，將測速發(fā)電機與直流電動機同軸連接，測速發(fā)電機輸出端即可獲得與轉速成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉速反饋信號反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖3.

14、2 所示。圖 3.2 轉速檢測電路原理圖3.3 電流檢測電路設計電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號，經(jīng)過濾波整流后，用于控制系統(tǒng)中。該電路主要由電流互感器構成，將電流互感器接于主電路中，在輸出端即可獲得與主電路電流成正比的電流信號，起到電氣隔離的作用。其電路原理圖如圖3.3 所示。圖 3.3 電流檢測電路原理圖3.4 整流及晶閘管保護電路設計整流電路如圖 3.4 所示，在整流電路中主要是晶閘管的保護問題。晶閘管具有許多優(yōu)點，但它屬于半導體器件，因此具有半導體器件共有的弱點，承受過電壓和過電流的能力差，很短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長期可靠運

15、行，除了合理選擇元件外，還須針對元件工作的條件設置恰當?shù)谋Ｗo措施。晶閘管主要需要四種保護：過電壓保護和 du/dt 限制，過電流保護和 di/dt 限制。圖 3.4 整流電路及晶閘管保護電路3.4.1 過電壓保護和 du/dt 限制凡是超過晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產生過壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護的部位來分，有交流側保護，直流側保護和元件保護。元件保護主要是通過阻容吸收電路，連線如圖4.4 所示。阻容吸收電路的參數(shù)計算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉化為電容器電場的能量存儲起來為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突

16、變，所以可以有效的抑制尖峰過電壓。串阻的目的是為了在能量轉化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC 回路的振蕩。3.4.2 過電流保護和 di/dt 限制由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時，溫度就會急劇上升可能燒壞PN 結，造成元件內部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負載端過載或短路；某個晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時間內承受一定的過電流，所以過電流保護作用就在于當過電流發(fā)生時，在允許的時間內將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的保護措施有下列幾種：1.快速熔斷器普通熔斷絲由于熔斷時間長，用來

17、保護晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護作用。因此必須采用專用于保護晶閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質熔絲，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護的主要措施。2.硒堆保護硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當硒堆上電壓超過某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過較大的電流，把過電壓的能量消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。本系統(tǒng)采用快速熔斷器對可控硅進行過流保護。3.4.3 整流電路參數(shù)計算(1) U 2 的計算U d max 負載要求的整流電路輸出的最大值；U T 晶閘管正

18、向壓降，其數(shù)值為0.4 1.2V ，通常取 U T1V ；n 主電路中電流回路晶閘管的個數(shù)；A 理想情況下0 時，整流輸出電壓 U d 與變壓器二次側相電壓U d 之比；C線路接線方式系數(shù)； 電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取0.9 ；min 最小控制角，通常不可逆取min 10o20o；U sh 變壓器短路電壓比， 100Kv以下的取U sh0.05；I 2I 2N 變壓器二次側實際工作電流額定電流之比；已知，取U T1V、n2 ，查 表得A 2.34 ，取0.9,min10oU sh0.05I 21 查表得C0.5代入上式得：,I 2 NU 2(1 1.2) U d2.34 ，應用式A B ，查表得

19、 A取0.9 ， Bcos0.985 ，取 K I 10.816 U 2 110V，電壓比U 1380K3.45U 2110（ 2）一次和二次向電流I1和I 2的計算由式得I1 K I 1 I d ， I 2K I 2 I d 由表得K I 10.816 ， K I 20.816 ，考慮勵磁電流和變壓器的變比 K ，根據(jù)以上兩式得：（ 3）變壓器的容量計算(4) 晶閘管參數(shù)選擇由整流輸出電壓，進線線電壓為110V，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次線電壓的電壓峰值，即：U RM23U 2269.5V ，晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即：U FM 1 223U 2134.7V?？紤]安

20、全裕量，選擇電壓裕量為2 倍關系，電流裕量為1.5 倍關系，所以晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：U VTN2269.5V539VIVTN1.526.4A39.6A3.5 電源設計該模塊的主要功能是為轉速給定電路提供電源，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電路的性能。為使系統(tǒng)很好的工作，本文特設計一款 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。整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導通作用，因此二極管是組成整流電路的關鍵元件。在小功率（ 1KW ）整流電路中，常見的幾種整流電路有

21、單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設計采用橋式整流電路，其主要特點如下：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 3.515V 電源電路原理圖濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩側并聯(lián)電容器；或在整流電路輸出端與負載間串聯(lián)電感L ，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。3.6 控制電路設計本控制系統(tǒng)采用轉速、電流雙閉環(huán)結構，其原理圖如圖3.6 所示。圖 3.6 雙環(huán)調速系統(tǒng)原理圖為了獲得良好的靜動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器一般都采用PI 調節(jié)器。圖4.7 中標出了兩個調節(jié)器的輸入輸出的實際極性，他們是按

22、照電力電子變換器的控制電壓Uc 為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖3.7 為雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖。圖3.8 為雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖。ACR 和 ASR 的輸入、輸出信號的極性，主要視觸發(fā)電路對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， 由于調節(jié)器一般為反向輸入，則要求 ACR的輸入ASR 和Ui* 為負極性，所以，要求ACR 設計。ASR輸入的給定電壓Un* 為正極性。本文基于這種思想進行圖 3.7 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖圖 3.8 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)動態(tài)結構圖基本數(shù)據(jù)直流電動機：33KW 、 400V 、 96.6A 、 900r/mi

