直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計存檔日期： 存檔編號： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）論 文 題 目： 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計姓 名： 徐震杰 學(xué) 院： 電氣工程及自動化 專 業(yè)： 自動化 班 級 、 學(xué) 號： 10電51 10285038 指 導(dǎo) 教 師： 甘良志 江蘇師范大學(xué)教務(wù)處印制39摘 要直流調(diào)速系統(tǒng)的控制一般都是由轉(zhuǎn)速、電流反饋來完成的，它的靜態(tài)性能和動態(tài)性能都是十分杰出的，正是由于它的這些優(yōu)點使其使用范圍也很廣泛。其主要通過晶閘管可控整流電源來調(diào)節(jié)電源的大小。根據(jù)題目的設(shè)計要求，調(diào)速系統(tǒng)一共有兩個控制器，它們分別是轉(zhuǎn)速控制器（ASR）和電流控制器（ACR）。速度

2、控制系統(tǒng)的電源電路的設(shè)計是使用三相全控橋整流電路實現(xiàn)的。在設(shè)計中，首先對總體規(guī)劃的設(shè)計圖進行了確定。之后又對主電路的結(jié)構(gòu)形式以及各個元器件進行了確定和設(shè)計。與此同時，對包括晶閘管、電抗器等元件的參數(shù)進行了計算。在本文的最后一個部分，主要圍繞本設(shè)計最重要的部分，直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)進行設(shè)計。為了使速度和電流兩個負反饋可以發(fā)揮一定的作用，因此，應(yīng)該使其嵌套連接在速度和電流負反饋之間。單純的從布局上來看的話，電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)的內(nèi)部，因此電流環(huán)被叫做內(nèi)環(huán)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速環(huán)就被稱為外環(huán)。這樣設(shè)計之后，以電流負反饋、轉(zhuǎn)速負反饋為核心的調(diào)速系統(tǒng)就這樣形成了。在對所有部分設(shè)計都完成了之后，采用MATLAB對

3、整個系統(tǒng)進行仿真實驗，并對數(shù)據(jù)進行分析，得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：直流電動機 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速負反饋 電流負反饋AbstractThe speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power

4、supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine

5、the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are

6、 speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the lay

7、out of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and c

8、urrent feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop目 錄摘 要IAbstractII1 概述11.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述11.2 研究課題的目的和

9、意義11.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.4 設(shè)計內(nèi)容和要求21.4.1 設(shè)計要求21.4.2 設(shè)計內(nèi)容22 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計框圖33 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型43.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理43.1.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)43.1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)所要解決的兩個基本問題53.1.3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖63.1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)過程分析73.1.5 數(shù)學(xué)模型的參數(shù)的確定94 系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)114.1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的確定114.1.1 可控直流電源的選擇114.1.2 主電路原理圖124.2在額定勵磁下直流電動機的數(shù)學(xué)模型125 主電路各器

10、件的選擇和參數(shù)計算145.1 主電路保護電路的設(shè)計的必要性145.1.1 過電壓保護設(shè)計155.1.2 過電流保護設(shè)計165.2 整流變壓器和晶閘管的選擇與計算165.2.1 整流變壓器的計算175.2.2 晶閘管參數(shù)的計算175.2.3 平波電抗器參數(shù)的計算186 利用工程設(shè)計的方法設(shè)計電流、轉(zhuǎn)速反饋控制調(diào)節(jié)器196.1 主要設(shè)計內(nèi)容196.2 工程設(shè)計的基本步驟196.3 設(shè)計所需要的基本數(shù)據(jù)與設(shè)計指標(biāo)206.3.1 基本數(shù)據(jù)206.3.2 設(shè)計所要求的指標(biāo)216.4 用工程設(shè)計方法設(shè)計電流調(diào)節(jié)器226.4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計及其動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的簡化226.4.2 電流環(huán)時間常數(shù)的確定23

11、6.4.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計236.4.4 電流環(huán)參數(shù)計算246.4.5 校驗近似條件266.4.6 電流環(huán)的跟隨性能指標(biāo)266.5 用工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器276.5.1 電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)276.5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的簡化276.5.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計286.5.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算306.5.5 轉(zhuǎn)速環(huán)性能指標(biāo)的檢測327 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字仿真337.1 基于工程設(shè)計的方法的數(shù)字仿真337.2 結(jié)果分析348 結(jié) 論37致 謝38參考文獻391 概述1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述直流電動機在近三十多年的時間里在很多方面都有了很大的改進，特別是在調(diào)速控制方面，其變

12、革是十分重大且有意義的。代表著先進技術(shù)的晶閘管整流技術(shù)以一種全新的姿態(tài)代替了我們已經(jīng)應(yīng)用了很久的其他整流技術(shù)，其中最具有代表性就是直流發(fā)電機組，不得不說，這種變化使電驅(qū)動完成了跨時代的飛躍。而且隨著科學(xué)技術(shù)的日益更新，調(diào)速控制電路已經(jīng)逐步實現(xiàn)了高密集化、高可依賴性和低成本等特點，這些特點也使得直流調(diào)速系統(tǒng)的性能不止進步了一點點，而且其應(yīng)用范疇也隨著這一改變而有了更大的突破。直流調(diào)速技術(shù)由于其成熟完美，系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，使之很難在電驅(qū)動PWM調(diào)速領(lǐng)域被取代。充分迎合工作設(shè)備的要求，通過各種方法改變直流電機的轉(zhuǎn)速被稱之為直流調(diào)速。為了改變電動機各方面的性能以及它的穩(wěn)速狀態(tài)，必須從其機械特性入手，盡可

