1、帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1、應(yīng)用所學(xué)的交、直流調(diào)速系統(tǒng)的基本知識(shí)與工程設(shè)計(jì)方法，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，確定系 統(tǒng)的性能指標(biāo)與實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。2、 應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)， 通過(guò)在MATLAB件上建立運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)控制 系統(tǒng)進(jìn)行性能仿真研究，掌握系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。3、 在原理設(shè)計(jì)與仿真研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用PROTE進(jìn)行控制系統(tǒng)的印制板的設(shè)計(jì)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速閉環(huán)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì) 三、設(shè)計(jì)參數(shù)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:輸出功率為：7.5Kw 電樞額定電流36

2、A 額定勵(lì)磁電壓110V 電樞電阻0.2歐姆 電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)2S電樞額定電壓220V 額定勵(lì)磁電流2A功率因數(shù)0.85電樞回路電感 100mH電樞允許過(guò)載系數(shù)1.5額定轉(zhuǎn)速1430rpm測(cè)速發(fā)電機(jī)：永磁式，ZYS231/110型額定數(shù)據(jù)為 23.1W,110V,0.18A,1800r/min四、環(huán)境條件電網(wǎng)額定電:380/220V;電網(wǎng)電壓波動(dòng)：10%；環(huán)境溫度：-40+40攝氏度；環(huán)境濕度:1090%.五、控制系統(tǒng)性能指標(biāo)電流超調(diào)量小于等于 5%;空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量小于等于30%;調(diào)速范圍D= 20;靜差率小于等于0.03.六、問(wèn)題的提出眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果

3、沒(méi)有采取專(zhuān)門(mén)的限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)換向不利，對(duì)于過(guò)載能力低的晶閘管等電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不允許的。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（不管是比例控制的有靜差調(diào)速系統(tǒng)，還是比例積分控制的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)），當(dāng)突然加給定電壓 U*n時(shí)，由于系統(tǒng)存在的慣性，電動(dòng)機(jī)不 會(huì)立即轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un仍為零。因此加在調(diào)節(jié)器輸入端的偏差電壓，Un=U*n差不多是穩(wěn)態(tài)工作值的（1+K）倍。這時(shí)由于放大器和觸發(fā)驅(qū)動(dòng)裝置的慣性都很小，使功率 變換裝置的輸出電壓迅速達(dá)到最大值Udmax對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于全電壓起動(dòng)，通常是不允許的。對(duì)于要求快速啟制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，給定信號(hào)多半采用突加方式。另外，

4、有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況，例如挖土機(jī)、軋鋼機(jī)等，閉環(huán)系統(tǒng)特性很硬，若無(wú)限流措施，電流會(huì)大大超過(guò)允許值。如果依靠過(guò)電流繼電器或快速熔斷器進(jìn)行限流保護(hù)，一過(guò)載就跳閘或燒斷迷熔斷器，將無(wú)法保證系統(tǒng)的正常工作。為了解決反饋控制單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須設(shè)有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。 根據(jù)反饋控制的基本概念，要維持某個(gè)物理量基本不變，只要引入該物理的負(fù)反饋就可以了。所以，引入電流負(fù)反饋能夠保持電流不變，使它不超過(guò)允許值。但是，電流負(fù)反饋的引入會(huì)使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿足一般調(diào)速系統(tǒng)的要求，電流負(fù)反饋的限流作用只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常運(yùn)行時(shí)必須去掉， 使

5、電流能自由地隨著負(fù)載增減。這種當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才起作用的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋。七、電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)為了實(shí)現(xiàn)截止負(fù)反饋， 必須在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)的具體線路有不同形式，但是無(wú)論哪種形式，其基本思想都是將電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)， 然后去和一個(gè)比較電壓 Ucom進(jìn)行比較。電流負(fù)反饋信號(hào)的獲得可以采用在交流側(cè)的交流電 流檢測(cè)裝置，也可以采用直流側(cè)的直流電流檢測(cè)裝置，我們將在電流檢測(cè)裝置一節(jié)中作詳細(xì)介紹。最簡(jiǎn)單的是在電動(dòng)機(jī)電樞回路串入一個(gè)小阻值的電阻Rs, IdRs是正比于電流的電壓信號(hào)，用它去和比較電壓 Ucom進(jìn)行比較。當(dāng)ldRsUcom,電流負(fù)反饋信

