運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課設(shè)

1、武漢理工大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)B課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)前一種應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本課程設(shè)計(jì)介紹了基于工程設(shè)計(jì)對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制原理，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速控制環(huán)和電流控制環(huán)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求整流裝置采用三相橋式全控整流電路，在系統(tǒng)中分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行嵌套連接。其次，對(duì)電流調(diào)節(jié)器ACR、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后，適用matlab仿真，測(cè)定直流調(diào)速系統(tǒng)（Id n）穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流環(huán)突然斷線(xiàn)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并進(jìn)行結(jié)果分析。最終根據(jù)仿真波形與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證

2、了該直流調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差、電流超調(diào)量i5%、空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%的要求。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 仿真目 錄1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)11.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成11.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性21.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型31.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用31.5電流調(diào)節(jié)器的作用31.6調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法42 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)5 2.1系統(tǒng)參數(shù)的選取52.2電流環(huán)的設(shè)計(jì)5 2.2.1設(shè)計(jì)原理5 2.2.2參數(shù)計(jì)算82.3速度環(huán)的設(shè)計(jì) 92.3.1設(shè)計(jì)原理92.3.2參數(shù)計(jì)算102.3.3超調(diào)量的計(jì)算113 仿真與調(diào)試13

3、3.1空載啟動(dòng)過(guò)程133.2帶變負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)突然減半164小結(jié)與體會(huì)19參考文獻(xiàn)20雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及matlab仿真1直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成對(duì)于正經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)效率的重要因素。為此，在起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中希望始終保持電流為允許的最大值，使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，最好使電流降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。由于主電路電感的作用，電流不能突變，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持最大值Idm的恒流值。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可

4、以保持該量基本不變。為了使轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行嵌套連接。如圖1-1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)做電流調(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(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外面，稱(chēng)作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流控制直流調(diào)速系統(tǒng)。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)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示，兩個(gè)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U*im決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器A

5、CR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。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化不在影響輸出。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線(xiàn)性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差U在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差都為零。因此 （1-1） （1-2） 由式（1-1）得 （1-3）從而得到圖3-4所示靜特性的AB段。與此同時(shí)ASR不飽和，Ui*<Uim*,從上述第二個(gè)關(guān)系式可知：Id<Idm。這就是說(shuō)，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一般都大于IdN的。這就是靜特性的運(yùn)行段。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

6、飽和ASR輸出達(dá)到限幅值Uim*，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)速不再產(chǎn)生影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)。 （1-4）式中最大電流是由設(shè)計(jì)者選定，取決于電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和系統(tǒng)要求的最大速度。由上式可得靜特性的BC段，它是垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于n<n0的情況，因?yàn)槿绻鹡>n0，則Un>Un*,ASR將退出飽和狀態(tài)。 圖1-2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖1-4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)控制數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如

7、圖1-5所示。圖中WASR(s)和WSCR(s)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(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流Id顯露出來(lái)。圖1-5 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖1.4 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(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。1.5 電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓 Ui*（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波

8、動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。1.6 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：（1）概念清楚、易懂；（2）計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；（3）不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；（4）能考慮飽和非線(xiàn)性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；（5）適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)參數(shù)的選取額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un*=10V，調(diào)

9、節(jié)器ASR的飽和輸出電壓Uim*=10V。整流管采用三相橋式全控整流電路，其平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s，Toi稱(chēng)為電流濾波時(shí)間常數(shù)。轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為T(mén)on，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。此外，TL=0.031s，Tm=0.112s。圖2-1 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.2電流環(huán)的設(shè)計(jì)2.2.1電流環(huán)的設(shè)計(jì)原理圖2-1的內(nèi)環(huán)為電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，其中反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，這將給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。實(shí)際上，反電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)速成正比，

10、它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)Tl遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因此對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流變化的瞬間過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即E約為零。在桉動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響?？梢詴呵野逊措妱?dòng)勢(shì)的作用去掉，得到忽略反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響。如圖2-2a所示?？梢宰C明，忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是（2-1）式中wci電流環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。通過(guò)移動(dòng)比較點(diǎn)的方法可以簡(jiǎn)化電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。如圖2-2b、2-2c所示。由于Ts和Toi一般都比Tl小得多，可以當(dāng)做小慣性群而看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為（2-2）