13、能的改變它的外部電壓或者結(jié)點參數(shù)。盡管交流調(diào)速系統(tǒng)隨著調(diào)速技術(shù)以及電力電子技術(shù)的發(fā)展，正在不斷地吞噬著直流調(diào)速系統(tǒng)的領(lǐng)地，但是就目前的大體局勢看來，直流調(diào)速系統(tǒng)在根本上還是整個調(diào)速系統(tǒng)的主流，仍然在自動調(diào)速系統(tǒng)中占領(lǐng)著不可撼動的地位。在我國很多的工業(yè)部門中，比如冶煉軋鋼、采礦、紡織造紙業(yè)等依舊是直流調(diào)速系統(tǒng)占主導(dǎo)地位。直流調(diào)速系統(tǒng)不僅是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而且其理論和實踐相比于交流調(diào)速更為成熟完善，所以直流調(diào)速系統(tǒng)不僅在調(diào)速領(lǐng)域有著至關(guān)重要的地位，而且與我們的生活是密不可分的。1.2 研究課題的目的和意義雙閉環(huán)直流調(diào)速相比于單閉環(huán)直流調(diào)速，在抗干擾性能方面是十分突出的，其中，PI調(diào)節(jié)器在直流雙

14、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用是十分巨大的，首先他能夠消除負載轉(zhuǎn)矩對穩(wěn)態(tài)速降的擾動，使系統(tǒng)更加趨向于穩(wěn)定，并且還可以達成系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差，與此同時，利用電流截止負反饋限制電樞電流對系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊，但是假如電樞電流是動態(tài)的而不是靜態(tài)的，然后單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流就不能任意的控制了。要想解決這一問題，就必須在調(diào)速系統(tǒng)中引入兩個十分重要的負反饋：轉(zhuǎn)速和電流負反饋。而且雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相比于直流單閉調(diào)速系統(tǒng)，在抗干擾性能，特別是抗電網(wǎng)電壓擾動方面有了質(zhì)的飛躍。矛盾的存在在于，在設(shè)計調(diào)節(jié)器的時候必須考慮到很多方面，比如穩(wěn)定性、快速性以及抗干擾性等，而在使用經(jīng)典的動態(tài)校正方法時，同時考慮整個系統(tǒng)的動態(tài)性能和靜態(tài)性

15、能，是一個很難權(quán)衡的過程1。建立一個實用易行的設(shè)計方法在這個時候就顯得十分必要和急迫，同時進行這個設(shè)計的設(shè)計人員的理論基礎(chǔ)以及他的實踐能力都是不可或缺的，剛剛進入調(diào)速領(lǐng)域的人是不可能輕易的掌握其中的訣竅的。低階系統(tǒng)可以被用來近似成很多系統(tǒng)，例如在在電力驅(qū)動領(lǐng)域中，十分具有代表性和先進性的自動控制系統(tǒng)。因此在進行設(shè)計之前，我們可以事先研究這個體系以及圖標(biāo)，將實際的系統(tǒng)利用低階系統(tǒng)校正簡化，設(shè)計過程就能相應(yīng)的簡化了，可能產(chǎn)生的工程設(shè)計方法就可以大大提高。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀電機控制技術(shù)在近三十多年發(fā)生了史無前例的變化，其最根本的原因不僅僅是電力電子技術(shù)，同時還有自動控制技術(shù)有了翻天覆地的進步。在

16、20世紀(jì)，特別是70年代，單片機由于其出眾的性能，被廣泛的應(yīng)用于制作電機調(diào)速系統(tǒng)中最重要的部分控制器。恰恰是由于單片機的應(yīng)用，電機的速度控制系統(tǒng)，特別是性能方面有了很大的提高。與此同時，微機也開始出現(xiàn)，并且由于其出眾的性能使之頻繁的被用于完成各式各樣的控制系統(tǒng)。自80年代中后期起，伴隨著數(shù)字化控制這一理念，數(shù)字化調(diào)速裝置不斷的被世界各大電氣公司所研發(fā)。極其高的精度、優(yōu)良的控制性能加上無可比擬的抗干擾能力為數(shù)字化直流調(diào)速裝置在控制平臺占領(lǐng)了一席之地。1.4 設(shè)計內(nèi)容和要求1.4.1 設(shè)計要求（1） 系統(tǒng)性能良好，無靜差或者靜差率很小。（2） 系統(tǒng)能夠進行平滑無級的調(diào)速，工作范圍廣，在其工作范圍內(nèi)

17、，電機能穩(wěn)定持續(xù)的運行。（3） 調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置有保護電路。（4） 主電路采用三項全控橋。1.4.2 設(shè)計內(nèi)容（1） 按照設(shè)計所提供的要求，設(shè)計出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，清楚的描述出其工作原理，畫出設(shè)計時所必要的各個原理圖和框圖。（2） 確定系統(tǒng)各個部分的參數(shù)。（3） 確定主電路的各個組成部分，包括變流變壓器、整流器、平波電抗器、保護元件等。（4） 完成驅(qū)動電路的設(shè)計，確定其組成結(jié)構(gòu)。（5） 通過MATLAB/SIMULINK調(diào)速系統(tǒng)進行仿真。2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計框圖所謂直流電機，就是需要通過三相直流電機來供電，使其能夠運行的一種電機類型。在人們的日常生活中，都是直接使用三相交流38

