原版單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

PAGE單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真單回路的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和仿真內(nèi)容摘要：在對調(diào)速性能有較高要求的領(lǐng)域，如果直流電動機開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不滿足要求，可利用速度負(fù)反饋提高穩(wěn)態(tài)精度，而采用比例調(diào)節(jié)器的負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)仍是有靜差的，為了消除系統(tǒng)的靜差，可利用積分調(diào)節(jié)器代替比例調(diào)節(jié)器。通過對單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成部分可控電源、由運算放大器組成的調(diào)節(jié)器、晶閘管觸發(fā)整流裝置、電機模型和測速電機等模塊的理論分析，比較原始系統(tǒng)和校正后系統(tǒng)的差別，得出直流電機調(diào)速系統(tǒng)的最優(yōu)模型。然后用此理論去設(shè)計一個實際的調(diào)速系統(tǒng)，并用MATLAB仿真進行正確性的驗證。關(guān)鍵詞：穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)定性開環(huán)閉環(huán)負(fù)反饋靜差ThedesignandsimulationofSingleloopdcspeedcontrolsystemAbstract:Inthehigherdemandforperformanceofspeed,iftheopenloopdcsystem'ssteadyperformancedoesnotmeettherequirements,canusespeedinversefeedbacktoimprovesteadystateprecision,butalthoughthespeedinversefeedbacksystemadoptsproportionregulator,itstillhaveoff,inordertoeliminatestatic,canuseintegralregulatortoreplaceproportionregulator.Basedonthetheoreticalanalysisofthesingleclosedloopsystemwhichismadeupofcontrollablepower,theregulatorwhichismadeupofoperationalamplifier,arectifiertriggeredbythyristor,motormodelandtachogeneratorsmodule,comparethedifferenceoftheopenloopsystemandtheclosedloopsystem,theoriginalsystemandthethispapercomparesthetheoryofopenloopsystemandtheclosed-loopsystem,thedifferenceofprimitivesystemandcalibratedsystem,concludetheoptimalmodelofthedcmotorspeedcontrolsystem.Thenusethistheorytodesignapracticalcontrolsystem,andverifythevaliditywithMATLABsimulation.Keywords:steady-statebehaviourstabilityopenloopClose-loopfeedbackoffset目錄1緒論 11.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述 11.2MATLAB簡介 12單閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 22.1V—M系統(tǒng)簡介 22.2轉(zhuǎn)速控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速指標(biāo) 22.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性 32.4反饋控制規(guī)律 42.5主要部件 52.5.1比例放大器 52.5.2比例積分放大器 52.5.3額定勵磁下直流電動機 72.6穩(wěn)定條件 82.7穩(wěn)態(tài)抗擾誤差分析 83單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及仿真 103.1參數(shù)設(shè)計及計算 103.1.1參數(shù)給出 103.1.2參數(shù)計算 103.2有靜差調(diào)速系統(tǒng) 113.2.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 113.2.2主要元件的參數(shù)設(shè)置 123.2.3仿真結(jié)果及分析 123.2.4動態(tài)穩(wěn)定的判斷，校正和仿真 133.3無靜差調(diào)速系統(tǒng) 153.3.1PI串聯(lián)校正的設(shè)計 153.3.2無靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 173.3.3主要元件的參數(shù)設(shè)置 183.3.4仿真結(jié)果及分析 183.4有靜差調(diào)速系統(tǒng)和無靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析設(shè)計 193.4.