畢業(yè)設計論文直流PWM調(diào)速系統(tǒng)設計仿真

1、摘 要當今，自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動在主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三部分組成，包括控制部分、功率部分、直流電動機。長期以來，直流電動機因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點，一直在傳動領域占有統(tǒng)治地位。微機技術(shù)的快速發(fā)展，在控制領域得到廣泛應用。本文對基于微機控制的單閉環(huán)可逆直流pwm調(diào)速系統(tǒng)進行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了單閉環(huán)直流pwm調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，用微機硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工

2、作在對控制對象全面回顧的基礎上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。在硬件方面充分利用微機外設接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。論文分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了igbt模塊應用中驅(qū)動、吸收、保護控制等關鍵技術(shù).在微機控制方面，討論了數(shù)學模型的建立、數(shù)字測pwm調(diào)制器、雙極式h型pwm變換電路、pid控制器的設計以及原理。通過伯德圖分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并利用simulink設計出來穩(wěn)定的調(diào)速系統(tǒng)。在硬件方面，以單片機89c51為核心，分別采用了驅(qū)動芯片l29

3、3d、ad轉(zhuǎn)換器adc0809等芯片與一些外圍電路。關鍵詞：直流可逆調(diào)速，pwm ，pid調(diào)節(jié)器，simulinkabstractrecently, automatic control systems have been widely used and developed in our daily life. the control of dc speed regulation lies a significant difference to the modernized industry in the main field. this paper is going to be focused

4、 on the dc speed control system. it is composed of three unites, controlling, power and dc motor. there have been many remarkable advantages for a long time because of its smart speed regulating, smooth transformation and great performance. with the rapid development of microcomputer, it is widely u

5、sed in the control field. this paper has proposed a reversible dc-pwm timing system with a converter and closed-loop. beginning with the theory of the dc timing system, this article has build up the mathematics model of the reversible dc-pwm timing system for discussing a new control method that com

6、bines a microcomputer with dc-drive. based on the overall review of control object, the control system which includes the discussion of hardware, control policy and pid controller etc has been emphasized quite a lot. in the hardware, it fully utilizes the advantage of microcomputer which is abundant

7、 to the interface and fast speed so as to realize the control of the system. the stability of the system have been testified through figure bode. and with the simulink we have designed a stable speed controlling system. in the aspect of microcomputer control, we discussed the principle of number tou

8、ched, number velocity testing, velocity controller, number pwm modulator and so on. this scheme is based on the core of 89c51 single chip, using the chips of adc0809/l293d and some peripheral circuits. by real time testing and adjusting the motors velocity, this timing system can get quick and exact

9、 timing result.key words：the speed controlling of dc motor, pulse-width modulation, pid controller, simulink目 錄中文摘要abstract1 緒論11.1課題的背景及意義11.2直流調(diào)速系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3本文的研究內(nèi)容32 調(diào)速系統(tǒng)基本原理分析42.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介42.1.1 控制要求42.1.2直流電動機的調(diào)速方案42.1.3開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性52.2 可逆pwm變換器72. 2.1 pwm控制技術(shù)的基本原理72.2.2 橋式可逆pwm變換器82.2.3

10、 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機械特性92.2.4 pwm變換器環(huán)節(jié)的數(shù)學模型112.3 電力晶體管的開關過程、開關損耗和最佳開關頻率113 動態(tài)模型和穩(wěn)定性分析143.1 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)模型建立143.2 參數(shù)選擇和穩(wěn)態(tài)分析173.2.1 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算173.2.2 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性分析184 控制器的設計以及仿真結(jié)果分析204.1 控制器類型的介紹204.1.1 比例（p）控制204.1.2 積分（i）控制204.1.3 微分（d）控制214.2 pi調(diào)節(jié)器的設計214.3 仿真結(jié)果分析225 硬件設計245.1 直流調(diào)速系統(tǒng)整體框圖245.2 直流調(diào)

