1、學學 號：號： 課課 程程 設設 計計 題題 目目 直流雙環(huán)系統(tǒng)（三）的設計及仿直流雙環(huán)系統(tǒng)（三）的設計及仿 真分析（三）真分析（三） 學學 院院自動化學院自動化學院 專專 業(yè)業(yè)自動化專業(yè)自動化專業(yè) 班班 級級1005 班班 姓姓 名名 指導教師指導教師劉芙蓉劉芙蓉 2014 年01 月10日 課程設計任務書課程設計任務書 學生姓名：學生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 自動化自動化 10051005 班班 指導教師：指導教師： 劉芙蓉劉芙蓉 工作單位：工作單位： 自動化學院自動化學院 題題 目目: : 直流雙環(huán)系統(tǒng)（三）的設計及仿真分析（三）直流雙環(huán)系統(tǒng)（三）的設計及仿真分析（三） 初始條件：初

2、始條件： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其整流裝置采用三相橋式全控整流電路。系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動機： Unom=220V ，Inom=136A ，nnom=1460r/min ，允許過載0.132min/ e CVr 倍數(shù)，額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓調(diào)節(jié)器，飽和輸出電壓。1.5 * 10 , n UV * 10 im UV 時間常數(shù)：TL=0.03s，Tm=0.18s，晶閘管裝置放大倍數(shù)：KS=40，電樞回路總電阻：R=0.5。 要求完成的主要任務要求完成的主要任務: : （包括課程設計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要 求） 試對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數(shù)設計。設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量；空載起動

3、到5% i 額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，過渡過程時間。畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖并計算：20% n 0.1 s ts (1) 電流反饋系數(shù) 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ； (2) 設計電流調(diào)節(jié)器，計算電阻和電容的數(shù)值（?。?； 0 40Rk (3) 設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，計算電阻和電容的數(shù)值（取） ； 0 40Rk (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：時間安排：2013.12.25 布置課程設計題目 2013.12.26 - 2013.12.29 完成課程設計 2013.1230 2014.1.3 撰寫課程設計報告 2014.1.6 答辯并上交報告

4、 指導教師簽名：指導教師簽名： 年年 月月 日日 系主任（或責任教師）簽名：系主任（或責任教師）簽名： 年年 月月 日日 目錄 摘 要.1 直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計.2 1 直流雙環(huán)系統(tǒng)工作原理.2 1.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)的組成框圖.2 1.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學模型.3 1.2.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）數(shù)學模型.3 1.2.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型.3 1.3 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)過程描述.4 2 調(diào)節(jié)器的工程設計方法概述.6 3 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)設計與校驗.6 3.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)電流環(huán)設計.6 3.1.1 電流環(huán)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇.6 3.1.2 電流環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)計算.7 3.1.

5、3 電流環(huán)設計校驗近似條件.7 3.1.4 計算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容.8 3.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)設計.9 3.2.1 轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇.9 3.2.2 轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)計算.9 3.2.3 轉(zhuǎn)速環(huán)設計校驗近似條件.10 3.2.4 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容.10 4 直流雙環(huán)系統(tǒng) MATLAB/SIMULINK 仿真.12 4.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)電流環(huán)仿真.12 4.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)總體仿真.13 5 心得體會.16 參考文獻.17 摘 要 運動控制系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設備電動機為控制對象、以控制器為核心、 以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)、在自動控制理論的指導下組成的電氣傳動自動控

6、制系統(tǒng)。按照控制對象的不同可分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)，直流調(diào)速系統(tǒng)以直 流電動機為控制對象；交流調(diào)速系統(tǒng)以交流異步電動機和交流同步電機為控制對象。在 實際的應用過程中按照不同的需求選用不同類型的電動機和不同的控制方法構(gòu)成各種不 同的運動控制系統(tǒng)。直流電動機的數(shù)學模型簡單，轉(zhuǎn)矩易于控制。換向器與電刷的位置 保證了電樞電流與勵磁電流的解耦，使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。這些特點使得直流電動 機的控制相對容易，經(jīng)過長時間的發(fā)展已經(jīng)形成了各種成熟的控制方法。 本文討論了直流電動機的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計與分析，主要介紹了雙環(huán)系統(tǒng)的組 成，然后按照題目要求運用工程設計方法對雙環(huán)系統(tǒng)的各個參數(shù)進行整定，并運

