運動控制課程設(shè)計直流雙環(huán)系統(tǒng)(一)的設(shè)計及仿真分析(三)

1、學 號： 課 程 設(shè) 計題 目直流雙環(huán)系統(tǒng)（一）的設(shè)計及仿真分析（三）學 院自動化學院專 業(yè)自動化專業(yè)班 級姓 名指導教師劉芙蓉2014年1月6日課程設(shè)計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 劉芙蓉 工作單位： 自動化學院 題 目: 直流雙環(huán)系統(tǒng)（一）的設(shè)計及仿真分析（三） 初始條件：已知電動機參數(shù)：電動勢系數(shù)電樞回路總電阻觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)電磁時間常數(shù)機電時間常數(shù)電流與轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)；額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓調(diào)節(jié)器，飽和輸出電壓。要求完成的主要任務: （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）試設(shè)計該轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)（由三相半波相控變流裝置供電），要

2、求系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=10，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速無差，電流超調(diào)量，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖并計算：(1) 電流反饋系數(shù)（啟動電流限制在以內(nèi)）和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；(2) 設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，計算電阻和電容的數(shù)值（?。?；(3) 設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，計算電阻和電容的數(shù)值（?。?；(4) 讓電機帶載（帶一半額定負載）啟動到額定轉(zhuǎn)速，觀察并錄下電機的轉(zhuǎn)速、電流等的波形，并進行分析。時間安排：2013.12.25布置課程設(shè)計題目 2013.12.26 - 2013.12.29 完成課程設(shè)計 2013.1230 2014.1.3 撰寫課程設(shè)計報告 2014.1.6 答辯并上交報告指導教師簽名： 年 月 日系主

3、任（或責任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要11.直流雙環(huán)系統(tǒng)設(shè)計21.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成21.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性31.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型51.4電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計52轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)計算102.1系統(tǒng)參數(shù)選取及設(shè)計102.2電流環(huán)的設(shè)計102.3速度環(huán)的設(shè)計113.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真143.1 電流環(huán)的仿真143.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真154.心得體會20參考文獻21本科生課程設(shè)計成績評定表22摘要雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快

4、、抗干擾能力強的優(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(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(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，靠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。當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然

5、拖長。在實際工作中,我們希望在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)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起動，到達穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即把轉(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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面

6、，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因為PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。直流雙環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計及仿真分析1.直流雙環(huán)系統(tǒng)設(shè)計1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，如龍門刨床、可逆軋鋼機等，縮短起、制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在起動（或制動）過渡

7、過程中，希望始終保持電流（電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運行。當達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時，最好使電流立即降下來，使電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這類理想的起動（制動）過程，起動電流呈矩形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動（制動）過程。實際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突變，為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm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。問題是，應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)

8、速負反饋，在達到穩(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。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？只用一個調(diào)節(jié)器顯然是不可能的，采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器應該能行，問題是在系統(tǒng)中如何連接。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行嵌套（或稱串級）連接，如圖1-1所示。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(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系

9、統(tǒng)（以下簡稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。為了獲得良好的靜態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。圖1-1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm，圖1-2中用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和。換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出之間的

10、聯(lián)系，相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓U在穩(wěn)態(tài)時為零。圖1-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進入飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。因此式中,分別為轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個關(guān)系式可得從而得到圖1-3所示靜特性的AB段。與此同時，由于ASR不飽和，從上述第二個關(guān)系式可知：。這就是說，AB段靜特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到Id=Idm，而Idm一般都是大于額定電

11、流IdN的。這就是靜特性的運行段，它是水平的特性。(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和ASR輸出達到限幅值時，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對轉(zhuǎn)速環(huán)不再產(chǎn)生影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時式中，最大電流Idm是由設(shè)計者選定的，取決于電動機的容許過載能力和系統(tǒng)要求的最大加速度。上式描述的靜特性是圖1-3中的BC段，它是垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于的情況，因為如果，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。nn0ABCO圖1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到Idm時，對應轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽

12、和輸出，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，起到過電流的自動保護作用。這就是采用兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。圖1-3也反映了ASR調(diào)節(jié)器退飽和的條件。當ASR處于飽和狀態(tài)時，Id=Idm,若負載電流減小，IdL<Idm，使轉(zhuǎn)速上升，n>n0，n<0，ASR反向積分，從而使ASR調(diào)節(jié)器退出飽和，又回到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，使系統(tǒng)回到靜特性的AB段。1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中圖1-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)

13、構(gòu)圖1.4電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1.電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計將電流環(huán)近似化簡為一個慣性環(huán)節(jié)，如圖1-5所示。 ACR圖1-5 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖小慣性環(huán)節(jié)近似處理在設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時，首先考慮應把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖1-5可以看出，采用型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，即應選用典型型系統(tǒng)。如圖1-5所示，電流環(huán)的控制對象是兩個時間常數(shù)大小相差較大的雙慣性型的控制對象，如果采

14、用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫式中 Ki電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。電流環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為因為TlTi，所以選擇i=Tl，用調(diào)節(jié)器零點消去控制對象中大的時間常數(shù)極點，以便校正成典型型系統(tǒng)，因此式中，電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-6所示。圖1-6 校正成典型型系統(tǒng)的電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖按典型型系統(tǒng)設(shè)計的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為采用高階系統(tǒng)的講解近似處理方法，忽略高次項，Wcli（s）可講解近似為降階近似條件為式中 cn轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率?？梢钥闯?，電流環(huán)的輸入量應為，因此，電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應等效為電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象近似地等效