6、號(hào) Ui起作用，當(dāng) IdRs Ucom電流負(fù)反饋信號(hào)被截止。 比較電壓Ucom可以利用獨(dú)立的電源， 在反饋電壓IdRs 和比較電壓Ucom之間串接一個(gè)二極管組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖(a)所示；也可以利用穩(wěn)壓管的擊穿電壓 Ubr作為比較電壓，組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖(b)所示。后者線路更為簡(jiǎn)單。3圖1電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)(a )禾9用獨(dú)立電源作比較電壓(b)利用穩(wěn)壓管獲得比較電壓八、帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)下圖給出了帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。圖中控制器采用PI調(diào)節(jié)器，電流反饋信號(hào)來(lái)自交流電流檢測(cè)裝置，與主電路電流Id成正比，反饋系數(shù)為 3,臨界截止電

7、流為Idcr，穩(wěn)壓管的擊穿電壓為 Ubr,于是圖2帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性如圖所示:圖3帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性顯然，在Id Ider時(shí)A, A-B段的靜特性則很陡，靜態(tài)速降很大。這種兩段式的特性常被稱(chēng)為下垂 特性或挖土機(jī)特性，因?yàn)橥谕翙C(jī)在運(yùn)行中如果遇到堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，這時(shí)I的電流稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)電流Idbl。電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=o,得Idbl 應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的允許最大電流（1.52.5 ） Inom,另一方面，從正常運(yùn)行特性nO-A這一段看, 希望有足夠的運(yùn)行范圍，截止電流Ider應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，例如取-1 -lJL。這些就是設(shè)計(jì)電流截止負(fù)反饋

8、環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。九、PWM寬調(diào)制9.1 PWM基本介紹自從全控型整流電力電子器件問(wèn)世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。PWM統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1: 10000左右；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)， 開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)效

9、率因數(shù)比相控整流器高。由于上述優(yōu)點(diǎn)，在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。9.2脈寬調(diào)制變換器在干線鐵道電力機(jī)車(chē)、工礦電力機(jī)車(chē)、城市電車(chē)和地鐵電機(jī)車(chē)等電力牽引設(shè)備上，常采用直流串勵(lì)或復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，由恒壓直流電網(wǎng)供電。 過(guò)去用切換電樞回路電阻來(lái)控制電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速，在電阻中耗電很大。為了節(jié)能，并實(shí)行無(wú)觸電控制，現(xiàn)在多改用電力電子 開(kāi)關(guān)器件，如快速晶閘管，GTO IGBT等。采用簡(jiǎn)單的單管控制時(shí)，稱(chēng)作直流斬波器，后來(lái)逐漸發(fā)展成采用各種脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)的電路，統(tǒng)稱(chēng)為脈寬調(diào)制變換器。直流斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理如圖 4a所示，其中VT用開(kāi)關(guān)符號(hào)表示任何一種電力電 子器件

10、，VD表示續(xù)流二極管。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，直流電源電壓Us加到電動(dòng)機(jī)上；當(dāng)VT關(guān)斷時(shí)， 直流電源與電機(jī)脫開(kāi)，電動(dòng)機(jī)電樞經(jīng)VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復(fù)，得到電樞端電壓波形u=f（t）,如圖4b所示，好象是電源電壓 Us在ton時(shí)間內(nèi)被接上，又在（T-ton ） 內(nèi)被斬?cái)啵史Q(chēng)為“斬波”。這樣，電動(dòng)機(jī)得到的平均電壓為：Ud=（ton/T）*Us=p *Us式中T-功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)周期ton-開(kāi)通時(shí)間p -占空比，p = ton/T= ton*f，其中圖4脈寬調(diào)制變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的原理圖和電壓波形圖a）原理圖b）電壓波形圖如圖5 a）所示，給出了一種可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1VT2

