1、邢臺學院物理系自動控制理論課程設計報告書 設計題目： 時域法分析電機控制系統的動態及穩態性能 專 業： 物理系自動化 _班 級： _學生姓名: 學 號: 指導教師： 年 月 日邢臺學院物理系課程設計任務書專業： 自動化 班級： 學生姓名學號課程名稱自動控制原理設計題目時域法分析電機控制系統的動態及穩態性能設計目的、主要內容（參數、方法）及要求目的：利用時域法分析電機控制系統的動態及穩態性能內容：1.時域分析法的相關計算2 直流電動機3 直流電動機雙閉環調速系統的仿真與研究工作量二周進度安排3月11日至3月13日，準備資料；3月13日至3月22日，編寫；3月23日至3月24日，制圖。主要參考資料

2、1 謝紅衛. 現代控制系統. 高等教育出版社，20072 胡壽松. 自動控制原理. 科學出版社，20073 黃忠霖. 自動控制原理的matlab實現. 國防工業出版社，,20074黃紹平，李永堅，工礦自動化，基于matlab的直流電動機斬波調速系統仿真研究， 2005年2月第1期；5高玉奎，中國電力出版社，電力電子技術問答；（第版）6戶宴如，耿蘇燕，高等教育出版社，模擬電子技術（第版）指導教師簽字系主任簽字 年 月 日 摘要直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內實現平滑調速，并且直流調速系統在理論和實踐上都比較成熟，是研究其它調速系統的基礎。而用matlab軟件對直流調速系統進行虛擬

3、環境下的仿真研究，不僅使用方便，也大大降低了研究成本。本文敘述了直流電動機的基本原理和調速原理，介紹了直流電動機開環和雙閉環調速系統的組成及靜、動態特性，并且根據直流電動機的基本方程建設立了調速系統的數學模型，給出了動態結構框圖，用工程設計方法設計了直流電動機雙閉環調速系統。最后，用matlab仿真軟件搭建了仿真模型，對調速系統進行了仿真研究。通過對直流電動機雙閉環調速系統動態特性的研究與仿真，可以清楚地看到，直流電動機雙閉環調速系統具有較好的動態性能，可以在給定調速范圍內，實現無靜差平滑調速，這為直流電動機調速系統的硬件實驗提供了理論依據。關鍵詞：上升時間 峰值時間 超調量 調節時間，直流調

4、速 雙閉環系統 電流調節器 轉速調節器 計算機仿真目 錄1.時域分析法的相關計算11.1控制系統的動態性能指標21.1.1跟隨性能指標21.1.2抗擾性能指標31.1.3 動態降落31.1.4 恢復時間42 直流電動機42.1 直流電動機簡介42.1.1 直流電動機的工作原理42.1.2 直流電動機的運行特性52.1.3 直流電動機的起動與調速62.2 轉速控制的要求和調速指標82.3 雙閉環直流調速系統102.3.1 雙閉環直流調速系統的組成及其靜特性102.3.2 雙閉環直流調速系統的數學模型和動態性能143 直流電動機雙閉環調速系統的仿真與研究153.1 雙閉環調速系統的仿真163.2

5、仿真結果分析24總結25參 考 文 獻251.時域分析法的相關計算性能(a) 上升時間由(b) 峰值時間由及(c) 最大超調量由及(d) 調整時間近似公式：時， 2 直流電動機調速系統1.1控制系統的動態性能指標1.1.1跟隨性能指標 在給地鬼信號或參考輸入信號的作用下，系統輸出量的變化情況可用跟隨性能指標來描述。當給定信號變化不同時，輸出響應也不一樣。通常以輸出量的初始值為零時給定階躍信號變化相愛的過渡過程作為典型的跟隨過程，這時的輸出量的動態響應應稱作階躍相應。常用階躍響應跟隨性能指標有上升時間、超調量和調節時間。圖18階躍響應 （1） 上升時間 圖18匯出了階躍響應的跟隨過程，圖中的是輸

6、出量c的穩態值。在跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到所經過的時間稱作上升時間，它表示動態相應的快速性。 （2）超調量與峰值時間 在階躍響應過程中，超過以后，輸出量有可能繼續升高，到峰值時間以后，輸出連那個有可能繼續升高，到峰值時間是達到最大值，然后回落。超過穩態值的百分數叫做超調量，即 （式4-10）超調量反映系統系統的相對穩定性。超調量越小，相對穩定穩定性越好。 （3） 調節時間 調節時間又稱過渡過程時間，它衡量輸出量整個調節過程的快慢。理論上，線性系統的輸出過渡過程要到才穩定，但實際上由于存在各種非線性因素，過渡過程到一定時間就終止了。為了在線性系統階躍響應曲線上表示調節時間，認定穩態值