11、簡(jiǎn)化的近似條件是 （2-3）在設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器時(shí)，首先考慮吧電流環(huán)校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，有圖2-2c可以看出，采用I型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在穩(wěn)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值。圖2-2 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及化簡(jiǎn)如圖2-2c所示，電流環(huán)的控制對(duì)象是兩個(gè)時(shí)間常數(shù)大小相差較大的雙慣性的控制對(duì)象，采用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成 （2-4） 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(shí)間常數(shù)。電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-5）因?yàn)?Ti>>Ti，選擇i= Ti ，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控

12、制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)， （2-6） 電流環(huán)的的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-3所示圖2-3 校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-7）采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降階近似為 （2-8）降價(jià)近似條件為 （2-9） （2-10）2.2.2電流環(huán)參數(shù)計(jì)算1）確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)要求i5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)器。用PI型電流調(diào)節(jié)器。3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=T

13、i=0.031s。電流反饋系數(shù)：=0.009電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：取KiTi=0.5，1.1350037.05.05.0=åiITK ACR的比例系數(shù)： 4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率ci=KI=135.1s-1（1）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件（2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件（3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件參照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)=4.3%<5% 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求2.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)2.3.1轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)原理用電流環(huán)的等效環(huán)代替圖1-5中的電流環(huán)，整個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。圖2-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(a)用等效環(huán)

14、節(jié)代替電流環(huán)圖2-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成 ，把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI 和 Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并 （2-11） 轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象是由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成，IdL(s)是負(fù)載擾動(dòng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。ASR采用PI調(diào)節(jié)器 （2-12）Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；t n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（2-13）令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益KN為 （2-14）則 （2-

15、15） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn和n。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系 （2-16） （2-17） （2-18） 圖2-4 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(c)校正后成為典型型系統(tǒng)2.3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的參數(shù)計(jì)算1）確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。（2） 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。 根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取Ton=0.01s。 （3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 。 2）選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 選用PI調(diào)節(jié)器3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) = =0.027 取h為5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益 ASR的比例系數(shù)為4) 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)條件 滿(mǎn)足條件 （2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常

16、數(shù)處理 滿(mǎn)足條件2.3.3超調(diào)量的計(jì)算如果轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器沒(méi)有飽和限幅的約束，調(diào)速系統(tǒng)可以在很大范圍內(nèi)線(xiàn)性工作，則雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)的轉(zhuǎn)速過(guò)渡過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的超調(diào)量。實(shí)際上，突加給定電壓后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快就進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出恒定的限幅電壓Uim*使電動(dòng)機(jī)在恒流條件下啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速按線(xiàn)性規(guī)律增長(zhǎng)。空載啟動(dòng)時(shí)，作為轉(zhuǎn)速超調(diào)量，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n*查表可知當(dāng)h為5時(shí)則求出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量為 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3 仿真與調(diào)試3.1空載啟動(dòng)過(guò)程圖3-1直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)空載仿真框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的給定輸入電壓為10V，轉(zhuǎn)速環(huán)的限幅電壓為10V,取積分環(huán)節(jié)的限幅為9V。電流環(huán)的輸出限幅值可以根據(jù)公式算出Uc=

17、11.2v 所以設(shè)置電流環(huán)的輸出限幅值為11.2V，積分環(huán)節(jié)的限幅值取10.5V。電流上升階段：突加給定電壓后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、均上升，但是在沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓（）的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升直到，電流調(diào)節(jié)很快就壓制了的增長(zhǎng)。該階段結(jié)束，此階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。恒流升速階段：此階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)速系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)加速度恒定，

18、轉(zhuǎn)速呈線(xiàn)性增長(zhǎng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差為負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，直到穩(wěn)態(tài)。此階段中，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使很快地跟隨其給定值。根據(jù)示波器可得到系統(tǒng)以最大加速度運(yùn)行時(shí)Id=1052A，而峰值電流為1166A，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速為，峰值轉(zhuǎn)速為。從而得到電流超調(diào)量轉(zhuǎn)速超調(diào)量圖3-2 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形圖3-3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR、ACR、電壓Ud的波形根據(jù)示波器中A

