直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速的研究與仿真

中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院2013屆畢業(yè)論文第4頁(yè)共47頁(yè)1.引言1.1課題背景電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，軍工等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。20世紀(jì)90年代前的大約50年的時(shí)間里，直流電動(dòng)機(jī)幾乎是唯一的一種能實(shí)現(xiàn)高性能拖動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互獨(dú)立并且正交，為控制提供了便捷的方式，使得電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)，制動(dòng)和調(diào)速性能。盡管近年來(lái)直流電動(dòng)機(jī)不斷受到交流電動(dòng)機(jī)及其它電動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，但至今直流電動(dòng)機(jī)仍然是大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制首選。因?yàn)樗哂辛己玫木€性特性，優(yōu)異的控制性能，高效率等優(yōu)點(diǎn)。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。直流調(diào)速是現(xiàn)代電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中發(fā)展較早的技術(shù)。在20世紀(jì)60年代，隨著晶閘管的出現(xiàn)，現(xiàn)代電力電子和控制理論、計(jì)算機(jī)的結(jié)合促進(jìn)了電力傳動(dòng)控制技術(shù)研究和應(yīng)用的繁榮。晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為現(xiàn)代工業(yè)提供了高效、高性能的動(dòng)力。盡管目前交流調(diào)速的迅速發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)越趨成熟，以及交流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性，使交流調(diào)速?gòu)V泛受到用戶的歡迎。但是直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以其優(yōu)良的調(diào)速性能仍有廣闊的市場(chǎng)，并且建立在反饋控制理論基礎(chǔ)上的直流調(diào)速原理也是交流調(diào)速控制的基礎(chǔ)。現(xiàn)在的直流和交流調(diào)速裝置都是數(shù)字化的，使用的芯片和軟件各有特點(diǎn)，但基本控制原理有其共性。對(duì)于那些在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中存在很大風(fēng)險(xiǎn)或?qū)嶒?yàn)費(fèi)用昂貴的系統(tǒng)，一般不允許對(duì)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。然而沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究是不能將設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)直接放到生產(chǎn)實(shí)際中去的。因此就必須對(duì)其進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。當(dāng)然有些情況下可以構(gòu)造一套物理裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但這種方法十分費(fèi)時(shí)而且費(fèi)用又高，而且在有的情況下物理模擬幾乎是不可能的。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真的方法已被人們采納。但是長(zhǎng)期以來(lái)，仿真領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是仿真模型的建立這一環(huán)節(jié)上，即在系統(tǒng)模型建立以后要設(shè)計(jì)一種算法。以使系統(tǒng)模型等為計(jì)算機(jī)所接受，然后再編制成計(jì)算機(jī)程序，并在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。因此產(chǎn)生了各種仿真算法和仿真軟件。由于對(duì)模型建立和仿真實(shí)驗(yàn)研究較少，因此建模通常需要很長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)仿真結(jié)果的分析也必須依賴有關(guān)專家，而對(duì)決策者缺乏直接的指導(dǎo)，這樣就大大阻礙了仿真技術(shù)的推廣應(yīng)用。Matlab提供動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具Simulink，則是眾多仿真軟件中最強(qiáng)大、最優(yōu)秀、最容易使用的一種。它有效的解決了以上仿真技術(shù)中的問(wèn)題。在Simulink中，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模將變的非常簡(jiǎn)單，而且仿真過(guò)程是交互的，因此可以很隨意的改變仿真參數(shù)，并且立即可以得到修改后的結(jié)果。另外，使用Matlab中的各種分析工具，還可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和可視化。1.2課題研究的目的和意義直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起制動(dòng)性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以首先應(yīng)該掌握好直流系統(tǒng)。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)，位置隨動(dòng)系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，多電動(dòng)機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動(dòng)控制系統(tǒng)。直流調(diào)速的電樞和勵(lì)磁不是耦合的，是分開(kāi)的，對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流能夠做到精確控制；而交流調(diào)速，電樞電流和勵(lì)磁電流是耦合的，是無(wú)法做到精確控制的。因此在軋機(jī)、造紙等對(duì)力矩要求很高行業(yè)，直流調(diào)速還是具有廣泛性直流調(diào)速器具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)。我們知道采用轉(zhuǎn)速負(fù)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過(guò)程，按照反饋控制規(guī)律，電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過(guò)程。問(wèn)題是希望在啟動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熱，從控制技術(shù)的角度來(lái)看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因此，直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用研究有實(shí)際意義。在工程實(shí)踐中，有許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)并且要求有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。由于直流電動(dòng)機(jī)具有極好的運(yùn)行性能和控制性能，盡管它不如交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，并使電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)換向器起到將外電路的直流，改變?yōu)榫€圈內(nèi)的交流的“逆變”作用。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。2.2直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要有兩條:一條是工作特性，另一條是機(jī)械特性，即轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性。分析表明，運(yùn)行性能因勵(lì)磁方式不同而有很大差異，下面主要對(duì)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性加以研究。工作特性是指電動(dòng)機(jī)的端電壓U=UN，勵(lì)磁電流If=IfN時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Te和效率η與輸出功率的關(guān)系，即n，Te，η=fP2。由于實(shí)際運(yùn)行中Ia較易測(cè)得，且Ia隨P2的增大而增大，故也可把工作特性表示為n，T先看轉(zhuǎn)速特性η=fP2。從電動(dòng)勢(shì)公式n=EaCe?=上式通常稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式。此式表示，在端電壓U、電流If均為常值的條件下，影響并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的因素有兩個(gè)：一是電樞電阻壓降；二是電樞反應(yīng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增加時(shí)，電樞電流增大，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，勵(lì)磁繞組絕對(duì)不能斷開(kāi)。若勵(lì)磁繞組斷開(kāi)，If機(jī)械特性是指U=UN，勵(lì)磁回路電阻，Rf