7、上下的范圍為允許誤差帶，將輸出量達到并不再超出該誤差帶所需時間定義為調節時間。顯然，調節時間按及反應了系統的快速性，也包含著它的穩定。1.1.2抗擾性能指標控制系統穩定運行中，突加一個是輸出量降低的擾動量f以后，輸出量由降低到恢復的過渡過程是典型的抗擾過程，如圖19所示。常用的抗干擾性能指標為動態降落和恢復時間。圖19 抗擾性能1.1.3 動態降落 系統穩定運行時，突加一個約定的標準負擾動量，所引起的輸出量最大降落值稱作動態降落。一般用占輸出量原穩態值的百分數來表示。輸出 量在動態降落后逐漸恢復，達到新的穩態值，是系統在該擾動作用下的穩態誤差，級靜差。動態降落一班都大于穩態誤差。調速系統突加額

8、定負載擾動時轉速的動態降落稱作動態速降。1.1.4 恢復時間 從階躍擾動作用開始，到輸出量基本上恢復穩態，距新穩態值之差進入某基準值的范圍之內所需要的時間，定義為恢復時間，其中稱作抗擾指標中輸出量的基準值，視具體情況選定。如果允許的動態降落較大，就可以新穩態值作為基準值。如果允許的動態降落較小，例如小于，則按進入范圍來定義的恢復時間按只能為零，就沒有意義了，所以必須選擇一個比穩態值更小的作為基準值。實際的工程實踐中控制系統對于各種動態性能指標的要求各有不同。可逆運行并且連續正反轉的點擊對轉速的動態跟隨性能和抗擾性能都有較高的要求，而一般生產中用的不可你調速系統則主要要求一定的轉速抗擾性能，其跟

9、隨性能如何沒有多大關系。一班來說調速系統的動態性能指標以抗擾性能為主，而隨動系統的動態指標則以跟隨性能為主。2 直流電動機2.1 直流電動機簡介2.1.1 直流電動機的工作原理圖2-1表示是一臺最簡單的兩極直流電機模型，它的固定部分(定子)上，裝設了一對用直流勵磁的主磁極n和s，在旋轉部分(轉子)上裝設電樞鐵心。定子與轉子之間有一氣隙。電樞鐵心上裝置了由a和x兩根導體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別接到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片,換向片之間互相絕緣。由換向片構成的整體稱為換向器，固定在轉軸上。在換向片上放置著一對固定不動的電刷b1 和b2，當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與

10、外電路接通。圖2-1 最簡單的兩極直流電機模型如果將直流電壓直接加到線圈ax上，導體中就有直流電流通過。設導體中的電流為，載流導體在磁場中將受到電磁力的作用，線圈上的電磁轉矩則為 式中，da為電樞的外徑。由于電流為恒定，一周中磁通密度的方向為一正一負，因此電磁轉矩txa將是交變的，無法使電樞持續旋轉。然而在直流電動機中，外加電壓并非直接加于線圈，而是通過電刷b1、b2和換向器再加到線圈上，這樣情況就不同。因為電刷b1 和b2靜止不動，電流總是從正極性電刷b1 流入，經過處于n極下的導體，再經處于s極下的導體，由負極性電刷b2流出；故當導體輪流交替地處于n極和s極下時，導體中的電流將隨其所處磁極

11、極性的改變而同時改變其方向，從而使電磁轉矩的方向始終保持不變，并使電動機持續旋轉。此時換向器起到將外電路的直流，改變為線圈內的交流的“逆變”作用。這就是直流電動機的工作原理。2.1.2 直流電動機的運行特性直流電動機的運行特性主要有兩條:一條是工作特性，另一條是機械特性，即轉速-轉矩特性。分析表明，運行性能因勵磁方式不同而有很大差異，下面主要對并勵電動機的運行特性加以研究。工作特性是指電動機的端電壓u=un，勵磁電流if=ifn時，電動機的轉速n、電磁轉矩te和效率與輸出功率的關系，即n，。由于實際運行中較易測得，且隨的增大而增大，故也可把工作特性表示為n，。上述條件中，為額定勵磁電流，即輸出

