課程設(shè)計(jì)報(bào)告：直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真

1、-. z.直流PWM-M可逆調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真摘要當(dāng)今，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和開(kāi)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動(dòng)的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三局部組成，包括控制局部、功率局部、直流電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比擬靈活、方法簡(jiǎn)單、易于大*圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點(diǎn)，一直在傳動(dòng)領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。微機(jī)技術(shù)的快速開(kāi)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)基于微機(jī)控制的雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)展了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機(jī)硬件和軟件開(kāi)展的最新成果，探討一個(gè)將

2、微機(jī)和電力拖動(dòng)控制相結(jié)合的新的控制方法，研究工作在對(duì)控制對(duì)象全面回憶的根底上，重點(diǎn)對(duì)控制局部展開(kāi)研究，它包括對(duì)實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。在硬件方面充分利用微機(jī)外設(shè)接口豐富，運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。論文分析了系統(tǒng)工作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)、吸收、保護(hù)控制等關(guān)鍵技術(shù).在微機(jī)控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測(cè)速、數(shù)字PWM調(diào)制器、雙極式H型PWM變換電路、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理,并給出了軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速-. z.目錄 TOC o

3、 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc381176665前言 PAGEREF _Toc381176665 h 0HYPERLINK l _Toc381176666第1章直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng) PAGEREF _Toc381176666 h 0HYPERLINK l _Toc381176667第2章 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析 PAGEREF _Toc381176667 h 0HYPERLINK l _Toc381176668第3章電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc381176668 h 0HYPERLINK l _Toc3811766693.1 電流環(huán)構(gòu)造框圖的化簡(jiǎn) PA

4、GEREF _Toc381176669 h 0HYPERLINK l _Toc3811766703.2 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算 PAGEREF _Toc381176670 h 0HYPERLINK l _Toc3811766713.3 參數(shù)校驗(yàn) PAGEREF _Toc381176671 h 0HYPERLINK l _Toc3811766723.3.1 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能： PAGEREF _Toc381176672 h 0HYPERLINK l _Toc3811766733.3.2 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 PAGEREF _Toc381176673 h 0HYPERLINK l

5、 _Toc3811766743.3.3 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 PAGEREF _Toc381176674 h 0HYPERLINK l _Toc3811766753.3.4 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 PAGEREF _Toc381176675 h 0HYPERLINK l _Toc3811766763.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 PAGEREF _Toc381176676 h 0HYPERLINK l _Toc381176677第4章轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc381176677 h 0HYPERLINK l _Toc3811766784.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)

6、傳遞函數(shù) PAGEREF _Toc381176678 h 0HYPERLINK l _Toc3811766794.2轉(zhuǎn)速環(huán)構(gòu)造的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)造的選擇 PAGEREF _Toc381176679 h 0HYPERLINK l _Toc3811766804.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算 PAGEREF _Toc381176680 h 0HYPERLINK l _Toc3811766814.4 參數(shù)校驗(yàn) PAGEREF _Toc381176681 h 0HYPERLINK l _Toc3811766824.4.1 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)條件 PAGEREF _Toc381176682 h 0HYPE

7、RLINK l _Toc3811766834.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 PAGEREF _Toc381176683 h 0HYPERLINK l _Toc3811766844.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 PAGEREF _Toc381176684 h 0HYPERLINK l _Toc3811766854.6 調(diào)速*圍靜差率的計(jì)算 PAGEREF _Toc381176685 h 0HYPERLINK l _Toc381176686第5章系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc381176686 h 0HYPERLINK l _Toc3811766875.1 仿真軟件Simulink介紹 P

8、AGEREF _Toc381176687 h 0HYPERLINK l _Toc3811766885.2 Simulink仿真步驟 PAGEREF _Toc381176688 h 0HYPERLINK l _Toc3811766895.3 雙閉環(huán)仿真模型 PAGEREF _Toc381176689 h 0HYPERLINK l _Toc3811766905.4 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 PAGEREF _Toc381176690 h 0HYPERLINK l _Toc381176691結(jié)論 PAGEREF _Toc381176691 h 0HYPERLINK l _Toc381176692參考文獻(xiàn)

9、 PAGEREF _Toc381176692 h 0-. z.前言直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)幾年來(lái)開(kāi)展很快，直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)采用全控型電力電子器件，調(diào)制頻率高，與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)相比動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)脈動(dòng)小，有很大的優(yōu)越性，在小功率調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的不同主要在變流主電路上，采用了脈寬調(diào)制方式，轉(zhuǎn)速和電流的控制盒晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一樣。直流PWM_M調(diào)速系統(tǒng)的PWM變換器有可逆和不可逆兩類(lèi)，二可逆變換器又有雙極式、單極式和受限單極式等多種電路。這里主要研究H型主電路雙極式的PWM_M調(diào)速系統(tǒng)和受限單極式PWM_M調(diào)速的仿