2.3直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與調(diào)速2.3.1直流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)接到電源以后，轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵_(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為起動(dòng)過(guò)程。對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求是：①起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大；②起動(dòng)電流要??；③起動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n≈0，電樞的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea=Cen?≈0，電樞電阻R直流電動(dòng)機(jī)常用的起動(dòng)方法有三種：①直接起動(dòng)；②接入變阻器起動(dòng)；③降壓起動(dòng)。2.3.2直流電動(dòng)機(jī)速度的調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)是用以驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，常常希望電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定甚至是寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)的方法要簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。直流電動(dòng)機(jī)在這些方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為n=U-IRK式中n—轉(zhuǎn)速（r/min）；U—電樞電壓（V）；I—電樞電流（A）；R—電樞回路總電阻（Ω）；Φ—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；Ke在上式中,Ke是常數(shù)，電流I是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：①調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；②減弱勵(lì)磁磁通Φ；③改變電樞回路電阻R對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞電壓的方式為最好。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。

3開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.1晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖3.1所示的晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)就是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。例如龍門(mén)刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時(shí)負(fù)載大小常有波動(dòng)，但是，為了保證工件的加工精度和加工后的表面光潔度，加工過(guò)程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說(shuō)，靜差率不能太大，一般要求，調(diào)速范圍D=20～40，靜差率s≤5%。又如熱連軋機(jī)，各機(jī)架軋輥分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，鋼材在幾個(gè)機(jī)架內(nèi)連續(xù)軋制，要求各機(jī)架出口線速度保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，使被軋金屬的每秒流量相等，才不致造成鋼材拱起或拉斷，根據(jù)工藝要求，須使調(diào)速范圍D=3～10時(shí)，保證靜差率s≤0.2%～0.5%。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能圖3.1晶閘管－電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖3.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性3.2.1電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程為：n=1CeU式中Ce為電機(jī)在額定磁通下的調(diào)動(dòng)時(shí)系數(shù)，

由式（3.1）可知，V-M系統(tǒng)的接卸特性曲線是一組向下傾斜的平行直線，其斜率為RCe，理想空載轉(zhuǎn)速no=Um3.2.2電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性當(dāng)負(fù)載電流較小或回路電感量不夠大，致使電動(dòng)機(jī)電流斷續(xù)時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性變的很復(fù)雜。斷續(xù)段特性很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。3.3開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題（1）開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在暗組靜差率要求下能達(dá)到的調(diào)速范圍是很小的，其根本原因就是額定負(fù)載時(shí)靜態(tài)速降太大，這事開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的一個(gè)主要問(wèn)題。（2）當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化（擾動(dòng)）時(shí)，比如負(fù)載電流增加，如果沒(méi)有人工進(jìn)行干預(yù)，由于主回路電阻壓降IaR上面分析可見(jiàn)，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能適用于調(diào)速精度和調(diào)速范圍要求低的場(chǎng)合，如果對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標(biāo)要求較高，必須設(shè)法減小靜態(tài)速降，采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是較小或消除靜態(tài)速降的一個(gè)有效途徑。

4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)4.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只能在超過(guò)臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，起動(dòng)電流突破Idcr以后，受電流負(fù)反饋的作用，電流只能再升高一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)某一最大值對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，例如龍門(mén)刨床、可逆軋鋼機(jī)等，盡量縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電機(jī)的過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳。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為最大值Idm4.1.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)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，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接，如圖4.1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)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，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖4.1所示。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*決定了電流給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U圖4.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)4.1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先會(huì)出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖4.2所示。它可以很方便地根據(jù)原理圖畫(huà)出來(lái)，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值，不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用使輸入偏差電壓ΔU在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。