12、功率達到額定功率、轉速達到額定轉速時的勵磁電流。先看轉速特性。從電動勢公式和電壓方程可知 （2-1）上式通常稱為電動機的轉速公式。此式表示，在端電壓u、勵磁電流均為常值的條件下，影響并勵電動機轉速的因素有兩個：一是電樞電阻壓降；二是電樞反應。當電動機的負載增加時，電樞電流增大，使電動機的轉速趨于下降；電樞反應有去磁作用時，則使轉速趨于上升；這兩個因素的影響部分地互相抵消，使并勵電動機的轉速變化很小。實用上，為保證并勵電動機的穩定運行，常使它具有稍微下降的轉速特性。并勵電動機在運行中，勵磁繞組絕對不能斷開。若勵磁繞組斷開，=0，主磁通將迅速下降到剩磁磁通，使電樞電流迅速增大。此時若負載為輕載，則

13、電動機的轉速迅速上升，造成“飛車”；若負載為重載，所產生的電磁轉矩克服不了負載轉矩，則電動機可能停轉，使電樞電流增大到起動電流，引起繞組過熱而將電機燒毀。這兩種情況都是危險的。機械特性是指，勵磁回路電阻=常值時，電動機的轉速與電磁轉矩的關系。2.1.3 直流電動機的起動與調速(1) 直流電動機的啟動直流電動機接到電源以后，轉速從零達到穩態轉速的過程稱為起動過程。對電動機起動的基本要求是： 起動轉矩要大； 起動電流要小； 起動設備要簡單、經濟、可靠。直流電動機開始起動時，轉速，電樞的感應電動勢，電樞電阻又很小，因而起動電流將達到很大的數值，常須加以限制。另一方面，起動轉矩，減小起動電流將使起動轉

14、矩隨之減小。這是互相矛盾的。通常采用保證足夠的起動轉矩下盡量減小起動電流的辦法，使電動機起動。直流電動機常用的起動方法有三種： 直接起動； 接入變阻器起動； 降壓起動。(2) 直流電動機速度的調節電動機是用以驅動生產機械的，根據負載的需要，常常希望電動機的轉速能在一定甚至是寬廣的范圍內進行調節，且調節的方法要簡單、經濟。直流電動機在這些方面有其獨到的優點。直流電動機轉速和其他參量之間的穩態關系可表示為式中轉速（r/min）； 電樞電壓（）；電樞電流（）；電樞回路總電阻（）；勵磁磁通（b）；由電機結構決定的電動勢常數。在上式中，是常數，電流是由負載決定的，因此調節電動機的轉速可以有三種方法： 調

15、節電樞供電電壓； 減弱勵磁磁通； 改變電樞回路電阻。對于要求在一定范圍內無級平滑調速的系統來說，以調節電樞電壓的方式為最好。改變電阻只能實現有級調速；減弱磁通雖然能夠平滑調速，但調速范圍不大，往往只是配合調壓方案，在基速（額定轉速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流調速系統往往以變壓調速為主1。2.2 轉速控制的要求和調速指標任何一臺需要控制轉速的設備，其生產工藝對調速性能都有一定的要求。例如，最高轉速與最低轉速之間的范圍，是有級調速還是無級調速，在穩態運行時允許轉速波動的大小，從正轉運行變到反轉運行的時間間隔，突加或突減負載時允許的轉速波動，運行停止時要求的定位精度等等。歸納起來，

16、對于調速系統轉速控制的要求有以下三個方面：(1) 調速。在一定的最高轉速和最低轉速范圍內，分檔地（有級）或平滑地（無級）調節轉速。(2) 穩速。以一定的精度在所需轉速上穩定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉速波動，以確保產品質量。(3) 加、減速。頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產率；不宜經受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩。為了進行定量的分析，可以針對前兩項要求定義兩個調速指標，叫做“調速范圍”和“靜差率”。這兩個指標合稱調速系統的穩態性能指標。(1) 調速范圍生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母d表示，即 （22）其中，和一般都指電動機額

17、定負載時的最高和最低轉速，對于少數負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的最高和最低轉速。 (2) 靜差率當系統在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降落，與理想空載轉速之比，稱作靜差率s，即 （2-3）或用百分數表示 (2-4)顯然，靜差率是用來衡量調速系統在負載變化時轉速的穩定度的。它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差率越小，轉速的穩定度就越高。然而靜差率與機械特性硬度又是有區別的。一般變壓調速系統在不同轉速下的機械特性是互相平行的，對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩定度也就越差。由此可見，調速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤

18、立的，必須同時提才有意義。在調速過程中，若額定速降相同，則轉速越低時，靜差率越大。如果低速時的靜差率能滿足設計要求，則高速時的靜差率就更能滿足要求了。因此，調速系統的靜差率指標應以最低速進所能達到的數值為準。(3) 直流變壓調速系統中調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系在直流電動機變壓調速系統中，一般以電動機的額定轉速作為最高轉速，若額定負載下的轉速降落為，則按照上面分析的結果，該系統的靜差率應該是最低速時的靜差率，即 (2-5)于是，最低轉速為 (2-6)而調速范圍為 (2-7)將上面的式代入，得 （2-8）式（2-4）表示變壓調速系統的調速范圍、靜差率和額定速降之間所應滿足的關系。對于同一

19、個調速系統，值一定，由式（2-4）可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求值越小時，系統能夠允許的調速范圍也越小。2.3 雙閉環直流調速系統2.3.1 雙閉環直流調速系統的組成及其靜特性采用pi調節的單個轉速閉環直流調速系統可以在保證系統穩定的前提下實現轉速無靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態速降小等等，單閉環系統就難以滿足需要。這主要是因為在單閉環系統中不能隨心所欲地控制電流和轉矩的動態過程。在單閉環直流調速系統中，電流截止負反饋環節是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態波形。帶電流

20、截止負反饋的單閉環直流調速系統中，起動電流突破以后，受電流負反饋的作用，電流只能再升高一點，經過某一最大值后，就降低下來，電機的電磁轉矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。對于經常正、反轉運行的調速系統，例如龍門刨床、可逆軋鋼機等，盡量縮短起、制動過程的時間是提高生產率的重要因素。為此，在電機最大允許電流和轉矩受限制的條件下，應該充分利用電機的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許的最大值，使電力拖動系統以最大的加速度起動，到達穩態轉速時，立即讓電流降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩態運行。實際上，由于主電路電感的作用，電流不可能突跳。為了實現在允許條件下的最快起動，關鍵

21、是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。問題是，應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉速負反饋，達到穩態轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再讓電流負反饋發揮作用。要想既存在轉速和電流兩種負反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用，只用一個調節器顯然是不可能的，可以考慮采用轉速和電流兩個調節器。(1) 轉速、電流雙閉環直流調速系統的組成為了實現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統中設置兩個調節器，分別調節轉速和電流，即分別引入轉速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯

22、接，如圖2-3所示。把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制電力電子變換器upe。從閉環結構上看，電流環在里面，稱作內環；轉速環在外邊，稱作外環。這就形成了轉速、電流雙閉環調速系統。為了獲得良好的靜、動態性能，轉速和電流兩個調節器一般都采用pi調節器，這樣構成的雙閉環直流調速系統的電路原理圖如圖2-4所示。圖中標出了兩個調節器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖中還表示了兩個調節器的輸出都是帶限幅作用的，轉速調節器asr的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最大值，電流調節器acr的輸出限幅電壓限

23、制了電力電子變換器的最大輸出電壓。圖2-3 轉速、電流雙閉環直流調速系統圖2-4 雙閉環直流調速系統電路原理圖(2) 穩態結構框圖和靜特性為了分析雙閉環調速系統的靜特性，必須先會出它的穩態結構框圖，如圖2-5所示。它可以很方便地根據原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示pi調節器就可以了。分析靜特性的關鍵是掌握這樣的pi調節器的穩態特征，一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅值。當調節器飽和時，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使調節器退出飽和；換句話說，飽和的調節器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯系，相當于使該調節環開環。當調節器不飽和時，pi的作

24、用使輸入偏差電壓在穩態時總為零。圖2-5 雙閉環直流調速系統的穩態結構框圖實際上，在正常運行時，電流調節器是不會達到飽和狀態的。因此，對于靜特性來說，只有轉速調節器飽和與不飽和兩種情況。 轉速調節器不飽和時，兩個調節器都不飽和，穩態時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此由第一個關系式可得 （2-9）此時，由于asr不飽和，從上述第二個關系式可知。 轉速調節器飽和時，asr輸出達到限幅值，轉速外環呈開環狀態，轉速的變化對系統不再產生影響,雙閉環系統變成一個單閉環調節系統。穩態時 （2-10）其中，最大電流是由設計者選定的，取決于電動機的容許過載能力和拖動系統允許的最大加速度。雙閉環調速系統的靜特性在