11、速系統(tǒng)的主電路原理圖255.3 主要芯片介紹255.3.1 單片機的介紹255.3.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809276 總結(jié)28參考文獻291 緒論1.1 課題的背景及意義電氣傳動技術(shù)以電動機控制為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論指導下組成電氣傳動控制系統(tǒng)。因電機種類的不同分為直流電動機傳動（簡稱直流傳動）、交流電動機傳動（簡稱交流傳動）、步進電機傳動（簡稱步進傳動）、伺服電動機傳動（簡稱伺服傳動）等等。眾所周知，與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡單，長期以來在調(diào)速傳動中占統(tǒng)治地位。在要求調(diào)速性能較高的

12、場合，一般都采用直流電氣傳動1。目前，通過對電動機的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機械能進而控制工作機械按給定的運動規(guī)律運行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動自動化技術(shù)已廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域。三十多年來，直流電機傳動經(jīng)歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應用范圍不斷擴大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領域中仍然難以替代。由于直流電

13、氣傳動技術(shù)的研究和應用已達到比較成熟的地步，應用相當普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，今后一個階段在調(diào)速要求較高的場合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低2。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，直流傳動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用微機，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微機以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制系

14、統(tǒng)，能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化分級控制。所以，直流傳動控制采用微機實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電力電子技術(shù)是電機控制技術(shù)發(fā)展的最重要的助推器，電力電機技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使了電機控制技術(shù)水平有了突破性的提高。從20世紀60年代第一代電力電子器件晶閘管(scr)發(fā)明至今，已經(jīng)歷了第二代有自關斷能力的電力電子器件gtr、gto、mosfet，第三代復合場控器件igbt、mct等，如今正蓬勃發(fā)展的第四代產(chǎn)品功率集成電路(pic)。每一代的電力電子元件也未停頓，多年來其結(jié)構(gòu)、工藝不斷改進，性能有了飛速提高，

15、在不同應用領域它們在互相競爭，新的應用不斷出現(xiàn)。同時電機控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)和微機應用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近二十多年內(nèi)發(fā)生了天翻地覆的變化。早期直流傳動的控制器由模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。20世紀70年代以來，利用單片機作為控制器開始在電機控制系統(tǒng)中被廣泛使用，如at89c51等。在單片機控制系統(tǒng)中，單片機作為系統(tǒng)控制的核心，主要用來完成一些算法，同時還要處理一些輸入/輸出、顯示任務等，單片

16、機的使用使電動機控制系統(tǒng)的性能得到了很大提高3。微機，出現(xiàn)于20世紀70年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微機的性能越來越高，價格越來越便宜。此外，電力電子的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應用微機來控制電機，完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機的性能更符合使用要求，還可以制造出各種便于控制的新型電機，使電機出現(xiàn)新的面貌。比較簡單的電機微機控制，只要用微機控制繼電器或電子開關元件使電路開通或關斷就可以了。在各種機床設備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在已普遍采用帶微機的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。對于

17、復雜的電機控制,則要用微機控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等,使電機按給定的指令準確工作。通過微機控制，可使電機的性能有很大的提高。傳統(tǒng)的直流電機和交流電機各有優(yōu)缺點，直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題。交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)。電機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，當流調(diào)速已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控

18、制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微機及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外得到廣泛的應用4。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢。數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應用提供了優(yōu)越的條件。采用微機控制后,整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作維護方便，電機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動，制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。由于微機具有較佳的性能價格比，所以微機在

19、工業(yè)過程及設備控制中得到日益廣泛的應用。1.3 本文的研究內(nèi)容設計出直流pwm調(diào)速系統(tǒng)，并利用仿真工具進行仿真，對其運行性能與優(yōu)勢進行分析。（1） 建立直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型；（2） 數(shù)字直流pwm調(diào)速系統(tǒng)的設計；（3） 參數(shù)的選擇，以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析；（4） 基于matlab的直流pwm調(diào)速系統(tǒng)性能仿真；（5） 設計pid調(diào)節(jié)控制器，并調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（6） 硬件電路圖的設計。總之，在掌握直流調(diào)速系統(tǒng)pwm控制工作原理以及單片機基本知識的前提下，設計直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，對相應公式進行推導說明。設計系統(tǒng)的硬件電路圖，應用matlab/simulink進行直流pwm調(diào)速系統(tǒng)性能進行仿真。