圖4.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。nnoOINIdmId圖4.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此UU由第一個(gè)關(guān)系式可得n=Un*αn0此時(shí)，由于ASR不飽和，Ui*＜Uim*，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知I②轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，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)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響Id=Uim*βI其中，最大電流Idm雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出Uim*，這時(shí)，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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)4.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能4.2.1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)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖4.4所示。圖中WASR(s)和WACR(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)圖4.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

4.2.2動(dòng)態(tài)抗擾性能分析一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性是抗擾性能，主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。①抗負(fù)載擾動(dòng)由圖4.4可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)而在電流環(huán)之外，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。因此在突加（減）負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)速降（升），在設(shè)計(jì)ASR時(shí)應(yīng)考慮到減小動(dòng)態(tài)速降（升）的問(wèn)題，對(duì)于ACR的設(shè)計(jì)，在抗負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，要求電流環(huán)具有良好的跟隨性就可以了。②抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓變化對(duì)調(diào)速系統(tǒng)也產(chǎn)生擾動(dòng)作用。ΔUd和IdL在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。4.2.3轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納如下。①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：a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b對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。c其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。②電流調(diào)節(jié)器的作用：a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Uib對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。c在轉(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。這對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。

5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法5.1工程設(shè)計(jì)方法的基本思路作為工程設(shè)計(jì)方法，首先要使問(wèn)題簡(jiǎn)化，突出主要矛盾。簡(jiǎn)化的基本思路是，把調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程分作兩步：第一步，先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；第二步，再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時(shí)，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時(shí)只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算一下就可以了。這樣就使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。5.2典型系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，許多控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)都可用下式表示W(wǎng)s=Kj=1m其中分子和分母上還有可能含有復(fù)數(shù)零點(diǎn)和復(fù)數(shù)極點(diǎn)。分母中的Sγ項(xiàng)表示該系統(tǒng)在原點(diǎn)處有r重極點(diǎn)，或者說(shuō)，系統(tǒng)含有r個(gè)積分環(huán)節(jié)。根據(jù)r=0,1,2,…的不同數(shù)值，分別稱作0型、I型、II型、…系統(tǒng)。自動(dòng)控制理論已經(jīng)證明，0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低，而III型和III型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度，多用I型和II5.2.1典型I型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)選擇為Ws=Ks(Ts+1)（式中T—系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)；K—系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。它的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5.1a所示，而圖5.1b表示它的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。選擇它作為典型I型系統(tǒng)是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且對(duì)數(shù)幅頻特性的中頻段以－20dB/dec的斜率穿越0dB線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。顯然，要做到這一點(diǎn)，應(yīng)在選擇參數(shù)時(shí)保證ω或ω于是，相角穩(wěn)定裕度γ=180°-90°-arctgω圖5.1典型I型系統(tǒng)1>典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系a穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)是無(wú)誤差的；但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差，且與K值成反比，在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為∞。因此I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動(dòng)系統(tǒng)。b動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為Wcls=C(s)R(s)=ωn式中ωnε—阻尼比，或稱衰減系數(shù)。參數(shù)K、T與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)ωn、εωn=KT（ε=121KT（則εωn=12T表5.1典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系參數(shù)關(guān)系KT0.250.390.500.691.0阻尼比ε1.00.80.7070.60.5超調(diào)量σ0%1.5%4.3%9.5%16.3%上升時(shí)間tr∞6.6T4.7T3.3T2.4T峰值時(shí)間tp∞8.3T6.2T4.7T3.6T相角穩(wěn)定域度γ76.3°69.9°65.5°59.2°51.8°截止頻率ω0.243/T0.367/T0.455/T0.596/T0.786/T由二階系統(tǒng)的性質(zhì)可知，當(dāng)ε<1時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性；當(dāng)ε>1時(shí)，是過(guò)阻尼的單調(diào)特性；當(dāng)ε<1時(shí)，是臨界阻尼。由于過(guò)阻尼特性動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼狀態(tài)，即0<ε<1。由于在典型Ⅰ型系統(tǒng)中，KT<1，代入式（2.11）得ε>0.5典型I型系統(tǒng)各項(xiàng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)KT的關(guān)系列于表5.1。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)T為已知時(shí)，隨著K的增大，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)，而穩(wěn)定性變差。具體選擇參數(shù)時(shí)，如果工藝上主要要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可取ε=0.5~.06，把K選大一些；如果主要要求超調(diào)小，可取ε=0.8~.1.0，把K選小一些；如果要求無(wú)超調(diào)，則取ε=1.0，K=0.25T；無(wú)特ωC殊要求時(shí)，可取折中值，即ε=0.707，K=m=1111?55.5%32.2%18.5%12.9%t2.83.43.84.0t14.721.728.730.4典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系列于表5.2（K=0.5表5.2典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系由表5.2中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)相距較大時(shí)，動(dòng)態(tài)降落減小，但恢復(fù)時(shí)間拖得較長(zhǎng)。5.2.2典型II型系統(tǒng)典型II型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Ws=K(τs+1)s2(Ts+1)它的閉環(huán)結(jié)構(gòu)框圖和開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖5.2所示，-20dB/dec其中頻段也是以的斜率穿越0dB線。由于分母中s2項(xiàng)對(duì)應(yīng)的相頻特性是-180°，后面還有一個(gè)慣性環(huán)節(jié)（這往往是實(shí)際系統(tǒng)中必定有的），如果不在分子添上一個(gè)比例微分環(huán)節(jié)τs+1，就無(wú)法把相頻特性抬到-180°線以上，也就無(wú)法保證系統(tǒng)穩(wěn)定。要實(shí)現(xiàn)圖5.21τ<或τ而相角穩(wěn)定裕度為γ=180°-180°+arctgτ比T大得越多，則系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。圖5.2典型II型系統(tǒng)典型II型系統(tǒng)與典型I型系統(tǒng)相仿，時(shí)間常數(shù)T也是控制對(duì)象固有的。所不同的是，待定的參數(shù)有K和τ兩個(gè)。為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量h，令h=τT=ω1ω2h是斜率為-20dB/dec的中頻段的寬度，稱作“中頻寬”。參數(shù)之間的關(guān)系如下：ω2ωc=2hh+1ωcω1=h+12K=ω1ω2=ω典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系a穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)在階躍輸入和斜坡輸入下，II型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)都是無(wú)誤差的，在加速度輸入下，穩(wěn)態(tài)誤差的大小與開(kāi)環(huán)增益K成反比。b動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系列于表5.3中。表5.3典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)（按Mrminh345678910σ52.6%43.6%37.6%33.2%29.8%27.2%25.0%23.3%t2.402.652.853.03.13.23.33.35t12.1511.659.5510.4511.3012.2513.2514.20k32211111由于過(guò)渡過(guò)程式衰減振蕩性質(zhì)，調(diào)節(jié)時(shí)間隨h的變化不是單調(diào)的，h=5時(shí)的調(diào)節(jié)時(shí)間最短。此外，h減小時(shí)，上升時(shí)間快，h增大時(shí)，超調(diào)量小。把各項(xiàng)指標(biāo)綜合起來(lái)看，h=5時(shí)動(dòng)態(tài)跟隨性能比較適中。典型II型系統(tǒng)的超調(diào)量一般都比典型I型系統(tǒng)大，而快速性要好。