7、用 MATLAB/Simulink 對控制系統(tǒng)進行建模仿真，驗證控制系統(tǒng)的工作性能是否滿足設計要 求。 關(guān)鍵詞：直流電動機；雙環(huán)系統(tǒng)；MATLAB/Simulink 直流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計 1 直流雙環(huán)系統(tǒng)工作原理 直流雙閉環(huán)系統(tǒng)是從轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)發(fā)展而來，由于雙環(huán)系統(tǒng)有電流、轉(zhuǎn)速兩個反 饋，構(gòu)成兩個閉合回路，“雙閉環(huán)”由此而得名，工程上“雙閉環(huán)控制系統(tǒng)”又稱為 “串級控制系統(tǒng)”。 傳統(tǒng)的采用轉(zhuǎn)速負反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前 提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動， 突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。人

8、們通過分析發(fā)現(xiàn)通過控制電 樞電流進而控制電磁轉(zhuǎn)矩是獲得高調(diào)速性能的根本，通過增加對電樞電流的控制不僅可 以獲得良好的起制動性能，而且可以有效的防止電機在過載和堵轉(zhuǎn)時的過電流從而保護 電機。 基于上述的思路人們在系統(tǒng)中設置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引 入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，起動過程主要 控制電流，系統(tǒng)中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋；穩(wěn)態(tài)時，主要控制轉(zhuǎn)速，只有轉(zhuǎn) 速負反饋，沒有電流負反饋。這樣電流環(huán)、轉(zhuǎn)速協(xié)調(diào)控制很好的滿足了實際的控制需求。 1.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)的組成框圖 如前所述雙環(huán)系統(tǒng)有兩個環(huán)從而需要兩個調(diào)節(jié)器，分別為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器 ACR

9、（轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器）、外環(huán)調(diào)節(jié)器 ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器），ASR 的輸出為 ACR 的給定，由此構(gòu)成內(nèi)外雙 環(huán)結(jié)構(gòu)，直流雙環(huán)系統(tǒng)的組成框圖如圖 1.1 所示。 圖 1-1 直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成框圖 1.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)的數(shù)學模型 為了便于對調(diào)速系統(tǒng)分析，并利于后面運用工程方法設計控制器需要對控制系統(tǒng)進 行建模，得到其數(shù)學模型，模型分兩種一種是穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，另外一種是動態(tài)數(shù)學模型， 分別用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能如靜差率、調(diào)速范圍、穩(wěn)態(tài)誤差等及系統(tǒng)的動態(tài)性能如上 升時間、超調(diào)量、最大動態(tài)偏差、調(diào)節(jié)時間等。 1.2.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）數(shù)學模型 將雙環(huán)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)時的輸入與輸出的關(guān)系寫出來，

10、然后首尾相連即可得到 圖 1-2 所示的數(shù)學模型。 圖 1-2 直流雙環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）數(shù)學模型 上圖中 ASR 為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR 為電流調(diào)節(jié)器。 s K 為電力電子功率變換裝置的放 大倍數(shù)，R 是電樞回路總電阻包括電力電子變換器內(nèi)阻、電樞電阻及可能在主電路中接入 的其他電阻， e C為電動機在額定勵磁下的電動勢系數(shù)，為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反 饋系數(shù)。 當 ASR 與 ACR 采用 PI 調(diào)節(jié)器時可以做到轉(zhuǎn)速無靜差。 1.2.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型 考慮雙環(huán)系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的動態(tài)輸入輸出關(guān)系，然后首尾相接可以得到系統(tǒng)的動態(tài)數(shù) 學如圖 1-3 所示。 圖 1-3 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學