11、共4個(gè)電力電子開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成橋式（或稱(chēng)H形）可逆脈沖寬度調(diào)制（PULSEWIDTHMODULATIQN簡(jiǎn)稱(chēng)PWM變換器。VT1和VT4同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷， VT2和VT3同時(shí)通斷，使電動(dòng)機(jī) M的電樞兩 端承受電壓+ Us或-Us。改變兩組開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的時(shí)間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得 到電動(dòng)機(jī)兩端電壓波形如圖32 b）所示 YT1VT3 33圖5橋失可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)基本原理圖和電壓波形a)基本原理圖b)電壓波形如果用ton表示VT1和VT4導(dǎo)通的時(shí)間，開(kāi)關(guān)周期T和占空比p的定義和上面相同，則電動(dòng)機(jī)電樞端電壓平均值為：Ud=(ton/T)*Us- (T-ton ) / T* Us=(2*tonl T

12、-1 ) * Us= (2 p -1 ) *Us脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率 一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。9.3橋式可逆PWh變換器可逆PW諛換器主電路有多種形式，最常用的是橋式(亦稱(chēng) H型)電路，如圖6所示。Hk Q圖6橋式可逆PWM：換器雙極式控制可逆PWM：換器的4個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓波形如圖 7所示。U1VTLVT4VB2VD3圖7雙極式控制可逆 PWh變換器的驅(qū)動(dòng)電壓、輸出電壓和電流波形它們之間的關(guān)系是：Ug仁Ug4=-Ug2=-Ug3。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0 tton時(shí)，Uab=Us, 電樞電流

13、id沿回路1流通；當(dāng)ton wtT/2,則Uab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，t=T/2,平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。圖7所示的波形是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的情況。雙極式控制可逆 PWh變換器的輸出平均電壓為：Us （半 1）u若占空比P和電壓系數(shù)丫的定義與不可逆變換器相同，則在雙極式是可逆變換器中：丫=2 p -1就和不可逆變換器中的關(guān)系不一樣了。調(diào)速時(shí)，p的可調(diào)范圍為01，相應(yīng)的，丫 =(-1 ) ( +1)。當(dāng)p 1/2時(shí)，丫為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)p 1/2時(shí)，丫為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)； 當(dāng)p =1/2時(shí)，丫 =0,電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈

14、寬相 等的交變脈沖電壓，因而，電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。 但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。雙極式控制的橋式可逆 PW諛換器有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 電流一定連續(xù)；2) 可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；3) 電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；4) 低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1： 20000左右；5) 低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。雙極式控制方式的不足之處是：在工作過(guò)程中，4個(gè)開(kāi)關(guān)器件可能都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大，

15、而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的 驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。為了克服上述缺點(diǎn)，可采用單極式控制，使部分器件處于常通或常斷狀態(tài)，以減少開(kāi)關(guān)次數(shù)和開(kāi)關(guān)損耗，提高可靠性，但系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能會(huì)略有降低。十、反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程與參數(shù)計(jì)算10.1、根據(jù)以上數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)要求計(jì)算參數(shù)如下：(1)為了滿足D=20, sw 3%額定負(fù)載時(shí)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為nci1430 .3 r/min 2.21r/minD(1 s) 20 (1 0.03)n noms(2)根據(jù) 門(mén)。，求出系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)I RnomCe n cl36 0.210.149 2.212

16、0.9式中CeU nom I nom Ran nom(22 36 .2)V0.149V min/r1430r / min(3)計(jì)算測(cè)速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和參數(shù)對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好，測(cè)速反饋系數(shù)a包含測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比Cetg和電位器的分壓系數(shù)2，即a=2 Cetg根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)，110VCetg0.0611V min/r1800r /min試取20.2 ,如測(cè)速發(fā)電機(jī)與主電動(dòng)機(jī)直接聯(lián)接，則在電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速成1460r/min下，反饋電壓為Un0.0611V 如 0.217.47Vminr若直流穩(wěn)壓電源為土 20V,可以滿足需要，因