典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系列于表5.4。表5.4典型II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系h345678910?72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%t2.452.702.853.003.153.253.303.40t13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85由表5.4中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，一般來(lái)說(shuō)，h值越小，?Cmax/Cb也越小，tm和tv典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)除了在穩(wěn)態(tài)誤差上的區(qū)別以外，一般來(lái)說(shuō)，在動(dòng)態(tài)性能中典型I型系統(tǒng)可以在跟隨性能上做到超調(diào)量小，但抗擾性能稍差；而典型II型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)較大，抗擾性能卻比較好。這是設(shè)計(jì)選擇典型系統(tǒng)的重要依據(jù)。

6雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖6.1所示，其中的濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)表示，其濾波時(shí)間常數(shù)ton圖6.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖由測(cè)速電電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時(shí)間常數(shù)為t

6.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)6.1.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)及其化簡(jiǎn)在圖6.1點(diǎn)畫(huà)線框內(nèi)的電流環(huán)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)與轉(zhuǎn)速正比，它代表轉(zhuǎn)速對(duì)電流環(huán)的影響。在一般情況下，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)Tmωci≥31TmT1式中ωci如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成Ui*最后，由于Ts和Toi一般都比TΣi=Ts+Toi則電流環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的近似條件為ωci≤31TsToi6.1.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先考慮應(yīng)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(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用I型系統(tǒng)就夠了。再?gòu)膭?dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成WACRs=Kiτi式中Kiτi為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇τi=Tl（則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖6.1所示的典型形式，其中KI=KiKsβ上述結(jié)果是在一系列假定條件下得以的，現(xiàn)將用過(guò)的假定條件歸納如下，以便具體設(shè)計(jì)時(shí)校驗(yàn)。①電力電子變換器純滯后的近似處理ωci≤13Ts②忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)影響ωci≥31TmT1③電流環(huán)小慣性群的近似處理ωci≤131T(a)L/dB-20dB/dec 1ω/s-1ωci-40dB/dec（b）圖6.1校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)