20、在應用bode 圖對系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析之后，設計出穩(wěn)定合理的pid控制器一階系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并對仿真結(jié)果加以分析說明2 調(diào)速系統(tǒng)基本原理分析2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介2.1.1 控制要求在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械都不停地運動著，幾乎無處不使用電力傳動裝置。由于各種不同的生產(chǎn)機械運動規(guī)律不一樣，對傳動裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應的自動化控制，并且對電力傳動裝置的拖動性能要求也越來越高。（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔地（有級）或平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在

21、各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。2.1.2 直流電動機的調(diào)速方案 由電機學基本理論可知，直流電動機轉(zhuǎn)速特性方程式為： （2.1）由上式可見，直流電動機調(diào)速方案可有以下三種。（1）改變電樞回路總電阻，總電阻越大，特性線斜率越大，機械特性越軟。若負載轉(zhuǎn)矩對應所需的電樞電流為，則負載大小不變時總電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。由于電阻耗能大，機械特性軟，調(diào)速范圍窄，不能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，只用于一些要求不高的場合。（2）減弱電機勵磁磁通，普通電動機在額定磁通下運行，鐵芯已接近飽和，

22、不能再增加磁通而只能減小。減小，增大，特性線斜率也增大。弱磁調(diào)速雖然能實現(xiàn)平滑調(diào)速，但其調(diào)速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升速時才采用。（3）改變電動機端電壓調(diào)速時，額定勵磁保持不變，理想空載轉(zhuǎn)速隨減小而減小，各特性線斜率不變，由此可實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下大范圍平滑調(diào)速，并且在整個調(diào)速范圍內(nèi)機械特性硬度不變。這種方法在直流電力拖動系統(tǒng)中被廣泛采用。變電壓調(diào)速要有可調(diào)的直流電源。根據(jù)供電電源的種類分兩種情況：一是采用可控硅變流裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的直流電。二是采用直流斬波器，將交流電通過整流提供直流電源，實現(xiàn)脈沖調(diào)壓調(diào)速。隨著電力電子全控器件的成熟，采用全控電力晶體管igbt、

23、mosfet等全控式電力電子器件組成的直流脈寬調(diào)制（pwm）型的調(diào)速系統(tǒng)近年來已發(fā)展成熟，用途越來越廣。第一個指標為調(diào)速范圍，它是拖動系統(tǒng)在額定負載轉(zhuǎn)矩時能夠提供給生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。 （2.2）另一個指標為靜差率，它是電動機由理想空載到額定負載時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比。 （2.3）它表示負載變化引起調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速偏離原定轉(zhuǎn)速的程度。系統(tǒng)的調(diào)速特性越硬，越小，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性能越好。另外，轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，故調(diào)速系統(tǒng)靜差率指標以最低轉(zhuǎn)速對應的數(shù)值為準。在考慮生產(chǎn)機械對轉(zhuǎn)速相對性（即靜差率）的要求后，電動機最低轉(zhuǎn)速受到了限制，也即調(diào)速范圍受到限制。采用降壓調(diào)速時，調(diào)速范圍、

24、靜差率及轉(zhuǎn)速降三者關系為： （2.4）2.1.3 開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性圖2.1 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用在這里為了分析簡單，不單獨討論開環(huán)系統(tǒng)，由簡單閉環(huán)系統(tǒng)引出開環(huán)系的特性。如圖2.1的轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如果把閉環(huán)系統(tǒng)的反饋回路斷開，成了開環(huán)系統(tǒng)，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為 （2.5）而閉環(huán)時的靜特性可寫成 （2.6）其中 開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降；閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降；。閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。在同樣的負載擾動下，兩者的轉(zhuǎn)速降分別為 （2.7） （2.8）它們的關系是 （2.9）顯然，當值較大時，比小得多，即閉

25、環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 （2.10）當開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降相等時 （2.11）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動機的最高轉(zhuǎn)速都是而對最低速靜差率的要求相同，則開環(huán)時 （2.12）閉環(huán)時 （2.13）要取得上述優(yōu)越性，只要閉環(huán)系統(tǒng)設置放大器即可。總之，閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬得多的特性，從而保證在一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍。在閉環(huán)系統(tǒng)中降低速降的實質(zhì)是：在開環(huán)系統(tǒng)中，當負載電流增大時電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速就降下來了；閉環(huán)系統(tǒng)有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就感