18、0V電源，因此需要將交流電整流使其轉(zhuǎn)變成直流電。本設(shè)計采用三相橋式整流電路，將日常生活中的380V交流電變成三相直流電，然后將滿足供應(yīng)直流電機的要求1。系統(tǒng)的總框架如圖2-1：圖2-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總框圖一般在三相交流和三相橋式整流電路中都有一定的電路保護措施，比如快速熔斷器等。根據(jù)不同的要求和不同的情況我們應(yīng)選擇不同的電壓電流保護方法和器件，并且還要準(zhǔn)確的計算各個器件的參數(shù)。在直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流負反饋和轉(zhuǎn)速負反饋是系統(tǒng)中的靈魂，有了它們，才有了整個系統(tǒng)的可行性。他們之間采用的是串級連接。穩(wěn)速精度是整個系統(tǒng)很重要的一部分，它是由外環(huán)，即轉(zhuǎn)速負反饋來保障的。而電流負反饋環(huán)很明顯

19、的是內(nèi)環(huán)，它的存在很好的改善了整個調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能，同時也為控制轉(zhuǎn)矩和限流提供了可靠的保證。系統(tǒng)要求必須有優(yōu)秀的靜態(tài)和動態(tài)性能，一般調(diào)節(jié)器是無法實現(xiàn)的，因此在設(shè)計轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的時候，要采用PI調(diào)節(jié)器6。3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理和數(shù)學(xué)模型3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理3.1.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)在直流調(diào)速系統(tǒng)中，其調(diào)速性能的要求是十分苛刻的。例如：最快的速度和最緩的速度比，需要有級調(diào)速還是無級調(diào)速，在負載突然變化時最大的調(diào)速范圍等。但是，總的來說，只需要注意三個方面，調(diào)速系統(tǒng)就能根據(jù)控制的要求，依照人的意愿進行工作：（1）調(diào)速：在容許的調(diào)速范圍內(nèi)，無級調(diào)速和有

20、級調(diào)速到底是怎樣選擇和應(yīng)用;（2）穩(wěn)速：保證一定的精度，使調(diào)速系統(tǒng)能夠在所需要的轉(zhuǎn)速上平穩(wěn)的運行。即使遭受到種種不確定的擾動和干預(yù)，轉(zhuǎn)速波動也不會有超過系統(tǒng)所允許的波動；（3）加、減速：要求調(diào)速系統(tǒng)能夠快速的加速、減速而且起動和制動過程要盡可能地平穩(wěn)。在滿足定量分析之后， “調(diào)速范圍”和“靜差率”就可以用來定義“調(diào)速”和“穩(wěn)速”這個兩項要求了。穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)就是指的這兩個指標(biāo)1。 調(diào)速范圍電動機所能達到的最快轉(zhuǎn)速和最慢轉(zhuǎn)速之比，通常用大寫字母表示，即 （3-1） 靜差率 運行速度，負載的理想負載對應(yīng)的轉(zhuǎn)速差，與理想空載轉(zhuǎn)速比值稱為靜差率，通常用字母表示，即 （3-2）特別要注意的是，靜差率是衡量

21、調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負載產(chǎn)生變化時的穩(wěn)定度的一個重要參數(shù)。它與系統(tǒng)的機械特性硬度有密切的關(guān)系，如果機械特性硬，靜態(tài)誤差率就小，也就是說該系統(tǒng)穩(wěn)定性高。而且，調(diào)速范圍和靜差率并不能分開來討論，它們是緊密聯(lián)系在一起的，必須兩者一起分析。在通常的情況下，電機在額定功率下的轉(zhuǎn)速視為最高轉(zhuǎn)速，假設(shè)在此功率下的轉(zhuǎn)速下降了，則我們進行分析后可以得出結(jié)論： （3-3） 跟隨性能指標(biāo)以下性能指標(biāo)是指系統(tǒng)輸出變化跟隨參考信號，跟隨性能指標(biāo)一般是由以下三項指標(biāo)組成：上升時間，超調(diào)量與峰值時間，調(diào)節(jié)時間。 抗擾動性能指標(biāo)當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)正在穩(wěn)定的運行時，系統(tǒng)突然受到一個擾動量，然后系統(tǒng)開始波動，但是波動并不是無止境的，當(dāng)波動量慢慢趨

22、近于另外一個穩(wěn)定值的時候，一個抗干擾過程就完成了?？垢蓴_性能指標(biāo)一共有兩個指標(biāo)組成，其中一個是動態(tài)降落，另外一個是恢復(fù)時間1。3.1.2 直流調(diào)速系統(tǒng)所要解決的兩個基本問題說明和理解系統(tǒng)的幾個基本指標(biāo)之后，必須解決存在與直流調(diào)速系統(tǒng)中的兩個基本問題：（1） 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度問題對系統(tǒng)放大率之間的要求；（2）電樞電流和快速啟動與電流的突變之間的問題。第一個問題的解決很簡單，只需要在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中加入轉(zhuǎn)速負反饋環(huán)節(jié)，同時應(yīng)用PI調(diào)節(jié)器，即能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，而且保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第二個問題的解決就比較繁瑣，在通常的調(diào)速系統(tǒng)中，人們都希望制動和啟動時間都能盡可能的縮短，以此來提高生產(chǎn)效率。這

23、就要求在起、制動時候的電流要始終保持最大值，這樣調(diào)速系統(tǒng)的加速度（減速度）就能保持為最大值。一旦系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，電流能瞬間降下來，電機進入穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)。例如，在圖3-1中電流變化的起、制動的整個過程：圖3-1 最佳過渡過程時間雖然這樣的起、制動方式充分的優(yōu)化了時間，但是又衍生出一個十分重要的問題：如此快速的電流變化，電路中難免出現(xiàn)過大的電流沖擊。為此，在系統(tǒng)中添加一個電流負反饋，這樣就很好的解決了這個問題。在實際的電路結(jié)構(gòu)中都是存在電感的，電流突變是不可能的，因此如圖所示的只是理想模型，現(xiàn)實情況下只能近似與它，不能完全吻合。3.1.3 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 對于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原