25、負載電流小于時表現為轉速無靜差，這時，轉速負反饋起主要調節作用。當負載電流達到時，對應于轉速調節器的飽和輸出，這時，電流調節器起主要調節作用，系統表現為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個pi調節器分別形成內、外兩個閉環的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負反饋的單閉環系統靜特性好。然而，實際上運算放大器的開環放大系數并不是無窮大，特別是為了避免零點漂移而采用“準pi調節器”時，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差。2.3.2 雙閉環直流調速系統的數學模型和動態性能(1) 雙閉環直流調速系統的動態數學模型雙閉環直流調速系統的動態結構框圖如圖2-6所示。圖中和分別表示轉速調節器和電流

26、調節器的傳遞函數。圖2-6 雙閉環直流調速系統的動態結構框圖(2) 動態抗擾性能分析一般來說，雙閉環調速系統具有比較滿意的動態性能。對于調速系統，最重要的動態性是抗擾性能，主要是抗負載擾動和抗電網電壓擾動的性能。 抗負載擾動由圖26可以看出，負載擾動作用在電流環之后，因此只能靠轉速調節器asr來產生抗負載擾動的作用。在設計asr時，應要注有較好的抗擾性能指標。 抗電網電壓擾動電網電壓變化對調速系統也產生擾動作用。和都作用在被轉速負反饋環包圍的前向通道上，僅就靜特性而言，系統對它們的抗擾效果是一樣的。但從動態性能上看，由于擾動作用點不同，存在著能否及時調節的差別。負載擾動能夠比較快地反映到被調量

27、n上，從而得到調節，而電網電壓擾動的作用點離被調量稍遠，調節作用受到延滯，因此單閉環調速系統抑制電壓擾動的性能要差一些。在雙閉環系統中，由于增設了電流內環，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節，不必等它影響到轉速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。因此，在雙閉環系統中，由電網電壓波動引起的轉速動態變化會比單閉環系統小得多。(3) 轉速和電流兩個調節器的作用綜上所述，轉速調節器和電流調節器在雙閉環直流調速系統中的作用可分別歸納如下。 轉速調節器的作用：a 轉速調節器是調速系統的主導調節器，它使轉速n很快地跟隨給定電壓變化，穩態時可減小轉速誤差，如果采用pi調節器，則可實現無靜差。b 對負載

28、變化起抗擾作用。c 其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。 電流調節器的作用：a 作為內環的調節器，在轉速外環的調節過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環調節器的輸出量）變化。b 對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。c 在轉速動態過程中，保證獲得電動機允許的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統立即自動恢復正常。這對系統的可靠運行來說是十分重要的。3 直流電動機雙閉環調速系統的仿真與研究3.1 雙閉環調速系統的仿真為了使雙閉調速環系統的研究更有意義，為此先做一個開環調速系統的matlab仿真，不但可以用于比較，也對下面雙閉環模型的順利完成起到幫助作用。從power syst

29、em和simulink模塊庫中找出對應的模塊，按系統的結構進行連接得到開環調速系統的matlab仿真圖，如圖31所示。圖3-1 開環調速系統的仿真模型系統的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。開環直流調速系統的主電路由三相對稱交流電壓源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。但是，由于同步脈沖觸發器和晶閘管整流橋是不可分割的兩個環節，通常作為一個組合體來討論，所以將觸發器歸到主電路進行建模。接下來對模塊參數的設置和仿真參數的設置作個簡單介紹。(1) 三相對稱交流電壓源的參數設置雙擊a相交流電壓源圖標，打開電壓源參數設置對話框，a相交流電源參數設置：幅值取135v、初相角設置成

30、、頻率為50hz、其它為默認值。b、c相交流電源參數設置方法與a相相同，除了將初相位設置成互差外，其他參數與a相相同。由此可得到三相對稱交流電源。(2) 晶閘管整流橋的參數設置雙擊模塊圖標打開scr整流橋參數設置對話框，橋臂數取3，電力電子元件選擇晶閘管。(3) 平波電抗器的參數設置打開平波電抗器的參數設置對話框，參數設置為電感值7e-03h，電阻值為0，電容值為inf，其它參數為默認值。(4) 直流電動機的參數設置雙擊直流電機圖標，打開直流電機的參數設置對話框，按計算結果設定電樞電流、勵磁電流、電磁轉矩等相關參數。(5) 同步6脈沖觸發器的參數設置雙擊模塊打開參數設置對話框，將頻率設為50，