26、覺出來了，通過比較和放大，提高脈寬調(diào)制的輸出電壓，使系統(tǒng)工作在新的機械特性上，因而轉(zhuǎn)速有所回升，速度降落降低。2.2 可逆pwm變換器2.2.1 pwm控制技術(shù)的基本原理采樣理論中的一個重要理論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖家在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。這個原理成為面積原理，它是pwm控制5的重要理論基礎。若將半個周期的正弦波分成n等份，就可以把正弦波看成是由n個彼此相連的脈沖序列所組成的波形。這些脈沖寬度相等為，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平的，各脈沖幅值按正弦規(guī)律變化。若將上述脈沖換成同等數(shù)量的等幅值而不等寬的矩形脈沖代替，是矩形脈沖和相應的正弦脈沖的面積相等，這就是pwm形?？梢钥?/p>

27、出，其幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化，pwm系統(tǒng)的優(yōu)點為（1）主電路線路簡單，需用的功率器件少；（2）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；（3）動態(tài)響應相對較快，動態(tài)抗擾能力強； （4）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，裝置效率較高；（5）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 pwm變換器的作用是：用pwm調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。pwm變換器電路有多種形式，主要分為不可逆與可逆兩大類，下面主要闡述可逆pwm變換器的工作原理。 2.2.2 橋式可逆pwm變換器可逆變換器主電路的結(jié)

28、構(gòu)形式有h型、t型等多種類型，現(xiàn)在選用常用的h型變換器，它是由4個電力晶體管和4個續(xù)流二極管組成的橋式電路。h型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種。本設計選用雙極式h型pwm型變換器5。圖2.2繪出了雙極式h型pwm變換器的電路原理圖。圖2.2 橋式pwm變換器原理圖和同時導通和關斷，其驅(qū)動電壓和為正；和同時導通，其驅(qū)動電壓=-。其波形如下圖所示。在一個開關周期內(nèi)，當時，和為正；晶體管和飽和導通；而和為負，和截止。加在ab兩端，=，電樞電流沿回路1流通。時，和為負，晶體管和截止；而和為正，但是，和并不能立即導通因為在電樞電感釋放儲能的作用下，沿回路2經(jīng)和續(xù)流，這時，= -，在一個

29、周期內(nèi)正負相間。由于電壓的正負變化使電流波形存在兩種情況，具體如上圖所示。相當于電動機負載較重的情況，這是平均負載電流大，在連續(xù)階段電流仍維持正方向，電機始終工作在第一象限的電動狀態(tài)。相當于負載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，于是和c-e極兩端失去反壓，在負的電源電壓（）和電樞反電動勢的合成作用下導通，電樞電流反向，沿回路3流通，電機處于制動狀態(tài)。與此相仿，在期間，當負載輕時，電流也有一次倒向。雙極式pwm變換器的可逆要視正、負脈沖電壓的寬窄而定。當正脈沖較寬時，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電動機正轉(zhuǎn)。當正脈沖較窄時，平均電壓為負，電動機反轉(zhuǎn)。如果正、負脈沖寬度相

30、等，平均電壓為零，則電動機停止。圖2.3 正向電動運行時的輸出波形雙極式可逆pwm變換器電樞平均端電壓為： （2.14）以定義為pwm的占空比，則有 （2.15） 的變化范圍為。當為正值時，電動機正轉(zhuǎn)；為負值時，電動機反轉(zhuǎn)；0時，電動機停止。在0時雖然電機不動，電樞兩端的瞬時電壓和瞬時電流都不是零，而是交變的。這個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，陡然增大電機的損耗。2.2.3 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機械特性電動機所承受的電壓仍為脈沖電壓，因此盡管有高頻電感的平波作用，電樞電流和轉(zhuǎn)速還是脈動的。所謂穩(wěn)態(tài)，只是指電機的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，電樞電流實際上是周期變化的，只是算作“準穩(wěn)態(tài)