24、理框圖，如圖3-2所示： 圖3-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速原理框圖圖中和代表了速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)之間的關(guān)系，這兩個調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，兩者之間串行連接，電流調(diào)節(jié)器的最大給定電壓并不是憑空產(chǎn)生的，它是由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的最大輸出電壓所決定的，同是它也決定了晶閘管整流器的最大輸出電壓，這三個之間的聯(lián)系是密不可分的，應(yīng)該將它們放在一起考慮。 3.1.4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程是接近理想的啟動過程。在啟動過程中，速度調(diào)節(jié)器一共有兩種狀態(tài)：飽和和非飽和，而起動過程可以分為以下三個階段：電流上升階段；恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在圖3-3中，我們就其它的起動過程，繪制

25、了如下的波形圖，改圖充分簡明的闡述了起動時的狀態(tài)： 第一個階段是電流上升階段：給一個突然的給定電壓后，雖然、都在上升，但是由于剛開始<，電動機并不能開始轉(zhuǎn)動。但是隨著的不斷增大，終有一刻，就在此時電動機會開始轉(zhuǎn)動，但是電機是存在慣性作用的，它的轉(zhuǎn)速不會馬上的變得很快，此時輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的電壓偏差在數(shù)值上仍然是非常大的，所以電樞電流將持續(xù)迅速上升，一直到， 的上升就會由于電流調(diào)節(jié)器而受到制約，這樣電流上升階段就停止了。在此階段中，很快速的進入了飽和狀態(tài)，而一般是不會進入飽和狀態(tài)的。圖3-3 在起動時轉(zhuǎn)速、電流負反饋調(diào)速系統(tǒng)的相應(yīng)的波形第二階段恒流加速階段：在這個階段，在第一階段的速度

26、調(diào)節(jié)器飽和，作為一個整體的系統(tǒng)速度環(huán)相當(dāng)于一個開環(huán)，電流保持不變，所以這時候電機的加速度也是保持恒定的，電機轉(zhuǎn)速已線性方式上升。第三階段系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：系統(tǒng)的速度在速度調(diào)節(jié)階段已為給定值，即輸入的偏差為0，但是輸出卻不能夠突變，繼續(xù)維持在，電動機仍然在加速，只是加速度減小了而已，這樣轉(zhuǎn)速就超調(diào)，使得輸入的偏差電壓變由正轉(zhuǎn)為負，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器就開始退飽和，和由于調(diào)節(jié)器的作用而迅速下降。然而只要，轉(zhuǎn)速就回繼續(xù)上升。當(dāng)=時，轉(zhuǎn)速就會達到一個最大值，在時刻時。此后在時間內(nèi)，由于，電機就會由于負載的緣故降低轉(zhuǎn)速，到達一個穩(wěn)態(tài)值。在第三階段中，起主導(dǎo)作用，主要是調(diào)整速度，和并沒有達到飽和狀態(tài)。根據(jù)上面的三

27、個階段，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在啟動階段就有三個很明顯的特點可以發(fā)現(xiàn)了：(1) 飽和非線性控制；(2) 轉(zhuǎn)速超調(diào)；(3) 準(zhǔn)時間最優(yōu)原則。3.1.5 數(shù)學(xué)模型的參數(shù)的確定(1) 電樞電路的電磁時間常數(shù)電樞回路的總電阻其中：被視為晶閘管的電阻；視為平波電抗器的電阻；視為電機的電樞回路電阻。電樞回路的總電感其中：為平波電抗器的電阻；為電動機的電樞電感；為變壓器的漏感?？偟膩碚f，電磁時間常數(shù)可以這樣來定義：(2) 電氣傳動系統(tǒng)機械時間常數(shù)在額定磁通下的電機反電勢系數(shù)代入計算后，取平均值電動機的飛輪力矩所以有 (3) 觸發(fā)放大器、整理放大器的放大系數(shù)在進行分析和設(shè)計時，放大系數(shù)通常都是被看作是系統(tǒng)中一個常

28、數(shù)，但是事實的情況是在觸發(fā)和整流電路中，由于各種因素的影響，放大系數(shù)并非是線性的，只有在工作范圍內(nèi)，近似線性。因此，必須利用實驗的方法，根據(jù)輸入和輸出的關(guān)系來確定放大系數(shù)的大小。雖然不能十分的確定調(diào)速范圍的工作點都在其特性的線上，但是能大致的將這些點落在其附近，根據(jù)式 （3-4）結(jié)合圖3-4：圖3-4 的測定線形圖在工作范圍內(nèi)，放大倍數(shù)4 系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)4.1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的確定4.1.1 可控直流電源的選擇在直流調(diào)速系統(tǒng)中，晶閘管可控整流電源以及直流脈寬調(diào)制電源以其優(yōu)越的特性而被經(jīng)常是用作為很多系統(tǒng)的可控直流電源。因此，能夠被選用應(yīng)用與本設(shè)計的兩個電機系統(tǒng)分別為晶閘管整流器電機調(diào)速系統(tǒng)和