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 193.4.2參數(shù)設(shè)置 193.4.3仿真結(jié)果及分析 19參考文獻 23致謝 24PAGE3PAGE1圖2采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1．忽略各種非線性因素，假定各環(huán)節(jié)輸入輸出都是線性的；2．假定只工作在V——M系統(tǒng)開環(huán)機械特性的連續(xù)段；3．忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻。電壓比較環(huán)節(jié)：QUOTE錯誤!未找到引用源。放大器：QUOTE錯誤!未找到引用源。晶閘管整流與觸發(fā)裝置：QUOTE錯誤!未找到引用源。V—M系統(tǒng)開環(huán)機械特性：QUOTE錯誤!未找到引用源。測速發(fā)電機：QUOTE錯誤!未找到引用源。QUOTE錯誤!未找到引用源?！糯笃鞯碾妷悍糯笙禂?shù)；QUOTE錯誤!未找到引用源?！чl管整流器與觸發(fā)裝置的電壓放大系數(shù)；QUOTE錯誤!未找到引用源。α——測速反饋系數(shù)，單位為Vmin/r;因此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式式中QUOTE錯誤!未找到引用源。為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，這里是以QUOTE錯誤!未找到引用源。作為電動機環(huán)節(jié)的放大系數(shù)的。靜特性：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。根據(jù)各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系畫出閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示：圖3轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.4反饋控制規(guī)律從上面分析可以看出，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值對系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大，K越大，靜特性就越硬，穩(wěn)態(tài)速降越小，在一定靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣?？傊甂越大，穩(wěn)態(tài)性能就越好。然而，只要所設(shè)置的放大器僅僅是一個比例放大器，穩(wěn)態(tài)速差只能減小，但不能消除，因為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為只有K=∞才能使QUOTE錯誤!未找到引用源。，而這是不可能的。2.5主要部件2.5.1比例放大器運算放大器用作比例放大器（也稱比例調(diào)節(jié)器、P調(diào)節(jié)器），如圖4，為放大器的輸入和輸出電壓，為同相輸入端的平衡電阻，用以降低放大器失調(diào)電流的影響放大系數(shù)為圖4P調(diào)節(jié)器原理圖圖5P調(diào)節(jié)器輸出特性2.5.2比例積分放大器在定性分析控制系統(tǒng)的性能時，通常將伯德圖分成高、中、低三個頻段，頻段的界限是大致的。圖6為一種典型伯德圖的對數(shù)幅頻特性。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，對快速性要求不高，所以常用PI調(diào)節(jié)器。采用運算放大器的PI調(diào)節(jié)器如圖7。圖6典型控制系統(tǒng)的伯德圖圖7比例積分（PI）調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為QUOTE錯誤!未找到引用源?！狿I調(diào)節(jié)器比例放大部分的放大系統(tǒng)；QUOTE錯誤!未找到引用源?！狿I調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。此傳遞函數(shù)也可以寫成如下的形式式中QUOTE錯誤!未找到引用源?！狿I調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。反映系統(tǒng)性能的伯德圖特征有以下四個方面：1.中頻段以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，而且這一斜率占有足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；2.截止頻率越高，則系統(tǒng)的快速性越好；3.頻段的斜率陡、增益高，表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度好（即靜差率小，調(diào)速范圍寬）；4.頻段衰減得越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲的能力越強。用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)是相角裕度γ和以分貝表示的幅值裕度Lg。穩(wěn)定裕度能間接的反映系統(tǒng)動態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大意味著振蕩弱、超調(diào)小。在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時間特性如圖8：圖8階躍輸入時PI調(diào)節(jié)器的輸出特性圖9PI校正裝置在原始系統(tǒng)上添加部分的對數(shù)幅頻特性將P調(diào)節(jié)器換成PI調(diào)節(jié)器，在原始系統(tǒng)上新添加部分的傳遞函數(shù)為其對數(shù)幅頻特性如圖9所示。