31、”。脈寬調(diào)速系統(tǒng)在準穩(wěn)態(tài)下的機械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關系。在雙極式可逆pwm電路中，具有反向電流通路，在同一轉(zhuǎn)向下電流可正可負，無論是重載還是輕載，電流波形都是連續(xù)的，這就使機械特性的關系式簡單得多，對于雙極式可逆電路，其電壓方程為： () （2.16） () （2.17）如上兩式所示，一個周期內(nèi)電樞兩端的平均電壓都是,平均電流用表示，平均電磁轉(zhuǎn)矩為 ,而電樞回路電感電壓的平均值為零。平均值方程都可寫成 （2.18）則機械特性方程式為 （2.19）圖2.4繪出了第一、第二象限的機械特性，它適用于帶制動作用的不可逆電路?？赡骐娐返臋C械特性與此相仿，只是擴展到第三、第四象限而已。圖2

32、.4 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能圖中所示的機械曲線是電流連續(xù)時脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。圖中僅繪出了第一、二象限的機械特性，它適用于帶制動作用的不可逆電路，雙極式控制可逆電路的機械特性與此相仿，只是更擴展到第三、四象限了。對于電機在同一方向旋轉(zhuǎn)時電流不能反向的電路，輕載時會出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，把平均電壓抬高，在理想空載時，id = 0 ，理想空載轉(zhuǎn)速會翹到 n0sus / ce 。 目前，在中、小容量的脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，由于igbt已經(jīng)得到普遍的應用，其開關頻率一般在10khz左右，這時，最大電流脈動量在額定電流的5%以下，轉(zhuǎn)速脈動量不到額定空載轉(zhuǎn)速的萬分之一，可以忽略不計。2.2.4 pwm變換器環(huán)節(jié)

33、的數(shù)學模型圖2.5繪出了pwm控制器和變換器的框圖，其驅(qū)動電壓都由 pwm 控制器發(fā)出，pwm控制與變換器的動態(tài)數(shù)學模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。按照上述對pwm變換器工作原理和波形的分析，不難看出，當控制電壓改變時，pwm變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應會有延遲，最大的時延是一個開關周期 t 。圖2.5 pwm變換器環(huán)節(jié)框圖根據(jù)其工作原理，當控制電壓改變時，pwm變換器的輸出電壓要到下一個周期方能改變。因此，脈寬調(diào)制器和pwm變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關周期t。則，當整個系統(tǒng)開環(huán)頻率特性截至頻率滿足因此pwm控制與變換器（簡稱pwm裝置）也可以

34、看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成 （2.20）當開關頻率為10khz時，t = 0.1ms ，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此 （2.21）kp脈寬調(diào)制器和pwm變換器的放大系數(shù)。2.3 電力晶體管的開關過程、開關損耗和最佳開關頻率晶體管開關狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，具有其內(nèi)部電荷的建立和符合過程，即使是純電阻負載電路，也需要一定的時間。（1）開通時間從發(fā)射結(jié)開始正偏置，基極電壓變正開始，到電流達到飽和值的時間稱作晶體管的開通時間。開通時間包括延遲時間和上升時間。一般很小，可忽略不計，在上升時間內(nèi)按指數(shù)規(guī)律增長。當時，接近它的飽和值,以后不會

35、再有明顯的增加?？扇。玫缴仙龝r間 （2.22）式中 晶體管放大區(qū)的時間常數(shù)；晶體管導通時的過飽和驅(qū)動系數(shù)；晶體管飽和時的集電極電流。（2）關斷時間從基極電壓變負開始，到電流衰減到零，晶體管完全截至的時間稱作晶體管的關斷時間關斷時間包括存貯時間和下降時間，即。在存貯時間內(nèi)，由于基區(qū)存有少數(shù)載流子，發(fā)射結(jié)仍處于正偏置，晶體管的工作點一直位于飽和區(qū)，沒有明顯的減少。存貯時間可用下式計算 （2.23）上式中，為晶體管截至時的負向過驅(qū)動系數(shù)。如果增大，則存貯時間也增加；若增大，則導致減小。一般選擇載12的范圍內(nèi)比較合適。若截至驅(qū)動電流是理想脈沖電流，則晶體管退出飽和區(qū)后關斷時集電極電流的下降過程為 （