6.1.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算由（6.4）可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是Ki和τi，其中τi=T1已選定，待定的只有比例系數(shù)Ki，可根據(jù)所需要的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。在一般情況下，希望電流超調(diào)量σi=5%KI=ωi=12TΣi再得用式（6.4）和式（6.5）得到Ki=T1R2KsβT6.1.4電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖6—2所示。圖中Ui*為電流給定電壓，-βId圖6—2含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，可以容易地導(dǎo)出Ki=RiRoτi=RiCiToi=14RoC以上各式用于計(jì)算電流天界器的具體電路參數(shù)6.1.5設(shè)計(jì)實(shí)例某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)為220V，55A，1000r/min，Ce=0.1925V?min/r，允許過(guò)載倍數(shù)λ=1.5；應(yīng)有（1~2）Ton=3.33ms,因此去Toi=2ms=0.002s<1>首先確定時(shí)間常數(shù).1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。查表知，三相橋式電路平均失控時(shí)間為T(mén)2）電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms，因此去3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和TΣi。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+<2>選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi≤5%，無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象對(duì)雙慣性型的，因此可用檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：TITΣi=0.0170.0037<3>計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)τi電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求σi≤5%時(shí)，按表5.1，應(yīng)取KACR選用PI調(diào)節(jié)器，其比例系數(shù)為K<4>校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率ωci1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為1滿足近似條件。2）忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件為3滿足近似條件。3）小時(shí)間常數(shù)環(huán)節(jié)的近似處理?xiàng)l件3滿足近似條件。<5>計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器如圖6.2所示，取RoRi=KiCi=τiCoi按上述常數(shù)，電流環(huán)的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為σi=4.3%6.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)6.2.1電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，由圖6.2可求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)WcliWclis=Id(s)Ui忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為Id(s)Ui*(s)/β≈11K近似條件式為ωcn≤13KITΣi式中，ωcn—轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止角接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為Id(s)Ui*(s)≈1β1這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)1KI的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電流的閉環(huán)控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)(內(nèi)環(huán)6.2.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波的反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成Ui*(s)/α，再把時(shí)間常數(shù)為1KITΣn=1KI+Ton為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中。現(xiàn)在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，那是線性系統(tǒng)的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。由此可見(jiàn)，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為WASRs=Kn(τ式中Knτn這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為Wns=Kn(τ令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益KNKN=KnαRτnβCeT則Wn上述結(jié)果所需服從的近似條件歸納如下：ωcn≤13KITΣiωcn≤13KITon6.2.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn和τn。按照典型II型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式（5.τn=hTΣn（再由式（5.11），有KN=h+12h2TΣn2因此Kn=(h+1)βCeTm2hαRTΣn至于中頻寬h應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定，無(wú)特殊要求時(shí)，一般以選擇h=5為好。

6.2.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖6.3所示，圖中Un*為轉(zhuǎn)速給定電壓，-αn為轉(zhuǎn)速負(fù)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6.3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Kn=RnRoτn=RnCnTon=14RoCon6.2.5設(shè)計(jì)實(shí)例在6.1.5設(shè)計(jì)實(shí)例中，除已給數(shù)據(jù)外，已知轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α=0.01?min/r(≈10VnN)<1>確定時(shí)間常數(shù)1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)112)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取T3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TΣiT

<2>選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為W<3>計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為τ轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為KASR的比例系數(shù)為K<4>檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止角頻率為ω1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為12)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件為1二項(xiàng)近似處理均滿足條件。<5>計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取RoRn=Cn=τnCon=

<6>校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，查表得?Cmaxσ滿足超調(diào)量要求。6.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，突加給定電壓后，由于轉(zhuǎn)速的反饋電壓Un還為零，且上升較慢，則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在較大偏差電壓?Un作用下，其輸出電壓Ui*迅速上升并達(dá)到限幅（飽和）值Uim*，且在轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值以前維持此值不變。電動(dòng)機(jī)在恒流條件下啟動(dòng)，啟動(dòng)電流Id=Idm=Uim*/β達(dá)到最大允許值，轉(zhuǎn)速n按線性規(guī)律增長(zhǎng)，如圖6.4所示，由于ASR輸出設(shè)置了限幅環(huán)節(jié)，使啟動(dòng)電流受到限制（這是沒(méi)有必要的），同時(shí)，也使啟動(dòng)過(guò)程要比調(diào)節(jié)器沒(méi)有限幅時(shí)慢得多，但轉(zhuǎn)速超調(diào)量也小得多了。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一旦飽和，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定電壓UnnId?n?nmaxn*≈IdmIdLOt0t圖6.4轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)啟動(dòng)特性計(jì)算退飽和超調(diào)量，可以把啟動(dòng)過(guò)程的最后一個(gè)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段分出來(lái)考慮，當(dāng)ASR退出飽和后，調(diào)速系統(tǒng)恢復(fù)到線性工作范圍，描述系統(tǒng)的微分方程也和全面分析線性系統(tǒng)跟隨性能時(shí)間相同，只是初始條件不同了，分析線性系統(tǒng)跟隨性能時(shí)，初始條件為n討論退飽和超調(diào)時(shí)，飽和階段的結(jié)束即退飽和階段的開(kāi)始，只要把縱坐標(biāo)從t=0移到t=tn由于初始條件發(fā)生了變化，退飽和階段的過(guò)渡過(guò)程也就與把整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程當(dāng)做線性過(guò)程時(shí)不一樣了了，因此，退飽和超調(diào)量與前述典型II型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)中的超調(diào)量不同。為計(jì)算簡(jiǎn)單起見(jiàn)，不用求解過(guò)渡過(guò)程的方法，而計(jì)算負(fù)載擾動(dòng)作用下的轉(zhuǎn)速變化來(lái)對(duì)此計(jì)算退飽和超調(diào)量，因?yàn)橥孙柡瓦^(guò)程和過(guò)程與負(fù)載擾動(dòng)過(guò)程有相同的規(guī)律。轉(zhuǎn)速退飽和以后，我感興趣的是在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*以上的超調(diào)部分，即只考慮實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速的差值?n=n*-n，所以，可以吧圖6.4的坐標(biāo)原點(diǎn)由O移動(dòng)到O’，設(shè)調(diào)速系統(tǒng)在Id=Idm的負(fù)載下以n=nn0=0,Id0=因此，突卸負(fù)載的速升過(guò)程?n=ft也就是退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)過(guò)程?？梢灾苯永玫湫驮诘湫虸I型系統(tǒng)中，抗擾性能指標(biāo)?C的基準(zhǔn)值CbCb=2FK2T?n的基準(zhǔn)值為?nb=2RTΣn設(shè)λ表示電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載倍數(shù)，即Idm=λIdN，z表示負(fù)載系數(shù)，IdL=zIdN，?nb=2(λ-z)?nNT