29、直流脈寬PWM電機調(diào)速系統(tǒng)12。 晶閘管整流器電動機系統(tǒng)晶閘管整流電機系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）示意圖如圖4-1：圖4-1 晶閘管整流電機的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖在VM系統(tǒng)中，觸發(fā)裝置的控制電壓用來調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的相位，這樣一來，整流器的電壓電流輸出就因此而改變了,直流電機也就能進行平滑無級的調(diào)速了。 PWM直流調(diào)速電機系統(tǒng)與直流PWM變頻電機系統(tǒng)相比，VM系統(tǒng)，在許多領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢：例如，電路結(jié)構(gòu)簡單，低損耗和高轉(zhuǎn)速電機。它主要是通過晶閘管的占空比的變化來改變電機兩端得到的電壓。但是。根據(jù)設(shè)計的要求，應(yīng)當(dāng)選擇VM調(diào)速系統(tǒng)來進行設(shè)計。4.1.2 主電路原理圖本設(shè)計的要求，需要在一定的范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑無

30、級的調(diào)速,最好的方式是調(diào)節(jié)電樞電壓。三相全控整流因其出眾的性能而被廣泛的選用作為很多系統(tǒng)的整流電路，所以本設(shè)計也選用其來進行設(shè)計。用此電路設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)速范圍廣，而且還能實現(xiàn)多方面的技術(shù)要求，是十分理想的調(diào)速整流電路。其主電路原理圖如圖4-2：圖4-2 主電路原理圖三相全控整流電路一共有6個編號的晶閘管，而組成共陰極組的晶閘管有VT1、VT3和VT5，很明顯VT2、VT4和VT6組成了整流電路的共陽極組。在一個周期的六個晶閘管電路必須由關(guān)斷轉(zhuǎn)為通路，兩者之間的觸發(fā)脈沖是有等額的差值的，相位差為60度1。為了防止電壓和沖擊電流的電路突然斷路，必須加入過電壓和過電流保護電路。4.2 在額定勵

31、磁下直流電動機的數(shù)學(xué)模型圖4-3 他勵直流電動機等效電路圖4-3為額定勵磁下的他勵直流電動機等效電路，電樞回路中存在著總電阻和總電感。在一般的情況下，假設(shè)主電路的電流是連續(xù)的，則根據(jù)圖4-3可列出主電路的動態(tài)電壓方程： (4-1)為了保證設(shè)計的可行性，理論上忽略了粘性摩擦，當(dāng)然彈性轉(zhuǎn)矩在這個時候也是不可取的，由此就可以寫出電機軸上的動力學(xué)方程了： （4-2）在上式中 電動機的負載轉(zhuǎn)矩 電機的飛輪慣量而綜合以上幾個公式，通過拉普拉斯變換，可以得到電壓與電流之間的傳遞函數(shù)： （4-3）電流和電動勢之間的傳遞函數(shù)為： （4-4）在額定的勵磁下，上面的傳遞函數(shù)進行必要的整理，然后給出理性的分析，我們就

32、能得到直流電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖了：圖4-4 直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖由圖4-4，能夠很明顯的看到直流電機的兩個輸入。其中的一個，它是電機理想空載電壓，而另一個是負載電流。前者的大小是由輸入控制的，而后者 則是一個擾動量1。我們可以關(guān)于擾動的點移動到前面，然后等效變換，即可以得到等效結(jié)構(gòu)圖在圖4-5。圖4-5 直流電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換5 主電路各器件的選擇和參數(shù)計算5.1 主電路保護電路的設(shè)計的必要性在眾多的電力半導(dǎo)體元器件中，雖然每種元器件都有其各自突出的優(yōu)點，但是，當(dāng)它們在電路中，受到超過其額定電壓和額定電流的沖擊時，相比于一般的電器元件，它們的性能就顯得弱小的多，一個十分短時間的過電壓或者

33、過電流沖擊都有可能導(dǎo)致元件不可修復(fù)的損壞，從而就導(dǎo)致整個整流裝置的故障。由此看來，在主電路中設(shè)計保護電路的必要性就顯得非常突出，保護裝置的完善也是必不可少的。5.1.1 過電壓保護設(shè)計過電壓保護根據(jù)作用地方的保護可以分為兩種，一是交流測過電壓保護，二是直流側(cè)過電壓保護。 交流測過電壓保護在交流測的過電壓保護中，壓敏電阻是一種最為廣泛應(yīng)用的保護元件。壓敏電阻的非線性特性是眾所周知的，而使之具備這種特點的原因就在于它們是由金屬氧化物制成的。之所以采用這種壓敏電阻，其主要原因是在正常的工作情況下，壓敏電阻的通過電流是十分微弱的，幾乎可以忽略不計，但是一旦電壓超過了電路的最大承受電壓的時候，壓敏電阻可

34、以允許放電電流達到幾千安的大小，這樣，電壓可以被抑制在能夠承受的范圍內(nèi)。同時，壓敏電阻還具有低損耗，小體積，高靈敏度等特點。本設(shè)計是基于三相全控整流電路的，在變壓器的繞組端，是用的Y型聯(lián)結(jié)，如圖5-1所示的是放置在變壓器交流測的，壓敏電阻保護電路：圖5-1 交流測壓敏電阻保護電路(1) 壓敏電阻的標(biāo)稱電壓的計算公式為：在上式中：代表了壓敏電阻的額定電壓 為變壓器二次側(cè)的線電壓有效值（2） 壓敏電阻的通流容量：根據(jù)上兩式計算，壓敏電阻的參數(shù)應(yīng)當(dāng)選擇額定電壓是440V的，而額定電流是500A的。 直流側(cè)過電壓保護在直流側(cè)電壓保護可以通過相同的方法測量電壓保護，即壓敏電阻器的使用。因此，額定電壓為4