36、2.24）初始條件是t=0時，代入上式得 （2.25）當時，代入上式，得到下降時間為 （2.26）如果增大，則下降時間減小，如果電流不是階躍變化的，則下降時間增大。（3）開關損耗pwm變換器的功率損耗應包括飽和導通損耗、截至損耗和開關過程中的動態(tài)損耗三部分。飽和導通時，管壓降只有0.7v，截至時，漏電流只有幾毫安，損耗都很小，應此動態(tài)損耗是開關工作時的主要損耗。晶體管的開關過程包括開通過程和關斷過程。開通過程主要是集電極電流的上升時間，關斷過程包括存貯時間和下降時間。在存貯時間內(nèi)，晶體管仍處于飽和導通狀態(tài)，電流雖大，但管壓降很小，因而功率損耗不大，和下降時間內(nèi)的損耗相比也可以忽略不計。因此動態(tài)

37、損耗主要是和兩段時間內(nèi)的開關損耗。由于在開關過程中和的變化規(guī)律與負載有關，所以開關損耗也因負載而異。對于一般情況下，大多都是帶續(xù)流二極管的電阻電感負載，在這種情況下電流的增大和減小都是在的條件下進行的。當電流仍按線性規(guī)律變化時，一個開關周期內(nèi)的動態(tài)損耗為 （2.27）動態(tài)開關損耗仍與開關頻率和開關時間成正比，在和都相同的情況下，動態(tài)損耗時純電阻負載時的三倍。由于在電機拖動系統(tǒng)中，負載除電阻和電感外，還有電動勢，動態(tài)損耗沒有變化。這是因為在開關過程中續(xù)流二極管將負載短接，晶體管的集電極電壓仍為。（4）最佳開關頻率由前面的分析表明，pwm變換器的開關頻率越高，則電樞的脈動越小，而且也容易連續(xù)，從而

38、能提高調(diào)速系統(tǒng)低速運行的平穩(wěn)性。同時電流脈動小時，電動機的附加損耗也小。因此，從這些方面來看，pwm變換器的開關頻率越高越好。但從開關損耗上看，隨著頻率的提高，晶體管的動態(tài)開關損耗便會成正比增加。從pwm變換器傳輸效率最高的角度上看，能使總損耗最小的開關頻率才是最佳開關頻率。在確定開關頻率時，除必須考慮電流的連續(xù)性和總損耗最小等因素外，最好能使開關頻率比調(diào)速系統(tǒng)的最高工作頻率（通頻帶）高出十倍左右，使pwm變換器的延遲時間對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響可以忽略不計。3 動態(tài)模型和穩(wěn)定性分析3.1 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)模型建立為了分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)，必須首先建立描述系統(tǒng)的動態(tài)物理規(guī)律

39、和數(shù)學模型，對于連續(xù)的線性定長系統(tǒng)，其數(shù)學模型是常微分方程，經(jīng)過拉氏變換，可用傳遞函數(shù)和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖表示。建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基本步驟如下：（1） 根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律，列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程。（2） 求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。（3） 組成系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。下圖為本文直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的等效電路1： 圖3.1 直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的等效電路假定主電路的電流連續(xù)，則動態(tài)方程為： （3.1）忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動機上的動力學方程為： （3.2） 額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為： （3.3） （3.4）式中 包括電動機在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩； 電力拖動系統(tǒng)折算到電動

40、機軸上的飛輪慣量； 額定勵磁下電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， ； 電樞回路電磁時間常數(shù)， ； 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)， 。綜合整理得： （3.5） （3.6）式中 負載電流， 。在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流的傳遞函數(shù)為： （3.7）則有電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖： 圖3.2電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為： （3.8）則有電流電動勢間的結(jié)構(gòu)框圖：圖3.3 電流電動勢間的結(jié)構(gòu)框圖合并得到：圖3.4 直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖由上圖可以看出，直流電動機有兩個輸入量，一個是施加在電樞上的理想空載電壓，另一個是負載電流。前者是控制輸入量，后者是擾動輸入量。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流

