1、目錄1.前言11.1 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用11.2 設(shè)計任務(wù)22. V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理32.1 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖32.2 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理32.3調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾43. 主電路設(shè)計63.1 主電路設(shè)計結(jié)果63.2 主要參數(shù)計算73.3 電路器件選擇94. 保護(hù)電路設(shè)計94.1 過電壓保護(hù)94.2過電流保護(hù)105. 基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真11設(shè)計心得14參考文獻(xiàn)15附錄16V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)摘要直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。廣泛地應(yīng)用于

2、軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切削機(jī)床等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)中。V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)），系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)器觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動出發(fā)脈沖的相位，即控制晶閘管可控整流器的輸出改變平均整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。本次課設(shè)用實際電動機(jī)和整流裝置數(shù)據(jù)對V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，建模與仿真。1.前言1.1 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)過程中，幾乎無處不使用電力傳動裝置。因此調(diào)速系統(tǒng)成為當(dāng)今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。隨著生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，使得越來越多的生產(chǎn)機(jī)械要求能實現(xiàn)自動調(diào)速。對可調(diào)速

3、的傳動系統(tǒng)，可分為直流調(diào)速和交流調(diào)速。直流電動機(jī)的調(diào)速的方法有：調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 、減弱勵磁磁通 、改變電樞回路電阻 R 。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級調(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（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。直流調(diào)速系統(tǒng)憑借優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、范圍寬、精度高、過載能力大、動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運(yùn)行要求，所以在電氣傳動中獲得了廣泛應(yīng)用。至今在金屬切削機(jī)床、軋鋼、礦山采掘

4、、紡織、造紙機(jī)等需要高調(diào)速性能的各類可控電力拖動生產(chǎn)機(jī)械大多采用直流傳動，直流調(diào)速到目前為止仍是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式本次采用的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，即先設(shè)計好電流環(huán)后將其等效成速度環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，再對速度環(huán)進(jìn)行設(shè)計。在實際系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試時可以根據(jù)得到的變換趨勢，按系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求來調(diào)整和選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而獲得實際系統(tǒng)要求的動態(tài)響應(yīng)。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是將整個系統(tǒng)按理論設(shè)計的結(jié)果建立一個實際系統(tǒng)，然后將系統(tǒng)分成若干個控制單元，并對每個控制單元進(jìn)行調(diào)試，最后將各個單元構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，這種傳統(tǒng)的調(diào)試方法在使用過程中不僅費時、費力且不易產(chǎn)生滿意的結(jié)果。因此我們采用計算

5、機(jī)仿真技術(shù)。計算機(jī)仿真可以不運(yùn)行實際系統(tǒng)，只要在計算機(jī)上建立數(shù)字仿真模型，模仿被仿真對象的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時間變化的過程。1.2 設(shè)計任務(wù)這次課程設(shè)計要求結(jié)合給定的初始條件來完成直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括分析和繪制該調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，對主電路，控制電路和驅(qū)動電路進(jìn)行工程設(shè)計，選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)并且計算其參數(shù)，最后對設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行matlab仿真并對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。要實現(xiàn)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計需先對控制系統(tǒng)的組成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚調(diào)速系統(tǒng)每個組成部分的作用，弄清楚轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的工作原理，合理選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)以便進(jìn)行合理的工程設(shè)計。 技術(shù)數(shù)據(jù)及技術(shù)指標(biāo)如下： 直流電動

6、機(jī)： PN=55KW , UN=220V , IN=287A , nN=1500r/min , Ra=0.1最大允許電流： Idbl=1.5IN ,三相全控整流裝置： Ks=30 ,電樞回路總電阻： R=0.15 ，系統(tǒng)主電路： Tm=0.12s ，Tl=0.012s濾波時間常數(shù)： Toi=0.002s , Ton=0.012s,其他參數(shù)： Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=8V i5% , n10% 2. V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理2.1 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在生活中，直接提供的是三相交流760V電源，而直流電機(jī)的供電需要三相直流電， 因此要進(jìn)行整

7、流，本設(shè)計采用三相橋式整流電路將三相交流電源變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動機(jī)。如圖2-1設(shè)計的總框架。要求把電源提供給直流電動機(jī)。如圖2-1設(shè)計的總框架。直流電機(jī)三相交流電源三相直流電源供電整流 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電路保護(hù)電路圖2-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計總框架三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。 驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)， 它將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端

8、和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。本設(shè)計使用的是晶閘管，即半控型器件。驅(qū)動電路對半控型只需要提供開通控制信號，對于晶閘管的驅(qū)動電路叫作觸發(fā)電路。直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度；電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實現(xiàn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時又能實現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動態(tài)限流性能和抗擾動性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。2.2 V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計任務(wù)書中給出了本系