19、SR、ACR、Ud的波形可以看出，在起動(dòng)的開(kāi)始時(shí)刻轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器馬上飽和，輸出限幅電壓并維持一段時(shí)間，轉(zhuǎn)速產(chǎn)生超調(diào)后下降最后穩(wěn)定。而ACR及Ud會(huì)瞬間增大，之后隨著電流環(huán)的超調(diào)會(huì)有個(gè)下降過(guò)程，在電流環(huán)輸出最大值的一段時(shí)間內(nèi)，由于輸出的最大值略小于Idm所以ACR、Ud會(huì)有一段持續(xù)上升的過(guò)程，之后隨電流的減小而下降最后趨于穩(wěn)定。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Ud穩(wěn)定值時(shí)683V小于條件給定的750V,經(jīng)過(guò)分析得出結(jié)論，由于穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)負(fù)載電流為零所以Ud為nN×Id比給定的電壓小。3.2 帶變負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)突然減半仿真圖3-4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)磁場(chǎng)突然減半仿真框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求考慮，磁場(chǎng)突然減半意味著

20、Ce會(huì)減小一般，從而1Ce會(huì)增大一倍，所以在仿真框圖中將1Ce取出與階躍信號(hào)一起通過(guò)一個(gè)乘法器在與1Ce相加結(jié)果作為輸出。正常運(yùn)行時(shí)階躍信號(hào)的終值設(shè)為0，即此時(shí)乘法器環(huán)節(jié)不起作用，將階躍信號(hào)的終值設(shè)為1且階躍時(shí)間設(shè)為2則模擬2秒時(shí)刻磁場(chǎng)減半的過(guò)程。由于Id是正比于轉(zhuǎn)速的所以將轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)比例環(huán)節(jié)引入到負(fù)載端，比例系數(shù)取額定電流與額定轉(zhuǎn)速的比值。圖3-5 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)磁場(chǎng)突然減半情況下的轉(zhuǎn)速和電流波形圖3-6 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)磁場(chǎng)突然減半情況下的ASR、ACR、Ud波形根據(jù)波形圖分析可以得出，在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行情況下磁場(chǎng)突然減半，轉(zhuǎn)速會(huì)在瞬間增大到原來(lái)的兩倍從而產(chǎn)生超調(diào)之后由于ASR的無(wú)靜差調(diào)節(jié)

21、恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速。由于轉(zhuǎn)速的超調(diào)，導(dǎo)致電流會(huì)反向增大并產(chǎn)生超調(diào)且達(dá)到反向最大值并維持一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速會(huì)以恒定加速度減速，之后隨著轉(zhuǎn)速的上升階段，ACR又會(huì)產(chǎn)生超調(diào)。最后由于ACR的無(wú)靜差調(diào)節(jié)恢復(fù)到Id。從波形圖中還可以看出由于電流環(huán)的設(shè)計(jì)要求中超調(diào)量的要求較為嚴(yán)格導(dǎo)致在恢復(fù)時(shí)間上有所減慢并伴隨著振蕩。穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)Ud的值比設(shè)計(jì)要求中給定值稍大一些，分析得出結(jié)論由于計(jì)算時(shí)選取的時(shí)主回路總電阻而不是電樞電阻，所以實(shí)際結(jié)果比額定值稍大一些。在磁場(chǎng)突然減半的瞬間可以看到ASR會(huì)立馬飽和并輸出反向限幅電壓，在此過(guò)程中ACR均未飽和，從而發(fā)揮電流的跟蹤作用，讓電機(jī)以最大的加速度減速?gòu)亩笰SR退飽和。最終ASR、ACR以及Ud均趨于穩(wěn)定。觀察還發(fā)現(xiàn)ASR的穩(wěn)態(tài)值在磁場(chǎng)減半前后沒(méi)有發(fā)生改變，而ACR和Ud的值均減小，這是由于穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速與電流均為額定值，