17、此所取相應(yīng)的最大給定電壓約需用18Vo的值是合適的。于是，測(cè)速反饋系數(shù)為2Cetg0.2 0.0611V如 0.01222V.min/r r電位器的選擇方法如下： 考慮測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的確 20%這樣，測(cè)速機(jī)電樞壓降對(duì)檢測(cè)信號(hào)的線性度影響較小，于是Rrf空仁 0.0611 1430242720%I n omtg0.2 0.18此時(shí)RP2所消耗的功率為C etg nnom 20%I n omtg 0.0611 1430 20% 0.18 3.15W為了使電位器溫度不是很高，實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故選RF2為10W3k Q的可調(diào)電位器。(4)計(jì)算運(yùn)算放大器的放大

18、系數(shù)和參數(shù)KpKCe20.9 0.1496.40.01222 40實(shí)取Kp 7按運(yùn)算放大器參數(shù)，取 R040KRi KpRo 7 40K280K(5)反饋電壓U n nnom 1430 0.01222V17.5V10.2、各部件相關(guān)參數(shù)選擇10.2.1 電源：采用正反電源供電，即一端輸出15V，另一端輸出-15V，中間處為零伏、 接地。10.2.2 電位器RP1:選擇-15V+15V輸出，中間接地，即 U；max 15V 。10.2.3 限幅裝置：為保證輸出地線性關(guān)系，采用齊納二極管反向擊穿限幅，同時(shí)為保證能反向限幅，用兩個(gè)齊納二極管串聯(lián)。限幅值為12V，即U cmax 12V 。限幅電路圖如

19、下圖 &圖510.2.4 UPE 環(huán)節(jié)的原理圖設(shè)計(jì)，該環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)的計(jì)算:UPE環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖9：準(zhǔn)確的(b)近似的圖9整流電路：采用三相半波整流，為實(shí)現(xiàn)逆變，用兩套三相半波，反向連接。采用/2配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，此時(shí)需要串接電抗器，限制環(huán)流值在額定直流輸出電流的3%10%當(dāng)導(dǎo)通角a30。時(shí)，電流連續(xù) 則UdI.I7U2COS ,由于Ud UN即小于電動(dòng)機(jī)額定電壓1. 17U2 cosUn則U2Un.T. 17 cos及 U 2max Un/1.17341.88V 取 U2220v，則 U dmax 1.17U 2257.4v 貝 V電力電子放大器的電壓放大系數(shù)KS

20、257.4/12 21.45Idmin 10%I n 電抗器 L=89.2mH三相半波失控時(shí)間Ts 3.33ms電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) T|=0.446s在三相半波整流電路中，如果負(fù)載電動(dòng)機(jī)按電感性負(fù)載處理，晶閘管承受的最大正向和反向電壓均為變壓器二次側(cè)線電壓的峰值,即Urm2, 3U22.45U2539vUfm 2U 2311v 晶O按電阻性負(fù)載處理，則其最高正壓是二次側(cè)相電壓的峰值，即:閘管的額定電壓選用時(shí)，額定電壓為正常峰值電壓的23倍，作為允許的操作過(guò)電壓欲量。晶閘管的額定電壓取：UN (23)UFm，因此可取Un =900V。選擇晶閘管參數(shù)如下：電壓U=1500v，電流 l=25A 0

21、10.3、電流截止負(fù)反饋電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)如圖10所示：當(dāng) 1 dRsUcom 時(shí)二極管截止,1 dRs10即可加到放大器上去,因此,截止電流1 dcrUcom，R，堵轉(zhuǎn)電流1 dblUcom*UnRs聯(lián)立上式1 dcrUcom/Rs(1. 1Idbl?U? +U comRs1 dbl(UcomURs= 2In = 2 X36A=72AUcom 時(shí)二極管導(dǎo)通;電流負(fù)反饋信號(hào)Ui1.2)I n(1. 52)1又截止電流 Ider = URm=1.2IN=1.2 X36 = 43.2A由上面兩個(gè)公式聯(lián)立可得:比較電壓Ucm=22.5V串入電樞回路中的小阻值電阻Rs=0.52Matlab仿真根據(jù)系統(tǒng)