10、真，并通過(guò)仿真分析直流PWM_M可逆調(diào)速系統(tǒng)的過(guò)程。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命過(guò)程中，電氣自動(dòng)化在20世紀(jì)的后四十年曾進(jìn)展了兩次重大的技術(shù)更新。一次是元器件的更新，即以大功率半導(dǎo)體器件晶閘管取代傳統(tǒng)的變流機(jī)組，以線(xiàn)形組件運(yùn)算放大器取代電磁放大器件。后一次技術(shù)更新主要是把現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)用于電氣工程，控制器由模擬式進(jìn)入了數(shù)字式。在前一次技術(shù)更新中，電氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仍采用經(jīng)典控制理論的方法。而后一次技術(shù)更新是設(shè)計(jì)思想和理論概念上的一個(gè)飛躍和質(zhì)變，電氣系統(tǒng)的構(gòu)造和性能亦隨之改觀。在整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，電力拖動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是其中的核心局部。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，二者之間實(shí)行串級(jí)

11、連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反應(yīng)構(gòu)造上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展了校正。檢測(cè)局部中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)展檢測(cè)，轉(zhuǎn)速還則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)展檢測(cè)，到達(dá)了比擬理想的檢測(cè)效果。第1章直流PWM-M調(diào)速系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制構(gòu)造，如圖4-1所示。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，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出

12、作為PWM的控制電壓。從閉環(huán)反應(yīng)構(gòu)造上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展了校正。檢測(cè)局部中，采用了霍爾片式電流檢測(cè)裝置對(duì)電流環(huán)進(jìn)展檢測(cè)，轉(zhuǎn)速還則是采用了測(cè)速電機(jī)進(jìn)展檢測(cè)，到達(dá)了比擬理想的檢測(cè)效果。主電路局部采用了以GTR為可控開(kāi)關(guān)元件、H橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路構(gòu)造?？刂芇WM脈沖波形，通過(guò)調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來(lái)控制H電路中對(duì)電機(jī)速度的控制。圖1-1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造圖直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)造如上圖所示，其中UPE是電力電子器件組成的變換器，其輸入接三相(或單相)交流電源，

13、輸出為可控的直流電壓鑄。對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P一MOSFET組成的PWM變換器;對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如GTO、IGCT等;對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管裝置。根據(jù)自動(dòng)控制原理，反應(yīng)控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)展控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。圖1-2橋式可逆PWM變化器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖2-1它們的關(guān)系是：。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，電樞電流沿回路1流通；當(dāng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓反號(hào)，沿回路2經(jīng)二極管續(xù)流，。因此，在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反應(yīng)分別起作用，在

14、系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別是轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，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PWM調(diào)制器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(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，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器。第2章 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析圖2-1雙極式控制時(shí)的電壓和電流波形。電動(dòng)機(jī)電樞電壓的平均值則表達(dá)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；反之則反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停頓。圖4所示的波形是電動(dòng)機(jī)工作在正向電動(dòng)時(shí)的情況。圖2-1式控制可逆PWM變換器波形直

15、流電動(dòng)機(jī)的電樞電壓的正、負(fù)變化，使電流波形隨之波動(dòng)。電流波形存在兩種情況，如圖2的和。相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載較重的情況，這時(shí)負(fù)載電流大，在續(xù)流階段電流仍維持正方向，電動(dòng)機(jī)始終工作在第象限的電動(dòng)狀態(tài)。相當(dāng)于負(fù)載很輕的情況，平均電流小，在續(xù)流階段電流很快衰減到零，于是二極管終止續(xù)流，而反向開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。電流中的線(xiàn)段3和4是工作在第象限的制動(dòng)狀態(tài)。電樞電流的方向決定了電流是經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管VD還是經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)器件VT流動(dòng)。雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為假設(shè)占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中一樣，則在雙極式控制的可逆變換器中就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。調(diào)速時(shí)

16、，的可調(diào)*圍為，相應(yīng)地，。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停頓。第3章電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1 電流環(huán)構(gòu)造框圖的化簡(jiǎn)在上圖點(diǎn)劃線(xiàn)框的電流環(huán)中，反電動(dòng)勢(shì)與電流反應(yīng)的作用相互穿插，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)速成正比，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)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，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)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)根本不變，即，這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似構(gòu)造框圖如圖4-4。圖3-1 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)

17、影響如果把給定濾波和反應(yīng)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，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)和比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：則電流環(huán)構(gòu)造框圖最終簡(jiǎn)化成圖3-2。圖3-2 小慣性環(huán)節(jié)近似處理3.2 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性的，要校正成典型型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成式中電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)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3-3則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖便成為圖所示的典型形式，其中3-4比例系數(shù)，可根據(jù)所需的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)選取。設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查表可選，三相橋式電