41、，可將擾動量的綜合點移前，再進行等效變換，分別得到idl0 和idl = 0時的變換圖，如圖3.5所示 圖3.5直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換和簡化經(jīng)過變化和簡化可以得到直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖：圖3.6 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖反饋控制環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （3.9）其中， 設idl=0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 ： （3.10）反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為： （3.11）它的一般表達式為 （3.12） 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 （3.13）因此穩(wěn)定條件為 （3.14） （3.15）整理后得到 （3.15）式中右邊稱作系

42、統(tǒng)的臨界放大系數(shù) , 當 時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。從穩(wěn)態(tài)精度講，希望k越大越好。但從動態(tài)穩(wěn)定性的角度講，的最大取值必須嚴格限制。因為對于一個自動控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件。3.2 參數(shù)選擇和穩(wěn)態(tài)分析3.2.1 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)參數(shù)2設計是自動化設計的第一步，它決定了控制系統(tǒng)基本構(gòu)成環(huán)節(jié)。有了基本環(huán)節(jié)組成的系統(tǒng)之后，再進行通過參數(shù)的設計就更加簡單。以下用igbt脈寬調(diào)速系統(tǒng)為為例： 電動機：額定數(shù)據(jù)為10kw,220v,55a,1000r/min，電樞電阻=0.5。電樞回路參數(shù)：=0.6， ， 。電壓放大系數(shù)：=44測速發(fā)電機：永磁式，額定數(shù)據(jù)為32.1w，110v

43、，0.21a，1900r/min。系統(tǒng)運動部分的飛輪轉(zhuǎn)量=10n電動機的電動勢系數(shù)可以求得= （3.16）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：，根據(jù)測速發(fā)電機的數(shù)據(jù)，有 （3.17）取，則有：=0.01158 （3.18）各環(huán)節(jié)時間常數(shù)為=0.0083s （3.19） （3.20） （3.21） （3.22）3.2.2 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)反饋系統(tǒng)穩(wěn)定性分析在判斷穩(wěn)定性時，我們可以利用伯德圖6，即開環(huán)頻域?qū)?shù)頻率的漸近線。它可以確切的提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，同時能夠大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的指標是相角裕度和增益裕度，一般要求對上述系統(tǒng)，帶入相應的傳遞函數(shù)，利用mat

44、lab環(huán)境里bode圖畫出系統(tǒng)的頻域特性其伯德圖7的相應程序為：> num=55.8;den1=conv(0.011 1,0.034 1);den=conv(0.0001 1,den1);g=tf(num,den);>> bode(g)得bode圖為圖3.7 原始系統(tǒng)的伯德圖由圖可知，系統(tǒng)不滿足 和，因此系統(tǒng)不穩(wěn)定。4 控制器的設計以及仿真結(jié)果分析4.1 控制器類型的介紹在工程實際中，應用最廣泛的調(diào)節(jié)器規(guī)律為比例，積分，微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調(diào)節(jié)8。pid控制器問世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，工作可靠，調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當

45、被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用pid控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用pid控制技術(shù)。pid控制，實際中也有pi和pd控制。pid控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例，積分，微分計算出控制量進行的。4.1.1 比例（p）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即就發(fā)生作用即調(diào)節(jié)控制輸出，使被控量朝著減小偏差的方向變化，偏差減小的速度取決于比例系數(shù)kp，

46、kp越大偏差減小的越快，但是很容易引起振蕩，尤其是在遲滯環(huán)節(jié)比較大的情況下，kp減小，發(fā)生振蕩的可能性減小但是調(diào)節(jié)速度變慢。隨著比例系數(shù)kp的增加，閉環(huán)系統(tǒng)響應的幅值增大，超調(diào)量加大，系統(tǒng)響應速度加快，同時會減少穩(wěn)態(tài)誤差，但是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。單純的比例控制存在穩(wěn)態(tài)誤差不能消除的缺點。這里就需要積分控制。4.1.2 積分（i）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，