35、50V的壓敏電阻是我們的選擇。5.1.2 過電流保護設(shè)計當(dāng)電力電子器件處于不正常工作狀態(tài)時，可能會發(fā)生過電流的情況。過電流的保護措施有很多種，其中，最為常用的方式有以下三種：（1） 直流快速熔斷器可以作用于有大中容量的設(shè)備或者電路會逆變的需要保護的電路中。（2） 使用過電流繼電器，能夠在電路發(fā)生過電流時，快速的切斷主電路。（3） 可以直接串聯(lián)快速熔斷器在交流或者直流側(cè)，但要注意的是快速熔斷器的額定電壓和額定電流必須大于正常工作電路的參數(shù)。在本設(shè)計中，可以采用快速熔斷器作為過電流保護的元件。即在每個橋臂都串入一個快速熔斷器?？焖偃蹟嗥鞯念~定電流大小計算：所以，應(yīng)當(dāng)取快速熔斷器的額定電壓大小計算：

36、所以，應(yīng)當(dāng)取綜上所述：選用 20A/400V的快速熔斷器6只。5.2 整流變壓器和晶閘管的選擇與計算5.2.1 整流變壓器的計算整流變壓器的次級電壓的有效值： （5-1）次級線電壓： （5-2）次級相電流： （5-3）初級線電壓： （5-4）初級相電流： （5-5）變壓器的初級容量： （5-6）變壓器的次級容量： （5-7）變壓器的容量： （5-8）5.2.2 晶閘管參數(shù)的計算SCR的額定電流計算： （5-9）SCR的額定電壓計算： （5-10）式中為次級線電壓的最大值 （5-11）考慮到安全裕量的關(guān)系，應(yīng)用電壓裕量為2倍的額定裕量，電流裕量為1.5倍的額定裕量，由此可得晶閘管的參數(shù)如下：5.

37、2.3 平波電抗器參數(shù)的計算平波電抗器是一種鐵心電抗器，在整流后的直流電路中經(jīng)常使用，它的主要作用是使直流負載順利的得到平滑的直流電源。在設(shè)計平波電抗器時，對其電感量要著重的計算。（1） 限制輸出電流脈動的臨界電感量電動機的負載在工作時，只需要通入直流分量。但是很不巧的是晶閘管的電流輸出波形由于其輸出電壓波形為脈動的，因此其也呈脈動。而脈動電流的實質(zhì)是直流分量和交流分量的合成，交流分量的存在對電動機的工作造成十分不良的影響。而平波電抗器的串入，就很好的解決了這一問題。其臨界電感量可利用下式計算： （5-12）（2） 能夠保證電流連續(xù)的臨界電感量： （5-13）（3） 電動機的電樞電感量和變壓器

38、的電感：電動機的電感量的計算公式如下： （514）在上面的式子中，是計算系數(shù)；代表直流電動機的電壓；是電動機的磁極對數(shù)；是電動機的轉(zhuǎn)速；是電動機的電流。在此設(shè)計中，取、所以：變壓器的電感量可以用下式計算： （515）其中，為計算系數(shù)，為變壓器的短路比。經(jīng)計算，綜上所述，選用的平波電抗器的參數(shù)為50mH/20A。6 利用工程設(shè)計的方法設(shè)計電流、轉(zhuǎn)速反饋控制調(diào)節(jié)器6.1 主要設(shè)計內(nèi)容在本章中，主要采用工程設(shè)計的方法對系統(tǒng)中最為重要的兩個部分電流調(diào)節(jié)器（）和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（）進行有根據(jù)的設(shè)計。在前面的章節(jié)中，已經(jīng)很明確的指出電流環(huán)為整個系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為系統(tǒng)的外環(huán)。因此，在進行設(shè)計時，要從開始著手，變

39、換其不要的部分以及對其大致的處理，將它校正成符合設(shè)計的典型系統(tǒng)，的類型則要根據(jù)被控制的對象來進行確認(rèn)，最后根據(jù)系統(tǒng)動態(tài)性能指標(biāo)進行參數(shù)計算。轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計和電流環(huán)采用相同的方法，不同的是電流環(huán)將會被等效成轉(zhuǎn)速環(huán)中一個環(huán)節(jié)。6.2 工程設(shè)計的基本步驟在利用工程設(shè)計的方法設(shè)計調(diào)節(jié)器，必須解決很多方面的問題，比如控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)定程度和抗干擾性能等。為了簡化問題的解決，使系統(tǒng)中的主要矛盾變得明顯，是工程設(shè)計中的最為重要的目標(biāo)。為了簡化設(shè)計調(diào)節(jié)器，可以分為兩個步驟完成：（1） 為了能夠使系統(tǒng)符合設(shè)計要求的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該首先進行選擇，這個時候，穩(wěn)態(tài)精度也是不可忽略的。（2） 確定動態(tài)性能參

40、數(shù)，使控制器的設(shè)計能夠滿足要求1。經(jīng)過上面兩步的工作，就把設(shè)計中看似亂成一團的各種所要解決的問題有序的分成了兩步來逐個擊破，首先的是解決了動態(tài)穩(wěn)定度、穩(wěn)態(tài)精度這一個矛盾，第二步又在第一步的基礎(chǔ)上滿足了其他的性能指標(biāo)，這樣一來，設(shè)計工作在無形中簡化了很多，而且設(shè)計出來的系統(tǒng)也可以更加的接近于設(shè)計的要求。在應(yīng)用參數(shù)時，可以根據(jù)現(xiàn)成的公式等直接計算，因為參數(shù)與性能之間的關(guān)系在上面的章節(jié)已經(jīng)闡明，這樣也能夠大大減小設(shè)計的工作量。6.3 設(shè)計所需要的基本數(shù)據(jù)與設(shè)計指標(biāo)6.3.1 基本數(shù)據(jù)（1） 直流電動機數(shù)據(jù) （2） 電樞回路總電阻 （3） 電樞回路總電感 （4）三相全控整流電路參數(shù) （5） 電動機總飛

