廣場智能化工程與系統(tǒng)集成的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(論 文)</p><p>　　系 別 電子與信息工程學院 </p><p>　　專 業(yè) 電子信息工程 </p><p>　　班 級 08建筑電氣與智能化（1）班 </p><p>　　

2、學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　設(shè)計課題 某金融廣場智能化工程與系統(tǒng)集成的設(shè)計與研究</p><p>　　——總體方案設(shè)計與集成</p><p>　　指導(dǎo)教師

3、 </p><p>　　2012年6月10日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角α大小來調(diào)節(jié)電壓。基于設(shè)計題目，直流電動機調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采

4、用了三相全控橋整流電路來供電。本文首先確定整個設(shè)計的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計，同時對其參數(shù)的計算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護電路的參數(shù)計算。接著驅(qū)動電路的設(shè)計包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)計。最后，即本文的重點設(shè)計直流電動機調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為對象來設(shè)計直流電動機調(diào)速控制器。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引

5、入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋，二者之間實行嵌套聯(lián)接。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計各元部件，并對其參數(shù)的計算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計算然后最后采用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進行了仿真分析，</p><p>　　關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器<

6、;/p><p><b>　　abstract</b></p><p>　　Speed and current double closed-loop D.C governor system is a D.C speed controlled system which has fairly good performance and the most extensive app

7、ly. Based on the characteristic of thyristor, it adjusts voltage by regulating the trigger angle “α” of SCR. In paper, D.C motor speed controller is using of current and speed double closed-loop speed control circuit. Th

8、e energy of power circuit is supplied of three-phase full-bridge controlled rectifier. Firstly, determines the entire design the p</p><p>　　key words：two closed-loop; current regulator ; speed regulator &l

9、t;/p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、前言- 1 -</p><p>　　1、智能建筑概念及系統(tǒng)分類- 1 -</p><p>　　2、智能建筑的興起- 1 -</p><p>　　3、智能建筑在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀- 1 -</p><p>　

10、　4、展望- 2 -</p><p>　　二、項目概況- 3 -</p><p>　　三、設(shè)計原則- 4 -</p><p>　　四、設(shè)計依據(jù)- 5 -</p><p>　　五、結(jié)構(gòu)化綜合布線- 6 -</p><p>　　5.1、系統(tǒng)概述- 7 -</p><p>　　5.1.1系

11、統(tǒng)總體設(shè)計- 7 -</p><p>　　5.2系統(tǒng)功能需求分析- 7 -</p><p>　　5.3系統(tǒng)詳細設(shè)計- 8 -</p><p>　　5.3.1設(shè)備間子系統(tǒng)- 8 -</p><p>　　5.3.2管理間子系統(tǒng)- 9 -</p><p>　　5.3.3垂直干線子系統(tǒng)- 10 -</p>

12、;<p>　　5.3.4水平子系統(tǒng)- 11 -</p><p>　　5.3.5工作區(qū)子系統(tǒng)- 11 -</p><p>　　六、安全防范系統(tǒng)- 12 -</p><p>　　6.1系統(tǒng)概述- 12 -</p><p>　　6.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計- 12 -</p><p>　　6.2系統(tǒng)功能需求

13、分析- 13 -</p><p>　　6.3系統(tǒng)詳細設(shè)計- 14 -</p><p>　　6.3.1 閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)- 14 -</p><p>　　6.3.2 防盜報警系統(tǒng)- 15 -</p><p>　　6.3.3 電子巡更系統(tǒng)- 16 -</p><p>　　6.3.4 停車管理系統(tǒng)- 16 -&l

14、t;/p><p>　　七、總結(jié)- 17 -</p><p>　　八、致謝- 18 -</p><p>　　九、參考文獻- 18 -</p><p><b>　　一、前言</b></p><p>　　1、直流調(diào)速系統(tǒng)的概述</p><p>　　三十多年來，直流電機調(diào)速控制經(jīng)

15、歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動地改變直流電動機的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機械

16、的要求。從機械特性上看,就是通過改變電動機的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動機的機械特性,從而改變電動機機械特性和工作特性機械特性的交點,使電動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動系統(tǒng)無論在理論上和實踐上都比較成熟，并且從反饋閉

17、環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的</p><p>　　2、電力電子技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　藝水平的不斷提高，電力電子器件在容易和類型等方面得到了很大發(fā)展，是電力電 子技術(shù)的又一自上世紀五十年代未第一只晶閘管問世以來，電力電子技術(shù)開始登上現(xiàn)代電氣傳動技術(shù)舞臺 ，以此為基礎(chǔ)開發(fā)的可控硅整流裝置， 是電氣傳動領(lǐng)域的一次革命，使電能