15、成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個重要功能。2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替原有電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-7所示。圖1-7 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波同時等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上，并將給定信號改成，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)換結(jié)構(gòu)圖可簡化為圖1-8。圖1-8 等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須要有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR

16、中，由于在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應總共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設(shè)計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應超調(diào)量較大的問題，那是按照線性系統(tǒng)理論計算得數(shù)據(jù)，實際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低。由此可見，ASR也應采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為式中 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為則不考慮負載擾動時，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-9所示。圖1-9 校正后成為典型型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，有因此

17、，至于中頻寬h應選擇多少，要看動態(tài)性能的要求覺得，無特殊要求時，一般以選擇h=5為好。含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖1-10所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。圖1-10 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)計算2.1系統(tǒng)參數(shù)選取及設(shè)計整流裝置的滯后時間常數(shù)TS。三相半波電路的平均失控電壓TS=0.0033S。電流反饋系數(shù)。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。2.2電流環(huán)的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)電流環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取。（2）根據(jù)設(shè)計要求5%，并

18、保證穩(wěn)態(tài)無誤差，因此選擇型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為檢查對電源電壓的抗擾性能： ，參照典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系表，可知道該典型I型系統(tǒng)動態(tài)性能各項指標都是可以接受的。（3）計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%時，由典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系表可知，應取,因此于是的比例系數(shù)為（4）檢驗近似條件電流環(huán)節(jié)截止頻率為：1) 晶閘管傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件2） 忽略反電動勢對電流環(huán)動態(tài)影響的條件滿足近似條件2) 電流環(huán)小時間常數(shù)處理 滿足近似條件。（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容因為，所以各電阻和電容值為：參照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的

19、動態(tài)跟隨性能指標為=4.3%5%，滿足設(shè)計要求所以電流環(huán)的傳遞函數(shù)為2.3速度環(huán)的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)電流環(huán)等小時間常數(shù)。=2 =2×0.0055s=0.011S轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取=+ =0.011+0.014=0.025s（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為（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，取，則的超前時間常數(shù)為轉(zhuǎn)速開環(huán)增益于是的比例系數(shù)為(4)檢驗近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足近似條件2） 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似條件為滿足近似條件（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容由于，所以各個電阻和電容值為：

20、（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當時，由典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標表查得，=52.6%，不能滿足設(shè)計要求。實際上，由于典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標表是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應該按退飽和的情況重新計算超調(diào)量。由典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系表查得當時，所以 能滿足設(shè)計要求所以，根據(jù)上述參數(shù)，速度環(huán)傳遞函數(shù)為3.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真3.1 電流環(huán)的仿真電流環(huán)的仿真模型如圖3-1所示。圖3-1 電流環(huán)的仿真模型在時，輸入最大電流給定，用示波器觀察電流響應，如圖3-2所示。圖3-2 電流環(huán)的仿真結(jié)果由圖3-2， 下電樞電流低于，這是因為電流調(diào)節(jié)

21、系統(tǒng)受到電動機反電動勢的擾動，此時的擾動反電勢為斜坡擾動，而電流環(huán)為典型I型系統(tǒng)，對斜坡擾動無法實現(xiàn)無靜差，而是略低于。但從電流響應的速度我們可以看出，電流環(huán)的動態(tài)性能很好。3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型如圖3-3所示。圖3-3 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型仿真結(jié)果如圖3-4至圖3-6所示。圖3-4 轉(zhuǎn)速、電流的響應圖3-5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓的仿真波形圖3-6 電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出電壓的仿真波形設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過

22、程示于下圖。圖3-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形將圖3-7與圖3-4進行比較發(fā)現(xiàn)，ACR在未達到給定值就已經(jīng)飽和，而在起動過程中電流調(diào)節(jié)器ACR是不應飽和的。因此，要解決這一問題，可以將ACR的限幅值適當提高。在此，將ACR的限幅值提高到8V。接下來，再進行仿真。仿真結(jié)果如圖3-8至圖3-10所示。圖3-8 修改ACR的限幅值后轉(zhuǎn)速、電流的響應圖3-9 修改ACR的限幅值后ASR的輸出電壓的仿真波形圖3-10 修改ACR限幅值后ACR的輸出電壓的仿真波形修改ACR的限幅值后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流的響應波形與圖3-7中的相一致。4.心得體會經(jīng)過一個星期的努力，終于完成了本次運動控制系統(tǒng)的課程設(shè)計。通過這次課程設(shè)計，我從中學到了不少有用的東西，也讓我懂得了理論與實際結(jié)合的重要性，如果沒有實踐，一切理論都顯得無關(guān)緊要，只有將理論與實際結(jié)合起來，我們才能真正弄清楚其中的規(guī)律，以及提高自己的動手能力，為今后的工作與學習打下堅實的基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計中應用了調(diào)節(jié)器的設(shè)計，尤其是型系統(tǒng)和型系統(tǒng)的設(shè)計，通過分析系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的動態(tài)特性參數(shù)，確定調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，并最終用運算放大電路實現(xiàn)所設(shè)計的調(diào)節(jié)器。在設(shè)計過程中系統(tǒng)的