47、即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（pi）控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。實質(zhì)就是對偏差累積進行控制，直至偏差為零。積分控制作用始終施加指向給定值的作用力，有利于消除靜差，其效果不公與偏差大小有關，而且還與偏差持續(xù)的時間有關。簡單來說就是把偏差積累起來，一起算總賬。隨著積分時間常數(shù)ti的增加，閉環(huán)系統(tǒng)響應的超調(diào)量降低，系統(tǒng)響應速度稍有變慢。積分環(huán)節(jié)的主要作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。在頻域分析中，積分控制可以增強系統(tǒng)抗干擾能力。故可相應增加開環(huán)增益，從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。但純積分環(huán)節(jié)會帶來相角滯后，減少了系統(tǒng)

48、相角裕度，通常不單獨使用。4.1.3 微分（d）控制在微分控制8中，控制器的輸出與輸入誤差的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量

49、的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（pd）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。它能敏感出誤差的變化趨勢，可在誤差信號出現(xiàn)之前就起到修正誤差的作用，有利于提高響應的快速性，減小被控量的超調(diào)量和增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是微分作用很容易放大高頻噪聲，降低系統(tǒng)的信噪比，從而使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。在頻域分析中，微分控制可以增大截止頻率和相角裕度，減少超調(diào)和調(diào)節(jié)時間，提高系統(tǒng)的快速性和平穩(wěn)性。但單純微分控制會放高頻擾動，通常不單獨使用。4.2 pi調(diào)節(jié)器的設計動態(tài)校正的方法有很多，在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋矯正。對于電力電子變換器的直流調(diào)速系統(tǒng)，一般采用p

50、id的串聯(lián)校正方案進行動態(tài)校正。pid調(diào)節(jié)器分為pi,pd,pid三種類型。由pd調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；由pi調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，但是快速性又受到了影響。pid則兼有兩者的優(yōu)點。通常的調(diào)速系統(tǒng)要求以動態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度為主，所以主要采用pi調(diào)節(jié)器11。在設計校正裝置時，我們主要的研究工具是伯德圖，即開環(huán)頻域?qū)?shù)頻率的漸近線。它可以確切的提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，同時能夠大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的指標是相角裕度和增益裕度，一般要求和。保留適當?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到

51、實際系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)餐宿發(fā)生變化的時候不至于失去穩(wěn)定性。穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度越大意味著動態(tài)過程中振蕩越弱，超調(diào)越小。判斷系統(tǒng)性能一般可以分為以下四個方面：（1） 中頻段以-20db/dec的斜率超過0db線，而且這一斜率能夠覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能好。（2） 截止頻率越高，則系統(tǒng)的快速性越好。（3） 低頻段的休旅陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高。（4） 高頻段衰減越高，則有系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力強。圖4.1 pi調(diào)節(jié)器的原理圖pi調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： （4.1）其中為pi調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)。 為微分項中的超前時間常數(shù)， 為積分時間常數(shù)。由（3.19

52、）和（3.20）可知， ，根據(jù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件可知： （4.2）取，原始閉環(huán)傳遞函數(shù)為： （4.3）利用經(jīng)驗整定公式可得pi調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。4.3 仿真結(jié)果分析由上文可知，原始閉環(huán)系統(tǒng)屬于單環(huán)控制系統(tǒng)，其原理是將輸出量轉(zhuǎn)速的值轉(zhuǎn)化為電壓的形式反饋給系統(tǒng)，從而使得系統(tǒng)能夠進行相應的調(diào)整。其在simulink里面的轉(zhuǎn)速環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖為：圖4.2 simulink里面的轉(zhuǎn)速環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖 仿真后，得其仿真波形，如下圖所示：圖4.3 系統(tǒng)階躍響應圖取初始值為500r/min,最終值為1500r/min。調(diào)節(jié)pi控制器的參數(shù)，當比例系數(shù)kp=0.04,積分時間常數(shù)ti=1.05時，系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。由仿真波形可知，此時上升時間為1.04s，峰值時間為1.05s,波峰值為1571.25r/min，達到穩(wěn)定時為1500r/min。最大超調(diào)量為6.7%，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。5 硬件設計5.1 直流調(diào)速