31、步長設為90。(6) 轉速給定模塊的參數設置雙擊打開模塊，將給定電壓設為10v。(7) 仿真參數的設置按快捷鍵“ctrl+e”打開仿真參數設置對話框，將start time設為0，stop time設為2，仿真算法選變步長解法中的“ode23tb”。參數設置完后，我們分別在不同負載下研究仿真波形。在空載（0n.m）、任意負載（50n.m）、額定負載（171.4n.m）下運行仿真系統，分別作出轉速和電樞電流的仿真波形。波形圖見32和33。圖3-2 不同負載下開環調速系統轉速波形圖3-3 不同負載下開環調速系統的電樞電流波形雖然開環調速系統能實現一定范圍內的無級調速，但在工業生產部門，常對靜差率和

32、調速范圍都有一定的要求。要求靜差率不能太大，而且對調速范圍也有嚴格的限制，這時開環調速往往不能滿足要求，進行雙閉環調速系統的研究就顯得很重要。雙閉環調調速系統的仿真模型只是在開環的基礎上增加了轉速和電流調節模塊及限幅模塊，其仿真模型如圖3-4所示。參數的設置也基本一樣，只要將轉速和電流調節器模塊中的比例系數等相關數據按設計實例中的計算結果代入即可。雙閉環系統仿真模型搭建完畢，我們分別在不同負載下研究仿真波形。 在空載（0n.m）、任意負載（50n.m）、額定負載（171.4n.m）下運行仿真系統，分別作出轉速和電樞電流的仿真波形。波形圖見3-5和3-6； 在空載（0n.m）下分別運行開環和雙閉

33、環仿真系統，分別作出轉速和電樞電流的仿真波形，如圖3-7和3-8； 在任意負載（50n.m）下分別運行開環和雙閉環仿真系統，分別作出轉速和電樞電流的仿真波形，如圖3-9和3-10； 在額定負載（171.4n.m）下分別運行開環和雙閉環仿真系統，分別作出轉速和電樞電流的仿真波形，波形圖見3-11和3-12。圖3-4 雙閉環調速系統的仿真模型圖3-5 不同負載下雙閉環調速系統的轉速波形圖3-6 不同負載下雙閉環調速系統的電樞電流波形圖3-7 空載時開環和閉環調速的轉速波形圖3-8 空載時開環和閉環調速的電樞電流波形圖3-9 任意負載(設為50n.m)時的開環和閉調速的轉速波形圖3-10 任意負載(

34、設為50n.m)時的開環和閉環調速的電樞電流波形圖3-11 額定負載時開環和閉環調速的轉速波形圖3-12 額定負載時開環和閉環調速的電樞電流波形3.2 仿真結果分析由圖3-2、3、5、6可見，不論是開環調速還是雙閉環調速，轉速和電樞電流都是經過了上升、下降、保持恒定這一過程。不同的是，負載從空載到額定負載變化的過程中，隨著負載的增大，轉速的穩態值越來越小，而電樞電流的穩態值越來越大，至額定負載時，轉速和電樞電流分別達到額定值。由圖3-7至3-12可見，在同一負載時，起動過程中，雙閉環調速下的轉速與開環調速下的轉速相比有如下特點：(1) 轉速上升比較平穩；(2) 轉速超調量較小；(3) 動態速降

35、小，穩態精度高。電樞電流相比有如下特點：(1) 電樞電流最大值不會超過額定值太多；(2) 電樞電流的調整時間要長一點。從以上分析可知，雙閉環調速系統能在一定范圍內平滑調速，在靜差率一定的情況下，具有更寬的調速范圍；也正是由于其轉速超調量小，穩態精度高，說明其動態性能較好，滿足生產部門機械裝置調速的要求。總 結課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發展的日新月異，雙閉環直流調速已經成為當今電機調速系統應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握雙閉環直流調速技術是十分重要的。通過本次課程設計，我意識到只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到了很多問題，同時也發現了自己的不足之處，意識到自己對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這也將為我今后的學習和工作產生積極的影響。本課程設計在參考了眾多同學的設計主要是網絡上的一些相同專業的前輩的設計的