41、輪慣量 （6） 給定在調(diào)節(jié)器兩端的最大電壓（7） 調(diào)節(jié)器回路中的輸入電阻 （8） 系統(tǒng)時間常數(shù)（9） 反饋濾波時間常數(shù)6.3.2 設(shè)計所要求的指標(biāo)（1） 系統(tǒng)的調(diào)速范圍 （2） 調(diào)速系統(tǒng)所允許的靜差率 （3） 電流超調(diào)量（4） 轉(zhuǎn)速超調(diào)量（5） 突加負載時，系統(tǒng)允許的動態(tài)速降 （6） 系統(tǒng)的恢復(fù)時間6.4 用工程設(shè)計方法設(shè)計電流調(diào)節(jié)器6.4.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計及其動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的簡化在設(shè)計電流環(huán)的時候，設(shè)計工作首要解決的問題是反電動勢作用時將于電流反饋產(chǎn)生交叉。事實的情況是，反電動勢的大小與轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出是成正比的，也就是說電流環(huán)會受到轉(zhuǎn)速環(huán)的影響而產(chǎn)生作用。在實際的設(shè)計中，機電時間常數(shù)與電磁常

42、數(shù)相比的話，前者是大得多的，這也造成了電流的變化程度遠高于轉(zhuǎn)速的變化程度。換一種說法也就是說，反電動勢的變化是很慢的，在電流突變的時候，可以近似地把反電動勢看成是不變量，即。因此，改變反電動勢電流環(huán)的設(shè)計，不要把它放在考慮的范圍內(nèi)。也就是說，它可以忽略反電動勢的影響，得出了電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)圖，最后再把給定濾波和反饋濾波移到環(huán)內(nèi)，如圖6-1：圖6-1 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化a） 忽略反電動勢b）等價的單位負反饋c）小慣性環(huán)節(jié)近似處理的原因是，相比，和小得多，它們可以被看作是一個慣性元件。6.4.2 電流環(huán)時間常數(shù)的確定 在進行設(shè)計之前，必須先確定的各個時間常數(shù)。根據(jù)選用的器件和設(shè)計的要求，時間常

43、數(shù)的大小如下：（1） 三相橋式電路的平均失控時間：（2） 濾波時間常數(shù)：（3） 電流環(huán)小慣性時間常數(shù)：6.4.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計設(shè)計之前的第一個問題，電流環(huán)是一種什么樣的典型系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，電樞電流不可能永遠處在穩(wěn)定值，它難免會在某段時間超過電路的允許值，這時候電流環(huán)的主要作用就體現(xiàn)出來了，超調(diào)量在突加負載或者說系統(tǒng)有突然的外作用時，能夠越小越好。在這一目標(biāo)的基礎(chǔ)上，型系統(tǒng)是電流環(huán)校正的首要選擇。對于抗電網(wǎng)電壓的擾動作用，只是電流環(huán)的次要作用，電流環(huán)還是應(yīng)該以跟隨性能為主。在前面的章節(jié)中，已經(jīng)確定電流調(diào)節(jié)器要選擇PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （6-1）在上式中：代表的是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

44、代表的是電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。根據(jù)圖6-1，電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)就可以很容易的得到： （6-2）在上面， ，所以，可以選取。對于控制對象中存在的較大的時間常數(shù)極點，可以利用調(diào)節(jié)器的零點消除，方便電流環(huán)能夠校正成典型型系統(tǒng)，就可以得到下式： （6-3）在上式中，由于，因此可以畫出電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖6-2：圖6-2 設(shè)計成典型型系統(tǒng)的電流環(huán)6.4.4 電流環(huán)參數(shù)計算（1） 系統(tǒng)的時間常數(shù)和比例系數(shù)電流的開環(huán)增益：，也就是的積分時間常數(shù)：綜上：而電流調(diào)速器的反饋系數(shù)為通過上面的計算，我們可以求得的比例系數(shù)為：（2） 電流調(diào)節(jié)器電阻、電容的計算在PI型電流調(diào)節(jié)器中加入一個給定的濾波器和反饋濾波

45、器，原理圖如下所示：圖6-3 將給定濾波和反饋濾波加入到PI型電流調(diào)節(jié)器代表的是加在電流調(diào)節(jié)器兩端的電壓，代表的是電流負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是控制電壓。根據(jù)放大器的電路原理，可以得出： （6-4） （6-5） （6-6）所用的運算放大器取，那么可以得到在實際的工程運用中，應(yīng)當(dāng)選擇。6.4.5 校驗近似條件由上面的參數(shù)，經(jīng)過計算，可得電流環(huán)的截止頻率為(1) 校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：代入上面的參數(shù)可得： 滿足近似的條件(2) 校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：代入上面的參數(shù)可得： 滿足近似的條件(3) 校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：代入上面的參數(shù)可得： 滿足近似的條