18、路的平均失控時(shí)間=電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)。各變量之間的關(guān)系：令兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入和輸出最大值都是，額定轉(zhuǎn)速，額定電流，最大電流，為過(guò)載倍數(shù)，一般取為1.5。轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)：電流反應(yīng)系數(shù)：電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間：，則電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)：3.3 參數(shù)校驗(yàn)3.3.1 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，查表典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能都是可以承受的。電流截止頻率：3.3.2 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿(mǎn)足近似條件。3.3.3 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件機(jī)電時(shí)間：滿(mǎn)足近似條件。3.3.4 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿(mǎn)足近似條件。3.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖

19、3-3 含給定濾波和反應(yīng)濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖4-6所示，按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值計(jì)算如下：取取取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以到達(dá)的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求第4章轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)4.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)化簡(jiǎn)后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)，可知：忽略高此項(xiàng)，可降階近似為：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：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)的一階慣性環(huán)節(jié)。這說(shuō)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。4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)構(gòu)造的化

20、簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)造的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖如圖4-1所示。圖4-1 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反應(yīng)濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成，時(shí)間常數(shù)和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中.圖4-2 等效成單位負(fù)反應(yīng)和小慣性的近似處理為了實(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)器中。至于階躍響應(yīng)超調(diào)量較大，線(xiàn)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(xiàn)性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低。由此可見(jiàn)也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：式中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)調(diào)速系統(tǒng)

21、的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為：-. z.-. z.在典型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)中，時(shí)間常數(shù)是控制對(duì)象固定的，待定的參數(shù)有和。為了分析方便，引入一個(gè)新的變量，令是斜率為的中頻段的寬度，稱(chēng)作中頻寬在一般情況下，點(diǎn)處在特性段因此在工程設(shè)計(jì)中，如果兩個(gè)參數(shù)都任意選擇，工作量顯然很大，為此采用振蕩指標(biāo)法中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最正確配合。只有一個(gè)確定的可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值，這時(shí)和，之間的關(guān)系是-. z.-. z.以上兩式稱(chēng)作準(zhǔn)則的最正確頻比，因而有-. z.-. z.確定之后根據(jù)上式即可分別求得和。可得-. z.可知轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為-. z.因此-. z.

22、-. z.4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算，電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：令，則小時(shí)間常數(shù)近似處理的時(shí)間常數(shù)為：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取，則的超前時(shí)間常數(shù)為：轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為：則的比例系數(shù)為：4.4 參數(shù)校驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為：4.4.1 電流環(huán)傳遞函數(shù)化簡(jiǎn)條件滿(mǎn)足簡(jiǎn)化要求。4.4.2 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿(mǎn)足近似條件。4.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容圖4-3含給定濾波與反應(yīng)濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如下圖，取，則取取取4.6 調(diào)速*圍靜差率的計(jì)算取靜差率：調(diào)速*圍：第5章系統(tǒng)仿真5.1 仿真軟件Simulink介紹Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于M

23、ATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線(xiàn)性系統(tǒng)、非線(xiàn)性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)展建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同局部具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)立過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)

24、處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)展設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.5.2 Simulink仿真步驟(1)在MATLAB命令窗口中輸入simulink，桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱(chēng)為Simulink Library Browser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類(lèi)的各種模塊的名稱(chēng)。(2) 翻開(kāi)MATLAB中的Simulink工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。(3) 將設(shè)計(jì)的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)輸入各個(gè)模塊，運(yùn)調(diào)試功能，如果無(wú)誤后就可以運(yùn)行系統(tǒng)。(4) 運(yùn)行后便可通過(guò)模擬示波器觀察波形。5.3 雙閉環(huán)仿真模型電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖5-

25、1所示。圖5-1 雙閉環(huán)仿真模型5.4 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，雙閉環(huán)仿真模型如圖5-2所示。圖5-2 雙閉環(huán)仿真波形仿真中，ASR調(diào)節(jié)器經(jīng)過(guò)了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，最終穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。電流調(diào)節(jié)起作用:自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，速度調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速可整定轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)以整定系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速。仿真結(jié)果符合實(shí)際情況，說(shuō)明參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)較為適宜。結(jié)論轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速反應(yīng)環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)。速度調(diào)節(jié)器的輸出即為電流給定，其輸出限幅值即為最大電流給定值。調(diào)整限幅值的小或調(diào)整電流反應(yīng)系數(shù)就可方便地改變最大電流。在起、制動(dòng)過(guò)程中，速度調(diào)節(jié)器很快入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下使電流保持在最大值，這時(shí)系統(tǒng)