22、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（如圖11）,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(dòng)，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(hào)綜合點(diǎn)，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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真（注意：在接線時(shí)，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，提示顏色為紅色）。EilaGmts二二卜fV號(hào)出El曲算習(xí)E 車(chē)圖11有靜差調(diào)速系統(tǒng)11.1、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Un和反饋電壓Un的差經(jīng)過(guò)放大器后產(chǎn)生的，所以二者的差不會(huì)很大，于是取 Un 18V，即常量值（consta

23、nt value ）設(shè)為18。采用斜 坡函數(shù)，并加上staturatio n模塊作為限幅。在電路圖的Simulink 菜單選項(xiàng)中，選擇 Simulintion Parameter 中。對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置：Start time:0.1; stop time:2.011.2、仿真結(jié)果及分析1.Kp的值不同時(shí)其輸出特性如圖12所示，a）為Kp 17，b）為Kp 40。(1 ) Kp 17(2) Kp 40圖12有靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性上圖一一轉(zhuǎn)速下圖一一負(fù)載電流(1) 圖中Kp 17轉(zhuǎn)速為1446.1914r/mi n ，隨著負(fù)載電流的增加，轉(zhuǎn)速有所下降，在0.5s 時(shí)，電流達(dá)到額定值 36A，

24、這時(shí)的轉(zhuǎn)速降為1442.7866r/mi n ，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為n=1446.1914r/mi n-1442.7866r/mi n=3.4048r/mi n。(2) 圖中為Kp 40時(shí)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13。(1 )為 Un 18V，轉(zhuǎn)速降為n=1461.487r/min-1460.025r/min=1.462r/min。 為 Un 17.8V ,轉(zhuǎn)速降為n=1445.244-1443.7823r/min=1.4617r/min通過(guò)對(duì)比可以得出，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有很好

25、的跟隨特性。(1) U；18V(2)U；17.8V圖13有靜差調(diào)速系統(tǒng)不同給定作用時(shí)的穩(wěn)態(tài)輸出特性11.3、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的判斷，校正和仿真為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有Tm(TlTs)Ts2TiTs代入具體數(shù)值并計(jì)算后得K20.9，穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性在這里不矛盾。有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型U a蟲(chóng)入uII#En(?)4Ks/TsS+lpjA(i/r/hs+irAte+-1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)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Ks圖14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14,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11）,選擇仿真模塊：使用constant模

26、塊作為轉(zhuǎn)速給定電壓， ramp模塊作為負(fù)載擾動(dòng)，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(hào)綜合點(diǎn)，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件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。用Ramp模塊加上staturation模塊限幅作為負(fù)載擾動(dòng)。D笳P號(hào) 蘭 t PC t顧-i iJ理？ 臚 止IB 嚴(yán)Bari圖15給定為階躍函數(shù)時(shí)的有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)11.4、圖16為給定電壓U n 18V時(shí)的輸出特性。圖17為給定電壓U n 20V時(shí)的輸出特性。SI 3盤(pán)陽(yáng)苦蘆爐托礙陥口1QDD圖16有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為U；18V時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出特性圖17有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定作為U；20V時(shí)的動(dòng)態(tài)輸出特性11.5、從圖16和圖17中也可以看出有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速對(duì)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(dòng)態(tài)模型中，轉(zhuǎn)速會(huì)慢慢趨于穩(wěn)定。十二、心得體會(huì)本課程的課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)完電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程后，進(jìn)行的一次全面的綜合訓(xùn)練，其目的在于加深對(duì)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)理論知識(shí)的理解