作為轉(zhuǎn)速的超調(diào)量σn，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n*，因此退飽和超調(diào)量可以由表5.4列出σn=?CmaxCb6.3.1實(shí)例分析設(shè)λ=1.5z=0，（IdL=0，理想空載啟動(dòng)），??計(jì)算ASR參數(shù)時(shí)選h=5,查得?CmaxCσ可見(jiàn)退飽和超調(diào)量要比按線性計(jì)算的超調(diào)量小的多。這里必須注意，按線性系統(tǒng)計(jì)算超調(diào)量時(shí)，當(dāng)h選定后，不論穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*多大，超調(diào)量σn都是一樣的，按照退飽和過(guò)程計(jì)算超調(diào)量，其具體數(shù)值與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n*有關(guān)，上述例子中如果啟動(dòng)到nσ比啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)大得多。經(jīng)過(guò)上面分析計(jì)算還可以得到重要結(jié)論：退飽和超調(diào)量的大小與動(dòng)態(tài)速降的大小是一致，也就是說(shuō)，考慮ASR的飽和非線性特點(diǎn)后，調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能與抗擾性能并不矛盾。

7.matlab/Simulink建模仿真與分析7.1MATLAB簡(jiǎn)介7.1.1MATLAB語(yǔ)言MATLAB軟件是由美國(guó)NewMexico大學(xué)的C1eveMoler博士于1980年開(kāi)始開(kāi)發(fā)的，1984年由C1eveMOIer等人創(chuàng)立的Mathwork公司正式推出了第一個(gè)商業(yè)版本。MATLAB是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。這使它成為國(guó)際控制領(lǐng)域應(yīng)用最廣的首選軟件工具?，F(xiàn)在MATLAB軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。在控制界，很多著名專家和學(xué)者為其擅長(zhǎng)的領(lǐng)域開(kāi)發(fā)了工具箱，而其中很多工具箱己經(jīng)成為該領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。MATLAB語(yǔ)言有以下特點(diǎn)：①起點(diǎn)高。每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。②人機(jī)界面適合科技人員。MATLAB的程序與科技人員的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相近，因此，它易讀易寫(xiě)，易于科技人員交流。MATLAB是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都減輕了編程和調(diào)試的工作量。③強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能。能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。能繪制三維曲線和曲面，如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需要一條命令即可繪出圖形。④智能化程度高。繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法；數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)，自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。⑤功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)。MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)部分?；静糠职?矩陣的各種運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)值積分等。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專業(yè)的知識(shí)編寫(xiě)出許多有用的工具箱為自己的專業(yè)服務(wù)。這些工具箱就是專業(yè)部分。現(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)擴(kuò)展。MATLAB語(yǔ)言集計(jì)算、數(shù)據(jù)可視和程序設(shè)計(jì)于一體，并能用人們熟悉的符號(hào)表示出來(lái)，在工程計(jì)算方面具有不可比擬的優(yōu)越性，它還為圖形處理提供了豐富的函數(shù)。數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)。因此，MATLAB已成為世界上應(yīng)用最廣泛的工程計(jì)算應(yīng)用軟件之一。7.1.2SIMULINK仿真工具SIMULINK是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。SIMULINK界面為用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，用戶建模通過(guò)簡(jiǎn)單的單擊和拖動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)，使得建模就像用紙和筆來(lái)畫(huà)畫(huà)一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。SIMULINK允許用戶定制和創(chuàng)建自己的模塊。用SIMULINK創(chuàng)建的模型是分層的，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)來(lái)查看下一級(jí)中更加詳細(xì)的內(nèi)容。這種方法使得用戶可以深入地理解模型的組織結(jié)構(gòu)和各部分是如何相互作用的。由于MATLAB和SIMULINK是集成在一起的，因此用戶可以分別對(duì)系統(tǒng)中各組成部分和整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析和修改。SIMULINK模塊庫(kù)內(nèi)資源相當(dāng)豐富，基本模塊庫(kù)包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)非線性系統(tǒng)、信號(hào)與函數(shù)、輸入模塊、接收模塊等等，使用方便。由基本模塊又形成了其它的一些專用庫(kù)，MATLAB中提到的工具箱，很多在SIMULINK中都形成了專用模塊庫(kù)，仿真起來(lái)簡(jiǎn)單快捷，尤其是其中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)(PowerSystemBlockset)，可以使直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真變得容易。電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)以SIMULINK為運(yùn)算環(huán)境，涵蓋了電路、電力電子、電氣傳動(dòng)和電力系統(tǒng)等電工學(xué)科中常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。運(yùn)行SIMULINK以后，打開(kāi)Blockset&Toolboxes，就能調(diào)出電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)Powerlib。