由圖8可以看出比例積分的物理意義。在突加輸入電壓時，輸出電壓突跳到，以保證一定的快速控制作用。但是小于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)所要求的比例放大系數(shù)的，因為快速性被壓低了，換來穩(wěn)定性的保證。作為控制器，比例積分調(diào)節(jié)器兼顧了快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求；作為校正裝置，它又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.5.3額定勵磁下直流電動機QUOTE錯誤!未找到引用源。（主電路，假定電流連續(xù)）QUOTE錯誤!未找到引用源。（額定勵磁下的感應(yīng)電動勢）QUOTE錯誤!未找到引用源。（牛頓動力學(xué)定律，忽略粘性摩擦）QUOTE錯誤!未找到引用源。（額定勵磁下的電磁轉(zhuǎn)矩）式中QUOTE錯誤!未找到引用源?！姍C空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；QUOTE錯誤!未找到引用源?！娏ν蟿酉到y(tǒng)運動部分折算到電機軸上的飛輪力矩，單位為QUOTE錯誤!未找到引用源。；QUOTE錯誤!未找到引用源。——電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；定義下列時間常數(shù)：QUOTE錯誤!未找到引用源?！姌谢芈冯姶艜r間常數(shù)，單位為s；QUOTE錯誤!未找到引用源?！娏ν蟿酉到y(tǒng)機電時間常數(shù)，單位為；得電壓與電流間的傳遞函數(shù)電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為額定勵磁下直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：圖10額定勵磁下直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.6穩(wěn)定條件反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為穩(wěn)定條件為整理后得上式右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系統(tǒng)，K值超出此值，系統(tǒng)就不穩(wěn)定。根據(jù)上面的分析可知，可能出現(xiàn)系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)都比系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的比放大系數(shù)小，不能同時滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，又保證穩(wěn)定和穩(wěn)定裕度。為此必須再設(shè)計合適的校正裝置，以改造系統(tǒng)，才能達到要求。2.7穩(wěn)態(tài)抗擾誤差分析1.比例控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖11。當(dāng)QUOTE錯誤!未找到引用源。時，只擾動輸入量QUOTE錯誤!未找到引用源。，這時的輸出量即為負(fù)載擾動引起的轉(zhuǎn)速偏差Δn，可將動態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫的形式如圖12。圖11采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)有靜差圖12給定為0時采用比例調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的一般情況閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖負(fù)載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速差：這和靜特性分析的結(jié)果是完全一致的。2.積分控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差將圖12比例調(diào)節(jié)器換成積分調(diào)節(jié)器如圖13突加負(fù)載時QUOTE錯誤!未找到引用源。，于是負(fù)載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速差為可見，積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的。3.比例積分控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差用比例積分調(diào)節(jié)器控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖14。圖13給定為0時采用積分調(diào)節(jié)器圖圖14給定為0時采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)圖則穩(wěn)態(tài)速差為因此，比例積分控制的系統(tǒng)也是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。4.穩(wěn)態(tài)抗擾誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系上述分析表明，就穩(wěn)態(tài)抗擾性能來說，比例控制系統(tǒng)有靜差，而積分控制和比例積分控制系統(tǒng)都沒有靜差。顯然，只要調(diào)節(jié)器中有積分成份，系統(tǒng)就是無靜差的。只要在控制系統(tǒng)的前向通道上在擾動作用點以前含有積分環(huán)節(jié)，則外擾動便不會引起穩(wěn)態(tài)誤差。