46、件按照動態(tài)類型，系統(tǒng)的跟蹤性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)之間的關(guān)系，電流環(huán)的動態(tài)指標(biāo)可計算如下：。6.4.6 電流環(huán)的跟隨性能指標(biāo)上升時間：超調(diào)時間：調(diào)節(jié)時間：6.5 用工程設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器6.5.1 電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)前面已經(jīng)設(shè)計了電流調(diào)節(jié)器，在進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計的時候，電流環(huán)將被等效成轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)之中的一個環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以經(jīng)過計算求得： （6-7）采用高階降次的方法，上式可被化簡為： （6-8）又因為 所以 （6-9）6.5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的簡化將電流環(huán)被它的等效環(huán)節(jié)取代了之后，整個速度系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)就變成了如下的形態(tài)：圖6-4 的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡化a） 電流環(huán)等效環(huán)節(jié)代

47、替b）作近似處理c）校正成典型型系統(tǒng)跟電流環(huán)一樣處理，最后可得到圖6-4c。6.5.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計積分環(huán)節(jié)必須加在負載擾動點之前，這樣它就能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差，同時由于擾動點的后面已經(jīng)存在了一個積分環(huán)節(jié)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在這個積分環(huán)節(jié)的外面，所以一共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以必須被設(shè)計成典型型系統(tǒng)，系統(tǒng)的動態(tài)抗干擾性能也能夠因為此而得到滿足。對控制對象的時間常數(shù)，相對于典型的型系統(tǒng)，也是一樣都必要的。但不同的是，參數(shù)需要有兩個，和，為了計算的方便，引入一個新的參數(shù)： （6-10）是一個恒值，要想改變，只需要改變參數(shù)。在決定了值之后，如果要改變截止頻率，則需要使的值發(fā)生改變，也就是讓特性上下平移。通

48、過這樣的參數(shù)引入，和的確定就相當(dāng)于選擇了參數(shù)和。選擇一個確定的的值，運用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，能夠證明在這個值下只有唯一的或者可得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值，此時，與、之間存在的關(guān)系為： （6-11） （6-12）上面的兩個式子就是準(zhǔn)則的“最佳頻比”，由此可以得出： （6-13）所以 （6-14）相應(yīng)的閉環(huán)幅頻特性的峰值最?。?（6-15）和的值在確定了和的值之后就能很簡單的計算出來,由定義可得： （6-16）下表為不同的值所對應(yīng)的和最佳頻比:表6-1 不同值所對應(yīng)的和最佳頻比34567891021.671.51.41.331.291.251.221.51.61.671.7

49、11.751.781.801.822.02.53.03.54.04.55.05.56.5.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算由于被校正成典型型系統(tǒng)，PI調(diào)節(jié)器就必須被用與此設(shè)計了，則傳遞函數(shù)可被這樣設(shè)定： （6-17）在式中代表的是的比例系數(shù)； 代表的是的超前時間常數(shù)。因此，該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： （6-18）其中，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 （6-19）則 （6-20）取轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：因為系統(tǒng)不僅要求有較高的抗干擾性能，還要求有較好的跟隨性能，所以取，的超前時間常數(shù)則為：轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)增益為的比例系數(shù)為檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為(1) 電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)，簡化的條件如下： 滿足簡化條件(

50、2) 速度環(huán)時間常數(shù)近似條件： 滿足簡化條件取則在實際的工程中，應(yīng)取。6.5.5 轉(zhuǎn)速環(huán)性能指標(biāo)的檢測(1) 轉(zhuǎn)速環(huán)的跟隨性能指標(biāo)當(dāng)?shù)臅r候，由“典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)表”可得，顯然不滿足設(shè)計的要求。實際情況是，上述的計算結(jié)果是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在線性狀態(tài)下的超調(diào)數(shù)值，而符合狀態(tài)的超調(diào)量是退飽和超調(diào)。因此，應(yīng)該重新計算超調(diào)量。在本設(shè)計的要求條件下，直流電機的起動是由空載開始的，一直增加到額定轉(zhuǎn)速，所以其中是動態(tài)的參考價值的抗干擾性能的代表值。查詢“典型型抗擾性能指標(biāo)表”可得當(dāng)時，。根據(jù)上式，可得因此的值是符合設(shè)計的要求的。(2) 在負載突然加上時，系統(tǒng)的動態(tài)速降指標(biāo)根據(jù)要求，在設(shè)計前，有，所以由

51、此可得因此，動態(tài)指標(biāo)的設(shè)計是符合設(shè)計要求的。(3) 恢復(fù)時間的指標(biāo)按照“典型型系統(tǒng)階抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系”表，可得當(dāng)，在同一個時間，所以因此恢復(fù)時間也是滿足設(shè)計的要求的。7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字仿真7.1 基于工程設(shè)計的方法的數(shù)字仿真在第6章中，運用以下的參數(shù)，設(shè)計出了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，并且驗證了理論上的符合設(shè)計要求以及可實施性直流電機： 電動機的總飛輪慣量：主回路的總電阻： 反饋系數(shù)： 進入MATLAB軟件，運用其中的SIMULINK仿真工具，按照軟件的使用規(guī)則,能夠很容易的畫出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖以及仿真曲線。首先，圖7-1所示的仿真的結(jié)構(gòu)圖是按照系統(tǒng)建立的相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型繪制的：圖7-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)圖該仿真結(jié)果是在人為的控制之下完成的，在進行仿真的時候，忽略了很多次要的因素。在很多的非線性環(huán)節(jié)，為了仿真的順利進行，都將它們視為線性環(huán)節(jié)。而且在各個器件的參數(shù)上，也進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。7.2 結(jié)果分析在SIMULINK中點擊“start sim