也可以在MATLAB的命令窗口直接鍵入Powerlib。它由以下6個(gè)子模塊庫(kù)組成：①電源模塊庫(kù)：包括直流電壓源、交流電壓源、交流電流源、可控電壓源和可控電流源等。②基本元件模塊庫(kù)：包括串聯(lián)RCL負(fù)載/支路、并聯(lián)RCL負(fù)載/支路、線性變壓器、飽和變壓器、互感、斷路器、N相分布參數(shù)線路和浪涌放電等。③電力電子模塊庫(kù)：包括二極管、晶閘管、GTO，MOSFET，IGBT和理想開(kāi)關(guān)等。為滿足不同仿真目的的要求并捉高仿真速度，還有晶閘管簡(jiǎn)化模型。④電機(jī)模塊庫(kù)：包括勵(lì)磁裝置、水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)器、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)及其簡(jiǎn)化模型和永磁同步電動(dòng)機(jī)等。⑤連接模塊庫(kù)：包括地、中性點(diǎn)和母線(公共點(diǎn))。⑥測(cè)量模塊庫(kù)：包括電流和電壓測(cè)量。在6個(gè)基本模塊庫(kù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要，可以組合封裝出常用的更為復(fù)雜的模塊，添加到所需模塊庫(kù)中去。實(shí)際上，附加模塊庫(kù)(PowerlibExtras)中的“三相電氣系統(tǒng)”就是用6個(gè)基本子庫(kù)中的相關(guān)模塊構(gòu)造并封裝起來(lái)的?？梢杂谩癓ookUnderMask”命令打開(kāi)其中的各模塊，查看其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以了解構(gòu)造方法和規(guī)律。附加模塊庫(kù)中還包括：均方根測(cè)算、有功與無(wú)功功率測(cè)算、傅立葉分析、可編程定時(shí)器和同步觸發(fā)脈沖脈沖發(fā)生器等。在建成模型結(jié)構(gòu)后，就可以啟動(dòng)系統(tǒng)仿真功能來(lái)分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。啟動(dòng)仿真后，SIMULINK通過(guò)鼠標(biāo)操作就可以實(shí)現(xiàn)在線修改參數(shù)、改變仿真算法、暫停/繼續(xù)或停止仿真，不需其它復(fù)雜的操作。對(duì)仿真結(jié)果的實(shí)時(shí)觀測(cè)和保存，可通過(guò)下面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：①實(shí)時(shí)觀測(cè)可以用SIMULINK中的顯示模塊對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。Scope模塊相當(dāng)于示波器，用來(lái)觀測(cè)被測(cè)量的波形。XYGraph模塊相當(dāng)于示波器輸入X,Y變量時(shí)的顯示，它在仿真啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)生成。Display用來(lái)觀測(cè)變量的數(shù)值，對(duì)記錄數(shù)據(jù)有一定的作用。②保存SIMULINK中用來(lái)保存數(shù)據(jù)的模塊有兩個(gè)，一是ToFile，一是ToWorkspace。前者將數(shù)據(jù)以一定的形式存儲(chǔ)到文件中，仿真結(jié)束后可以用MATLAB中的命令對(duì)其進(jìn)行計(jì)算或繪圖；后者將仿真結(jié)果送到工作空間，仿真結(jié)束后，在沒(méi)有關(guān)機(jī)之前，可以用命令對(duì)其進(jìn)行觀察或操作。SIMULINK不僅可以通過(guò)菜單進(jìn)行直接仿真，也可以在MATLAB命令窗口中以命令的方式對(duì)用SIMULINK組成的文件進(jìn)行仿真，同時(shí)可以在命令中選擇參數(shù)和算法，這對(duì)用MATLAB語(yǔ)言編寫(xiě)程序是很方便的。上面簡(jiǎn)單介紹了MATLAB中SIMULINK仿真軟件的基本模塊。可以看出，對(duì)于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用SIMULINK實(shí)現(xiàn)仿真非常簡(jiǎn)單。它的內(nèi)部給用戶建好了同步電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、永磁同步機(jī)的模型。在仿真過(guò)程中用戶只需直接把模型調(diào)到自己的仿真程序中即可。其它的比如電力電子器件等模型也是系統(tǒng)內(nèi)建的模型，用起來(lái)都是很方便的。7.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真在章節(jié)6.1.5與6.2.5的設(shè)計(jì)實(shí)例基礎(chǔ)上。7.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真從PowerSystem和Simulink模塊庫(kù)LibraryBrowser中找出對(duì)應(yīng)的模塊，按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接得到開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真圖，如圖7.1所示。圖7.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型(1)主電路有直流電動(dòng)機(jī)本體模塊、三相對(duì)稱電源、同步6脈沖觸發(fā)器、負(fù)載等模塊組成。eq\o\ac(○,1)三相對(duì)稱交流電壓源的參數(shù)設(shè)置A相交流電源參數(shù)設(shè)置：幅值取220V、初相位為0°、頻率為50Hz、其它為默認(rèn)值。B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法與A相相同，除了將初相位設(shè)置成互差120°外，其他參數(shù)與A相相同。B相初相位為240°；C相初相位為120°。eq\o\ac(○,2)晶閘管整流橋的參數(shù)設(shè)置雙擊模塊圖標(biāo)打開(kāi)SCR整流橋參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，橋臂數(shù)取3，電力電子元件選擇晶閘管。eq\o\ac(○,3)平波電抗器的參數(shù)設(shè)置打開(kāi)平波電抗器的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置為電感值1e-3H，電阻值為0，電容值為inf，其它參數(shù)為默認(rèn)值。eq\o\ac(○,4)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)設(shè)置雙擊直流電機(jī)圖標(biāo)，打開(kāi)直流電機(jī)的參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，按計(jì)算結(jié)果設(shè)定電樞電流、勵(lì)磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩等相關(guān)參數(shù)。電動(dòng)機(jī)負(fù)載取空載（0N.m）、任意負(fù)載（25N.m）、額定負(fù)載（50N.m）。由于電動(dòng)機(jī)輸出信號(hào)時(shí)角速度ω，將其轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)速n，單位為r/min，在電動(dòng)機(jī)角速度輸出接Gain模塊，參數(shù)設(shè)置為30/3.14。根據(jù)公式Tm=根據(jù)公式T1=電動(dòng)機(jī)本體模塊中的飛輪慣量單位是J，將GD2轉(zhuǎn)換為J=互感數(shù)值的確定：勵(lì)磁電壓為220V，勵(lì)磁電阻去24ΩI由式L可得L