3單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及仿真3.1參數(shù)設(shè)計及計算3.1.1參數(shù)給出1.電動機：額定數(shù)據(jù)為10kW,220V,52A,1460r/min,電樞電阻QUOTE錯誤!未找到引用源。=0.5Ω，飛輪力矩GD2=10Nm2。2.晶閘管裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次電壓QUOTE錯誤!未找到引用源。=230V，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)QUOTE錯誤!未找到引用源。=40。3.V—M系統(tǒng)主電路總電阻R=1.0Ω4.測速發(fā)電機：永磁式，ZYS231/110型；額定數(shù)據(jù)為23.1W,110V,0.18A,1800r/min。5.生產(chǎn)機械要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%.3.1.2參數(shù)計算根據(jù)以上數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)要求計算參數(shù)如下：1.為了滿足D=10，s≤5%，額定負(fù)載時調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為2.根據(jù)QUOTE錯誤!未找到引用源。，求出系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)式中QUOTE錯誤!未找到引用源。3.計算測速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和參數(shù)測速反饋系數(shù)α包含測速發(fā)電機的電動勢轉(zhuǎn)速比QUOTE錯誤!未找到引用源。和電位器的分壓系數(shù)QUOTE錯誤!未找到引用源。，即α=QUOTE錯誤!未找到引用源。根據(jù)測速發(fā)電機數(shù)據(jù)，試取QUOTE錯誤!未找到引用源。，如測速發(fā)電機與主電動機直接聯(lián)接，則在電動機最高轉(zhuǎn)速成1460r/min下，反饋電壓為相應(yīng)的最大給定電壓約需用18V。若直流穩(wěn)壓電源為±20V，可以滿足需要，因此所取的值是合適的。于是，測速反饋系數(shù)為電位器的選擇方法如下：考慮測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的確20%，這樣，測速機電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小，于是此時QUOTE錯誤!未找到引用源。所消耗的功率為為了使電位器溫度不是很高，實選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選QUOTE錯誤!未找到引用源。為10W，3kΩ的可調(diào)電位器。4.計算運算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)實取QUOTE錯誤!未找到引用源。按運算放大器參數(shù)，取QUOTE錯誤!未找到引用源。則QUOTE錯誤!未找到引用源。5.反饋電壓3.2有靜差調(diào)速系統(tǒng)3.2.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(如圖3),選擇仿真模塊：使用constant模塊作為轉(zhuǎn)速給定電壓，ramp模塊作為負(fù)載擾動，并用staturation模塊限幅，選擇Gain模塊作為傳遞函數(shù)模塊，sum模塊作為信號綜合點，最后加上示波器。由此建立有靜差調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并用MATLAB軟件對系統(tǒng)進行仿真（注意：在接線時，如果出現(xiàn)錯誤，提示顏色為紅色）。圖15有靜差調(diào)速系統(tǒng)3.2.2主要元件的參數(shù)設(shè)置1.轉(zhuǎn)速給定電壓由于觸發(fā)裝置GT的控制電壓是由給定電壓QUOTE錯誤!未找到引用源。和反饋電壓的差經(jīng)過放大器后產(chǎn)生的，所以二者的差不會很大，于是取QUOTE錯誤!未找到引用源。，即常量值（constantvalue）設(shè)為18。采用斜坡函數(shù)，并加上staturation模塊作為限幅。在電路圖的Simulink菜單選項中，選擇SimulintionParameter中。對仿真參數(shù)進行如下設(shè)置：Starttime:0.1;stoptime:2.03.2.3仿真結(jié)果及分析1.Kp的值不同時其輸出特性如圖16所示，a)為QUOTE錯誤!未找到引用源。，b）為QUOTE錯誤!未找到引用源。。(1）QUOTE錯誤!未找到引用源。(2）QUOTE錯誤!未找到引用源。圖16有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性上圖——轉(zhuǎn)速下圖——負(fù)載電流(1)圖中轉(zhuǎn)速為1449.75r/min，隨著負(fù)載電流的增加，轉(zhuǎn)速有所下降，在0.63s時，電流達到額定值52A，這時的轉(zhuǎn)速降為1442.5r/min，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為Δn=1449.75r/min-1442.5r/min=7.25r/min。(2)圖中為QUOTE錯誤!未找到引用源。時系統(tǒng)的特性，從轉(zhuǎn)速曲線可以看到，隨著放大倍數(shù)的增加，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降減小，靜特性的硬度增加，抗負(fù)載能力提高。2.不同給定值下系統(tǒng)的輸出穩(wěn)態(tài)特性，如圖17。(1）為QUOTE錯誤!