9、統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計思路。在以下四項中，前兩項屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項屬于動態(tài)性能指標(biāo)調(diào)速范圍D 生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即 （2-1）靜差率s 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即 （2-2）靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。2.2.1 跟隨性能指標(biāo) 在給定信號R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述。具體的跟隨性能指標(biāo)有下列各項：上升時間，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間。2.2.2 抗擾性能指標(biāo) 此項

10、指標(biāo)表明控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力，它由以下兩項組成：動態(tài)降落，恢復(fù)時間。2.3調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾在理解了本設(shè)計需滿足的各項指標(biāo)之后，我們會發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標(biāo)的兩個矛盾，即動態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準(zhǔn)確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求互相矛盾；起動快速性與防止電流的沖擊對電機(jī)電流的要求互相矛盾。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),在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下,實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，解決了第一個矛盾。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速啟制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，則單閉環(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)過程中的電流和轉(zhuǎn)矩。無法解決第二個基本矛盾。在電機(jī)最大電流

11、受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)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Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)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。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2-2a所示。t0nIdnnIdnIdlt0Idl （a) （b)圖2-2 調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形（a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程 （b

12、) 理想快速啟動過程當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下,希望充分地利用電機(jī)的過載能力,最好是在過渡過程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降低下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行.這樣的理想起動過程波形如圖2-2b所示,起動電流呈方形波,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)所能得到的最快的啟動過程。實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突

13、變，圖2-2b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實現(xiàn)。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,希望只有轉(zhuǎn)速反饋,不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用,而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。3. 主電路設(shè)計 3.1 主電路設(shè)計結(jié)果在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng))的原理圖如圖3-1所示。它通過調(diào)節(jié)處罰裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯現(xiàn)出較大的優(yōu)

14、越性。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過調(diào)節(jié)控制角大小來調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動較小時應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋整流電路，因為三相半波整流電路在其變壓器的二次側(cè)含有直流分量，故本設(shè)計采用了三相全控橋整流電路來供電，該電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，輸出電壓波動小，適圖3-1 V-M 系統(tǒng)原理合直流電動機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實現(xiàn)電動機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、電動機(jī)不可逆運(yùn)行等技術(shù)要求。 圖3-1 主電路原理圖三相全控制整流電路

15、由晶閘管VT1、VT3、VT5接成共陰極組，晶閘管VT4、VT6、VT2接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時導(dǎo)通時，才構(gòu)成完整的整流電路。 為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，在三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式。3.2 主要參數(shù)計算一般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致的，所以需要變流變壓器，通過變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變

16、流裝置的互相干擾。這里選項用的變壓器的一次側(cè)繞組采用聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用Y聯(lián)接。為整流變壓器的總?cè)萘?，為變壓器一次?cè)的容量，為一次側(cè)電壓, 為一次側(cè)電流, 為變壓器二次側(cè)的容量，為二次側(cè)電壓，為二次側(cè)的電流，、為相數(shù)。為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓只能在一個較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計算整流變壓器次級電壓。影響值的因素有：(1)值的大小首先要保證滿足負(fù)載所需求的最大電流值的。(2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時有一定的管壓降，用表示。(3)變壓器漏抗的存在會產(chǎn)生換相壓降。(4)平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時

17、就要產(chǎn)生一定的電壓降。(5)電樞電阻的壓降。綜合以上因素得到的精確表達(dá)式為： （3-1） 式中為電動機(jī)額定電壓； ； 及C見表3-1；，為電動及額定電流，為電動機(jī)電樞電路總電阻；表示主電路中電流經(jīng)過幾個串聯(lián)晶閘管的管壓降；為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取，供電質(zhì)量較差，電壓波動較大的情況應(yīng)取較小值；為變壓器的短路電壓百分比，100千伏安以下的變壓器取，1001000千伏安的變壓器??；- 負(fù)載電流最大值；所以,表示允許過載倍數(shù)。也可以用下述簡化公式計算 =（1.0-1.2） （3-2）其中，系數(shù)（1.0-1.2）為考慮各種因素的安全系數(shù)，為整流輸出電壓。對于本設(shè)計：為了保證電動機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)

18、,計算所得應(yīng)有一定的裕量,根據(jù)經(jīng)驗所知,公式中的控制角應(yīng)取300為宜。，,，（其中A、B、C可以查表3-1中三相全控橋），=1.7表3-1 變流變壓器的計算系數(shù)把已知條件代入式（3-1）可得結(jié)果：表3-1 變流變壓器的計算系數(shù)=V 根據(jù)主電路的不同接線方式，有表3-1查的，即可得二次側(cè)電流的有效值，從而求出變壓器二次側(cè)容量。而一次相電流有效值/，所以一次側(cè)容量 。一次相電壓有效值取決于電網(wǎng)電壓，所以變流變壓器的平均容量為 （3-3） 對于本設(shè)計 , = ， =A 設(shè)計時留取一定的裕量，可以取容量為的整流變壓器。3.3 電路器件選擇選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓 和額定電流對于本設(shè)計采用的