eq\o\ac(○,5)同步6脈沖觸發(fā)器的參數(shù)設(shè)置雙擊模塊打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，將頻率設(shè)為50，同步6脈沖觸發(fā)器需要三相線電壓。添加三相線電壓后封裝。圖7.2同步6脈沖觸發(fā)器封裝

（2）控制電路參數(shù)設(shè)置控制電路由PI調(diào)節(jié)器、濾波模塊、轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋等環(huán)節(jié)組成。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR的參數(shù)是根據(jù)工程設(shè)計(jì)方法算的的參數(shù)即eq\o\ac(○,1)ASR的：KKeq\o\ac(○,2)ACR的：KKASR與ACR上下幅值均取[10-10]。eq\o\ac(○,3)帶濾波環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)模塊參數(shù)設(shè)置：NumeratorDenominatoreq\o\ac(○,4)帶濾波環(huán)節(jié)的電流反饋系數(shù)模塊參數(shù)設(shè)置：NumeratorDenominatoreq\o\ac(○,5)轉(zhuǎn)速延遲模塊參數(shù)設(shè)置：NumeratorDenominatoreq\o\ac(○,6)電流延遲模塊參數(shù)設(shè)置：NumeratorDenominator（3）仿真參數(shù)的設(shè)置仿真算法采用ode23tb，開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為2s。

7.2.2仿真結(jié)果及分析下圖分別表示：電機(jī)角速度ω、電樞電流Id、勵(lì)磁電流If和電磁轉(zhuǎn)矩圖7.3（負(fù)載為0）直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速仿真結(jié)果圖7.4（負(fù)載為25）直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速仿真結(jié)果圖7.5（負(fù)載為50）直流電動(dòng)