11、模型 其中 s T是電力電子功率變換轉(zhuǎn)換裝置的時間常數(shù)，不同的變換裝置其 s T不同； l T是 電樞回路的電磁時間常數(shù)； m T是電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。 1.3 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)過程描述 此處主要針對起動過程做如下分析： 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 * n U由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示 于圖 1-4 中。 圖 1-4 直流雙環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速電流動態(tài)過程 由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動 態(tài)過程就分成圖中標明的 I、II、III 三個階段。 其中第 I 階段為電流上升階段，第 II 階 段為恒流升速階段，第 III 階段為轉(zhuǎn)速

12、調(diào)節(jié)階段，具體分析過程在任何一本運動控制教材 中均有詳細描述，此處不再贅述。 從對起動過程的分析可以總結(jié)出 ASR 與 ACR 的作用如下： （1）ASR 作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電 壓變化, 如果采用 PI 調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差；對負載變化起抗擾作用其輸出限幅值決 定電動機允許的最大電流。 （2）ACR 作用：在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào) 節(jié)器的輸出量）變化；對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用；在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證 獲得電機允許的最大電流；當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速 的自動保護作用，一旦故障消失，

13、系統(tǒng)立即自動恢復正常。 2 調(diào)節(jié)器的工程設計方法概述 通過事先對由經(jīng)典控制規(guī)律與典型環(huán)節(jié)組成的典型系統(tǒng)做深入的研究，把他們的開 環(huán)對數(shù)頻率特性當作預期特性，弄清楚它們的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關(guān)系，寫成簡單的 公式或制成簡明的圖表來進行參數(shù)計算，以簡化設計過程。 工程設計方法的實施步驟：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 滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；第二步，再選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求。 3 直流雙環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)設計與校驗 雙環(huán)系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 3-1 所示。它與圖 1-3 的不同之處在于增加了濾波環(huán) 節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波環(huán)節(jié)。設置濾波環(huán)節(jié)的必要性是由于反

14、饋檢測 信號中常含諧波和其他擾動量，為了抑制各種擾動對系統(tǒng)的影響，需加低通濾波，濾波 環(huán)節(jié)可用一階慣性環(huán)節(jié)描述，另外濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延 遲作用，相應的給定信號通道也應增加相同的濾波環(huán)節(jié)。在設計時按照“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 的原則來設計系統(tǒng)。 圖 3-1 雙環(huán)系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 3.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)電流環(huán)設計 3.1.1 電流環(huán)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 在設計電流調(diào)節(jié)器時，首先應該考慮把電流環(huán)校正成哪一類系統(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，采用一型系統(tǒng)就可以了，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超調(diào)，以保證在動態(tài)過程中不超過允 許

15、值，以跟隨性能為主，所以選一型系統(tǒng)，因此調(diào)節(jié)器應選 PI 調(diào)節(jié)器。PI 調(diào)節(jié)器的傳遞 函數(shù)為： (1) ( ) ii PI i Ks Ws s 其中為電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，為電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)，均為待定參數(shù)。 i K i 3.1.2 電流環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)計算 （1）確定時間常數(shù)： 1）功率變換裝置時間常數(shù)（即功率變換裝置的失控時間）：對于三相橋式全控整 s T 流電路可取。 0.00167 s Ts 2）電流濾波時間常數(shù)：對于三相橋式電路每個波頭的時間是 3.3ms，為了基本濾 oi T 平波頭應有，因此取。 (1 2)3.33 oi Tms20.002 oi Tmss 3）電流環(huán)小慣性群合

16、并后時間常數(shù)： i T 。 0.001670.0020.00367 iois TTTs 4）電樞回路的電磁時間常數(shù)：已由題目給出。 l T0.03 l Ts （2）電流反饋系數(shù)：。 * /10/ 2040.049/ imdm UIVA （3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)： 由于要將電流環(huán)校正為典 I 系統(tǒng)，因此電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應將電流環(huán)的大慣性環(huán) 節(jié)消掉，由于，因此電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應把大慣性環(huán)節(jié)中的消掉，因 li TT1 l T s 此。 0.03 il Ts 由于題目要求電流環(huán)的超調(diào)量，根據(jù)“典 I 系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指5% i 標與參數(shù)選擇表”，應取，。 0.5 Ii K T 1 0