未找到引用源。，轉(zhuǎn)速降為n=1449.75r/min-1442.5r/min=7.25r/min。(2)為QUOTE錯誤!未找到引用源。,轉(zhuǎn)速降為n=1433.75-1426.25r/min=7.6r/min。通過對比可以得出，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有很好的跟隨特性。(1）QUOTE錯誤!未找到引用源。(2）QUOTE錯誤!未找到引用源。圖17有靜差調(diào)速系統(tǒng)不同給定作用時的穩(wěn)態(tài)輸出特性3.2.4動態(tài)穩(wěn)定的判斷，校正和仿真按保證最小電流QUOTE錯誤!未找到引用源。時電流連續(xù)的條件(三相橋式整流電路QUOTE錯誤!未找到引用源。)計算電樞回路電感量，由于QUOTE錯誤!未找到引用源。取L=18mH=0.018H計算系統(tǒng)時間常數(shù)：電樞回路電磁時間常數(shù)電力拖動機電時間常數(shù)失控時間常數(shù)為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有代入具體數(shù)值并計算后得K<124.5,滿足K>60.1，穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)穩(wěn)定性在這里不矛盾。下面從原始系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性來分析研究閉環(huán)傳遞函數(shù)在一般情況下，QUOTE錯誤!未找到引用源。，因此項有兩個負(fù)實根，令其為QUOTE錯誤!未找到引用源。和QUOTE錯誤!未找到引用源。。也就是說，可將該項分解為兩個因式于是開環(huán)傳遞函數(shù)變成QUOTE錯誤!未找到引用源。，QUOTE錯誤!未找到引用源。，QUOTE錯誤!未找到引用源。，在這里，QUOTE錯誤!未找到引用源。是成立的。代入上式并分解因式，得根據(jù)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算的結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)已取為于是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為相應(yīng)的開環(huán)對數(shù)幅頻及相頻特性如圖，其中三個轉(zhuǎn)折頻率分別為利用margin命令函數(shù)n1=[062.53];d1=[0.1741];s1=tf(n1,d1);n2=[01];d2=[0.0161];s2=tf(n2,d2);n3=[01];d3=[0.001671];s3=tf(n3,d3);sys=s1*s2*s3;margin(sys)得出原始閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性如圖18：圖18原始系統(tǒng)的伯德圖由圖可見，相角裕度γ=12.9deg，幅值增益裕度GM=6.14dB，都是正值，所以閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。3.3無靜差調(diào)速系統(tǒng)3.3.1PI串聯(lián)校正的設(shè)計本系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器設(shè)計如下。根據(jù)原始系統(tǒng)對數(shù)幅頻和相頻特性圖可知：因此QUOTE錯誤!未找到引用源。代入數(shù)據(jù)，得按上述方法，取QUOTE錯誤!未找到引用源。，并使QUOTE錯誤!未找到引用源。，取QUOTE錯誤!未找到引用源。，在特性上查得相應(yīng)的QUOTE錯誤!未找到引用源。，因而QUOTE錯誤!未找到引用源。。從圖上看出已知QUOTE錯誤!未找到引用源。，因此QUOTE錯誤!未找到引用源。而QUOTE錯誤!未找到引用源。PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為最后，選擇PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。已知QUOTE錯誤!未找到引用源。，則QUOTE錯誤!未找到引用源。，取QUOTE錯誤!未找到引用源。。QUOTE錯誤!未找到引用源。,取QUOTE錯誤!未找到引用源。,驗證晶間管和整流裝置的傳遞函數(shù)是否滿足近似成一階慣性環(huán)節(jié)的條件，這個條件是：QUOTE錯誤!未找到引用源?！，F(xiàn)在，校正后系統(tǒng)的截止頻率QUOTE錯誤!未找到引用源。，而顯然，上述近似條件是成立的，設(shè)計有效。根據(jù)上述分析，加上PI校正后整個系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：代入數(shù)據(jù)得圖19校正后的伯德圖從圖可知，GM=24dB和γ=56.5deg都是正值，系統(tǒng)穩(wěn)定。圖20閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正(1)原始系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性(2)校正環(huán)節(jié)添加部分的對數(shù)幅頻和相頻特性(3)校正后系統(tǒng)的對數(shù)幅頻和相頻特性從圖20的對比中可以看出：校正后的系統(tǒng)的仰臥頻段的斜率變陡，說明校正后的系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度變好了（即靜差率變?。?；校正后的截止頻率變小了，說明PI校正犧牲了系統(tǒng)的快速性。3.3.2無靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型從上面的分析可以知，只要系統(tǒng)中含有積分環(huán)節(jié)，該系統(tǒng)就是無靜差的。