19、是三相橋式整流電路，晶閘管按1至6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓， 而考慮到電網(wǎng)電壓的波動和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，則晶閘管額定電壓計算結(jié)果： 取 。晶閘管額定電流的有效值大于流過元件實際電流的最大有效值。一般取按此原則所得計算結(jié)果的1.52倍。 已知 可得晶閘管的額定電流計算結(jié)果 ： 取300A 本設(shè)計選用晶閘管的型號為KP（3CT）-300A （ 螺栓型）額定電壓： VDRM 2000V 額定電流： IT(AV) 300A門極觸發(fā)電壓：VGT 30 V 門極觸發(fā)電流：IGT 400 A 4. 保護(hù)電路設(shè)計4.1 過電壓保護(hù)通常分為交流側(cè)和直流側(cè)電壓保護(hù)。前

20、者常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻。這里采用金屬氧化物壓敏電阻的過電壓保護(hù)。壓敏電阻是有氧化鋅，氧化鉍等燒結(jié)制成的非線性電阻元件，它具有正反相同很陡的伏安特性，正常工作是漏電流小，損耗小，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，此外，它對沖擊電壓反映快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。在三相的電路中，壓敏電阻的接法是接成星形或三角形如圖4-1所示。 圖4-1 二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護(hù)壓敏電阻額定電壓的選擇可按下式計算： 壓敏電阻承受的額定電壓峰值 （4-1）式中 -壓敏電阻的額定電壓， VYJ型壓敏電阻的額定電壓有：100V、200V、440、760V、1000V等；

21、為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，可取。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角=300時輸出電壓。由此可將式轉(zhuǎn)化成 （4-2） 得壓敏電阻額定電壓 所以壓敏電阻額定電壓取850V型壓敏電阻。4.2過電流保護(hù)在本設(shè)計中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖4-2如下： 圖4-2 一次側(cè)過電流保護(hù)電路（1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的線電壓為760V，熔斷器額定電壓可選擇800V。（2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。 本課題設(shè)計中變壓器的一次側(cè)的電流 =熔斷器額定電流 232A因此，

22、如圖4-2在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個熔斷器，按本課題的設(shè)計要求熔斷器的額定電壓可選400V，額定電流選232A。5. 基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真通過對整個控制電路的設(shè)計， 用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。首先建立雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，可以參考該系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)形式，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-1，把這些參數(shù)的值代入框圖中的公式就可得到以下框圖5-2。圖5-1 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)框圖圖5-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特性，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的輸出端設(shè)置一

23、個限幅值，限幅值的大小可以根據(jù)所選的運(yùn)算放大器的輸入電壓的大小來選定，本設(shè)計選取的限幅值為±13V。根據(jù)動態(tài)模型圖以及計算參數(shù)，用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行仿真，主要是仿真電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。最終得到的轉(zhuǎn)速仿真圖形如圖5-3所示：圖5-3 雙閉環(huán)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出仿真圖形從圖5-3可以很明顯的看出轉(zhuǎn)速的起動和擾動的現(xiàn)象。從仿真得到的轉(zhuǎn)速曲線圖中可以得出轉(zhuǎn)速超調(diào)量，基本滿足設(shè)計的要求，但是與設(shè)定值相比還是有誤差。在0.9秒的時候，轉(zhuǎn)速達(dá)到一個穩(wěn)定值，系統(tǒng)無靜差運(yùn)行，其中在5秒的時候輸入一個負(fù)載擾動量，在5.1秒的時候擾動消失，速降達(dá)到了，過了0.4秒之后轉(zhuǎn)速又達(dá)到穩(wěn)定值。從圖中可以

24、看出，擾動很快得到了調(diào)節(jié)，這是兩個PI型調(diào)節(jié)器自動調(diào)節(jié)的作用。另外從圖中也可以看到，系統(tǒng)是無靜差運(yùn)行的，符合設(shè)計的要求。從仿真的結(jié)果來看，得到這樣結(jié)論： (1) 工程設(shè)計方法在推導(dǎo)過程中為了簡化計算做了許多近似的處理，而這些簡化處理必須在一定的條件下才能成立。例如：將可控硅觸發(fā)和整流環(huán)節(jié)近似地看作一階慣性環(huán)節(jié)，設(shè)計電流環(huán)時不考慮反電勢變化的影響; 將小時間常數(shù)當(dāng)作小參數(shù)近似地合并處理；設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)時將電流閉環(huán)從二階振蕩環(huán)節(jié)近似地等效為一階慣性環(huán)節(jié)等。(2) 仿真實驗得到的結(jié)果也并不是和系統(tǒng)實際的調(diào)試結(jié)果完全相同，因為仿真實驗在辨識過程中難免會產(chǎn)生模型參數(shù)的測量誤差，而且在建立模型過程中為了簡化計算，忽略了許多環(huán)節(jié)的非線性因素和次要因素