17、.5/0.5/0.00367136.2398 Ii KTs 因此。 136.2398 0.03 0.5 1.04 40 0.049 Ii i s KR K K 3.1.3 電流環(huán)設計校驗近似條件 電流環(huán)截止頻率：。 1 136.2398 ciI Ks （1）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 滿足近似條件 1 11 199.6008 3 0.00167 ci s s T （2）校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： 滿足近似條件 11 11 3340.8248 0.18 0.03 ci ml ss T T （3）校驗電流環(huán)小慣性群合并近似處理條件： 滿足近似條件 1 1111 182

18、.3919 330.00167 0.02 ci soi s T T 3.1.4 計算電流調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖 3-2 所示。 圖 3-2 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器 題目要求所用運算放大器取，各電阻和電容值計算如下： 0 40RK 取 0 1.0427*4041.71 ii RK RKK 42K 取 3 0.03 0.71429 42 10 i i i CFF R 0.71 F 取 0 44 0.002 0.2 40 oi oi T CF Rk 0.2 F 按上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為 滿足設計要求4.3%5% i 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的傳遞

19、函數(shù)為 (1)34.67 ( )1.04 iii PIi ii KsK WsK sTss 3.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)設計 3.2.1 轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在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)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型 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。因此調(diào)節(jié)器應選 PI 調(diào)節(jié)器。PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： (1) ( ) nn PI n Ks Ws s 其中為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)，均為待定參數(shù)。 n K

20、n 3.2.2 轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)計算 （1）確定時間常數(shù)： 1）電流環(huán)等效時間常數(shù)：。 1/ I K1/22 0.003670.00734 Ii KTss 2）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：根據(jù)所選用測速發(fā)電機紋波情況，取。 on T0.01 oi Ts 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小慣性群合并后時間常數(shù)： n T 。 1/0.007340.010.0173 nnon TKTss 4）電力拖動系統(tǒng)的機電時間常數(shù)：題目中已經(jīng)給出。 m T0.18 m Ts （2）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：。 * /10/14600.007min/ nnom UnVrA （3）過載倍數(shù)：。1.5 （4）額定速降：。 N n/136 0.5/0.13251

21、5.15 / min NdNe nIR Cr （5）負載系數(shù) z：。/ dLdN zII （6）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)： 按跟隨和抗擾性能指標都較好的原則應取中頻寬 h=5,但是查“典 II 系統(tǒng)階躍輸入跟 隨性能指標與參數(shù)關(guān)系表”發(fā)現(xiàn)，h=5 對應的超調(diào)量為 37.6%不能滿足題目要求的小于 20%， 這是因為實際中“典 II 系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標與參數(shù)關(guān)系表”是按線性系統(tǒng)計算的， 而突加階躍給定時，ASR 飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應該按 ASR 退飽和的情況來重 新計算超調(diào)量，且查表應查“典 II 系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)關(guān)系表”，計算過程如 下： 電動機由理想空載啟動時 z=0，查

22、表知 h=5 時，帶入下式 max /81.2% b CC 得。 max * 515.150.0173 2()()2 81.2% 1.58.26%20% 14600.18 Nn n bm CnT z CTn 所以 h=5 能滿足要求，接下來計算 ASR 各參數(shù)。 ASR 超前時間常數(shù) 5 0.01730.0865 nn hTs 轉(zhuǎn)速開環(huán)放大系數(shù) 2 2222 15 1 400.9489 22 50.0173 N n h Ks h T 所以 ASR 的放大系數(shù) (1)6 0.049 0.132 0.18 11.54 22 5 0.007 0.5 0.0173 em n n hC T K h RT

23、 3.2.3 轉(zhuǎn)速環(huán)設計校驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。 1 1 /400.9489 0.086534.6821 cnNNn KKs （1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 滿足近似處理條件 1 11136.2398 64.2382 330.00367 I cn i K sW T （2）轉(zhuǎn)速環(huán)小慣性群合并近似處理條件 滿足近似處理條件 1 111136.2398 38.91587 330.01 I cn on K sW T 3.2.4 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 3-3 所示。 圖 3-3 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 題目要求所用運算放大器取 0 40RK，各電阻和