無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖21，仿真模型如圖22。圖21無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(如圖21),選擇仿真模塊：使用constant模塊作為轉(zhuǎn)速給定電壓，ramp模塊作為負(fù)載擾動，并用staturation模塊限幅，選擇Gain模塊作為傳遞函數(shù)模塊，sum模塊作為信號綜合點，integrator模塊作為積分器，最后加上示波器。由此建立有靜差調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并用MATLAB軟件對系統(tǒng)進行仿真。圖22無靜差調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真模型3.3.3主要元件的參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速給定電壓、負(fù)載擾動、限幅值、傳遞函數(shù)、信號綜合點等模塊的參數(shù)設(shè)置與有靜差調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置相同。將有靜差調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)中的Kp比例環(huán)節(jié)換成積分環(huán)節(jié)，參數(shù)設(shè)置：分子為[0.1741],分母為[0.3850]。stoptime為3.0。3.3.4仿真結(jié)果及分析（1）其中給定為18V，給定和負(fù)載同時作用時的輸出波形如圖23所示圖23有靜差調(diào)速系統(tǒng)給定和負(fù)載圖24無靜差調(diào)速系統(tǒng)給定和負(fù)載同時作用時的穩(wěn)態(tài)特性同時作用時的穩(wěn)態(tài)特性與有靜差調(diào)速系統(tǒng)輸出波形圖相比較可知，加入無積分環(huán)節(jié)后，波形變得平滑了。3.4有靜差調(diào)速系統(tǒng)和無靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析設(shè)計3.4.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖25所示，將前述靜態(tài)比例環(huán)節(jié)Ks換為。圖25采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖仿真模型如圖26，其中微分環(huán)節(jié)的設(shè)置如圖所示。根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(如圖25),選擇仿真模塊：使用constant模塊作為轉(zhuǎn)速給定電壓，ramp模塊作為負(fù)載擾動，并用staturation模塊限幅，選擇Gain模塊作為傳遞函數(shù)模塊，sum模塊作為信號綜合點，Derivative模塊作為微分器，最后加上示波器。由此建立有靜差調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并用MATLAB軟件對系統(tǒng)進行仿真。圖26為添加恒定負(fù)載時的仿真模型。圖26單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)添加恒定負(fù)載時的動態(tài)仿真模型3.4.2參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速給定電壓、負(fù)載擾動、傳遞函數(shù)、信號綜合點等模塊的參數(shù)設(shè)置與有靜差調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置相同。其它參數(shù)設(shè)置如圖所示。3.4.3仿真結(jié)果及分析1.圖27為給定電壓時的輸出特性。圖28為給定電壓時的輸出特性。圖27有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為圖28有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為時的動態(tài)輸出特性時的動態(tài)輸出特性2.從圖27和圖28中可以看出有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速對于給定電壓具有很好跟隨性，給定電壓越大，最終轉(zhuǎn)速越高。且動態(tài)模型中，轉(zhuǎn)速會慢慢趨于穩(wěn)定。3.,,時的轉(zhuǎn)速輸出如圖29所示。此時仿真參數(shù)stoptime設(shè)為1.0s。從圖中可以看出，速度趨于穩(wěn)定的時間約為0.5s。但是當(dāng)Kp增大到40時，波形變得發(fā)散，說明Kp不能一直增大，否則會變得不穩(wěn)定。圖29給定為18V額定電流下的有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性4.圖30為用Ramp模塊加上staturation模塊限幅作為負(fù)載擾動。圖30給定為階躍函數(shù)時的有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)系統(tǒng)5.圖31為給定電壓時的輸出特性。圖32為給定電壓時的輸出特性。圖31有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為圖32有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為時的動態(tài)輸出特性時的動態(tài)輸出特性6.從圖31和圖32中也可以看出有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速對于給定電壓具有很好跟隨性，給定電壓越