23、n 、Ra=0.332， La=7.7mH晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40電樞回路總電阻 :R=2Ra=0.664電流反饋系數(shù)： =005V/A. （ 10V/1.5IN）轉速反饋系數(shù)： =0.00625Vmin/v （10V/nN）設計要求靜態(tài)指標：無靜差動態(tài)指標：電流超調量i%5%，空載啟動到而定轉速時的轉速超調量n%10%參數(shù)計算1.因為 U N=230V ，的整定范圍在 30120 之間，由公式 U D 2.34U 2cos 知當 =30時 U D 取得最大值，由此計算得U2=113.50V 。2.由 EaU N I a RaCen 有 Ce=0.1290。TmRGD 22 ?375 有

24、 Tm=0.4825s。3.由CeCT4.由 L 0.693U 2有 L=16.46mH 。由 TlL 有 Tl=0.0091s 。I d minR系統(tǒng)設計1.電流環(huán)的設計（ 1）確定時間常數(shù)。 整流裝置滯后時間常數(shù)Ts,三相橋式整流電路的平均失控時間Ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù)Toi, 三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭， 應有（ 12）Toi=3.33ms, 因此取 Toi=2ms=0.002s 。電流環(huán)小時間常數(shù)T i,按小時間常數(shù)近似處理， 取 T i=Ts+Toi=0.0037s。（ 2）確定電流環(huán)設計成何種典型系統(tǒng)。根據(jù)設計要求i%5%，而且 Tl

25、/T i=0.0091/0.0037=2.46 ci ，所以滿足近似條件。2）校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：1ci3，TmTlci313145.27s 1現(xiàn)在TmTl0.48250.0091 ci,滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設計指標要求和近似條件。2.轉速環(huán)的設計（ 1）確定時間常數(shù)。電流環(huán)等效時間常數(shù)為2Ti0.0074 s；轉速濾波時間常數(shù)Ton，根據(jù)所用測速發(fā)動機紋波情況，取Ton =0.01s;轉速環(huán)小時間常數(shù)T on 按小時間常數(shù)近似處理，取T on2T iTon0.0174s 。（ 2）確定將轉速環(huán)設計成何種典型系統(tǒng)。由于設計要求轉速環(huán)無靜差，轉速

26、調節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)設計要求，應按典型型系統(tǒng)設計轉速環(huán)。（ 3）轉速調節(jié)器的結構選擇。轉速調節(jié)器選用PI 型，其傳遞函數(shù)為ns 1WASR (s) K nn s（ 4）選擇轉速調節(jié)器參數(shù)。按跟隨和抗干擾性能都能較好的原則取h=5，則ASR 超前時間常數(shù)nhT n5 0.01740.087sK N(h1)2256396.4s2轉速環(huán)開環(huán)增益為2 h 2T20.01742nK n( h1)CeTm 60.13950.12900.48252hRT n25 0.00691.824.11于是， ASR 的比例系數(shù)為0.0174（ 5）計算轉速調節(jié)器的電路參數(shù)。轉速調節(jié)器原理圖如圖3.10

27、所示，按所用運算放大器，取R0=40K ，各電阻和電容值計算如下：RKR 24.11 40K964.4 K , 取1Mnn 0Cnon / Rn(0.087 /1 M )1060.087uFCon4Ton / R01uF圖 3.10 轉速調節(jié)器原理圖cnK NK n / n 34.5s 1（ 6）校驗近似條件。轉速環(huán)截止頻率1cn15T i1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：1154.1s 1現(xiàn)在 5T i5 0.0037cn ,滿足簡化條件。11cn2）校驗小時間常數(shù)近似處理是否滿足32T on Ti ，cn111138.75s 1現(xiàn)在32Ton T i3 2 0.010.0037 cn

28、 ,滿足近似條件。Cmax3）校驗轉速超調量。當h=5 時，Ckb81.2%而 nNI N R / Ce47.81.8 / 0.1290667.0r / min，因此C maxnNTn667.00.0174n %(C kb ) 2(Z )n *Tm81.2% 2 1.514500.48254.04% 10%，能滿足設計要求。設計完成的控制系統(tǒng)如圖3.11 所示。圖 3.11 設計完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)第四章系統(tǒng)調試由于本文只進行了理論性設計， 故在系統(tǒng)安裝與調試階段只對控制電路部分進行了 MA TLAB 仿真，以分析直流電機的啟動特性。采用 MATLAB 中的 simulink 工具箱對系統(tǒng)在階

29、躍輸入和負載擾動情況下的動態(tài)響應（主要為轉速和電樞電流）進行仿真。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)原理結構圖的仿真方法，本文采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。系統(tǒng)仿真結構如圖 4.1 所示。圖 4.1 系統(tǒng)仿真結構圖在仿真過程中，Matlab 設置很多不同的算法，而不同的算法，對仿真出來波形影響很大。對于用數(shù)值方法求解常系數(shù)微分方程(OrdinaryDifferentialEquation, 簡寫為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。仿真結果如圖4.2-4.3 所示。圖 4.2 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)仿真結果圖上部為電機轉速曲線，中部為擾動電流曲線，下部為電機電流曲線。加電流啟動時電流環(huán)將電機速度提高，并且保持為最大電流，而此時速度環(huán)則不起作用，使轉速隨時間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。進入穩(wěn)態(tài)運行后，轉速換起主要作用，保持轉速的穩(wěn)定。在第二秒時，外加一擾動信號，此時轉速受擾動信號影響有所下降，但因為轉速環(huán)的作用重新將轉速拉入穩(wěn)定值。圖 4.3 轉速開環(huán)調速系統(tǒng)仿真結果圖上部為轉速曲線，下部為電流曲線。因為開環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號，而電機在帶載的一瞬間要有一個做功的過程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過程，這部分功需要增大電機的電流來補償，同時也