24、電容值計算如下： 取 0 11.5366*40461.464 nn RK RKK 460K 取 3 0.0865 0.188 460 10 n n n CFF R 0.2 F 取 0 44 0.01 1 40 on on T CFF Rk 1 F 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的傳遞函數(shù)為。 (1)133.41 ( )11.54 nnn PIn nn KsK WsK sss 4 直流雙環(huán)系統(tǒng) MATLAB/Simulink 仿真 4.1 直流雙環(huán)系統(tǒng)電流環(huán)仿真 在 MATLAB 的 Simulink 庫中選擇 Transfer Fcn、Step、Sum、Gain、Mux、Scope、Integrator

25、 Limited、Saturation 模塊按圖 3-1 雙環(huán)系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中的電流環(huán)將各個模塊 首尾相連即可，需要注意的是在電流環(huán)的設計過程中忽略了反電動勢的影響，但在仿真 時應該加上。電流環(huán)仿真電路圖如圖 4-1 所示。 電 流 環(huán) 階 躍 給 定 1 0.002s+1 電 流 給 定 -K- GainSaturation 40 0.0017s+1 晶 閘 管 2 0.03s+1 傳 遞 函 數(shù)1 0.5 0.18s 傳 遞 函 數(shù)2 -K- Gain1 0.05 0.002s+1 電 流 反 饋 Scope 1 s Integrator Limited 圖 4-1 電流環(huán)仿真電路圖

26、 設置電流環(huán)階躍給定值為 10V，仿真的結(jié)束時間為 0.05s，設置 scope。 點擊 Run，然后回到命令行輸入如下命令： plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values)； hold on； title(電流環(huán)仿真波形); grid on xlabel(t/s); ylabel(Id/A); 得到 Scope 輸出電流環(huán)仿真波形如圖 4-2 所示。 圖 4-2 Scope 輸出電流環(huán)仿真波形 4.2 直流雙環(huán)系統(tǒng)總體仿真 將上述電流環(huán)作為一個環(huán)節(jié)，增加轉(zhuǎn)速外環(huán)，使 ASR 輸出作為 ACR 的輸入，所用 的 Simulink 模塊相同，為了保證與

27、實際情況相符，應加上負載擾動，其總體仿真電路圖 如圖 4-3 所示。 1 0.002s+1 電 流 給 定 -K- kpSaturation 40 0.0017s+1 晶 閘 管 2 0.03s+1 傳 遞 函 數(shù)1 0.5 0.18s 器 傳 遞 函 數(shù)2 -K- Gain1 0.05 0.002s+1 電 流 反 饋 Scope -K- Gain2 0.007 0.01s+1 轉(zhuǎn) 速 反 饋 Saturation1 -K- Gain3 -K- Gain4 轉(zhuǎn) 速 給 定 負 載 擾 動 1 0.01s+1 轉(zhuǎn) 速 給 定 1 s Integrator Limited 1 s Integra

28、tor Limited1 Scope1 Scope2 圖 4-3 總體仿真電路圖 此處通過模擬調(diào)速系統(tǒng)帶額定負載啟動時的情況，來驗證設計是否滿足要求，因此 設置轉(zhuǎn)速給定為 10V，負載電流擾動為額定值 68，仿真時間為 1s。觀察電機轉(zhuǎn)速、電流 和總的波形。 仿真結(jié)果如下所示： 帶一半額定負載時電流環(huán)的波形如圖 4-4 所示。 圖 4-4 帶一半額定負載時電流環(huán)的波形 帶一半額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)的波形如圖 4-5 所示。 圖 4-5 帶一半額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)的波形 帶一半額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)總的波形如圖 4-6 所示。 圖 4-6 帶一半額定負載時總的波形圖 5 心得體會 在這次課程設計中我結(jié)合書本所學的知識，完整的完成了直流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計 到仿真的全過程。平時的上課或自己看書只是停留在看懂的層面上，沒有自己親自