18、的變換和控制從 旋轉(zhuǎn)變流機組和靜止離子變流器進入由電力電子器件構(gòu)成的變流器時代，這標志著電力電子的誕生。進入70 年代晶閘管開始形成由低電壓小電流到高電壓大電流的系列產(chǎn)品，普通 晶閘管不能自關(guān)斷的半控型器件，被稱為第一代電力電子器件。隨著電力電子技術(shù)理論研究 和制造工次飛躍，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET 等自關(guān)斷全控型第二代電力電子器 件。而以絕緣柵雙極晶體管(IGBT)為代表的第三代電力電子器件， 開始向大容易高頻率、響

19、 應(yīng)快、低損耗方向發(fā)展。而進入90 年代電力電子器件正朝著復(fù)臺化、標準模塊化、智能化、 功率集成的方向發(fā)展， 以此為基礎(chǔ)形成一條以電力電子技術(shù)理論研究，器件開發(fā)研制，應(yīng)用 滲透性， 在國際上電力電子技術(shù)是競爭最激烈的高新技術(shù)領(lǐng)域。進入90年代電力電子器件的研究和開發(fā)，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能時代。從理論分析和</p><p>　　3、MATLAB在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 </p>&

20、lt;p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而

21、只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。</p><p>　　第1章 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)特性</p><p>　　1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標</p><p>　　對于一個調(diào)速系統(tǒng)，電動機要不斷地處于啟動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速以及突然加減負載的過渡過程，此時，必須研究相關(guān)電機運行的動態(tài)指標，如穩(wěn)定性、快速性、動態(tài)誤差等。這對于提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，

22、保證系統(tǒng)安全運行是很有意義的。</p><p>　　動態(tài)指標代表了系統(tǒng)發(fā)生過渡過程時的性能，動態(tài)指標分跟隨指標和抗擾動指標。</p><p>　?。?）跟隨指標：系統(tǒng)對給定信號的動態(tài)響應(yīng)性能，稱為“跟隨”性能，一般用最大超調(diào)量σ，超調(diào)時間ts和震蕩次數(shù)N三個指標來衡量，圖2.1是突加給定作用下的動態(tài)響應(yīng)曲線。最大超調(diào)量反映了系統(tǒng)的動態(tài)精度，超調(diào)量越小，則說明系統(tǒng)的過渡過程進行得平穩(wěn)。不同的

23、調(diào)速系統(tǒng)對最大超調(diào)量的要求也不同。一般調(diào)速系統(tǒng)σ可允許10%~35%；軋鋼機中的初軋機要求小于10%，連軋機則要求小于2%~5%，；而在張力控制的卷曲機系統(tǒng)（造紙機），則不允許有超調(diào)量。調(diào)整時間ts反映了系統(tǒng)的快速性。例如，連軋機ts為0.2s~0.5s，造紙機為0.3s。振蕩次數(shù)也反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如，磨床等普通機床允許震蕩3次，龍門刨與軋機則允許振蕩1次，而造紙機不允許有振蕩。</p><p>　　圖2.

24、1突加給定作用下的動態(tài)響應(yīng)曲線</p><p>　　（2）抗擾指標：對擾動量作用時的動態(tài)響應(yīng)性能，稱為“抗擾”性能。一般用最大動態(tài)速降Δnmax，恢復(fù)時間tf和振蕩次數(shù)N三個指標來衡量。用圖2.2是突加負載時的動態(tài)響應(yīng)曲線。最大動態(tài)速降反映了系統(tǒng)抗擾動能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于最大動態(tài)速降與擾動量的大小是有關(guān)的，因此必須同時注明擾動量的大小?；謴?fù)時間反映了系統(tǒng)的抗擾動能力和快速性。振蕩次數(shù)N同樣代表系統(tǒng)的穩(wěn)定性與抗

25、擾動能力</p><p>　　圖1.2突加負載時的動態(tài)響應(yīng)曲線</p><p>　　跟隨指標與抗擾指標都表征系統(tǒng)過渡過程的性能，之所以要分別列出，時由于對同一個調(diào)速系統(tǒng)，其跟隨指標和抗擾動指標并不相同，不同的生產(chǎn)機械對這兩類指標的要求也是不一樣的。此外，當系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，穩(wěn)態(tài)誤差反映了系統(tǒng)的準確性。一般來說，總是希望最大超調(diào)和最大動態(tài)速降小一點，振蕩次數(shù)少一些，調(diào)整時間及恢復(fù)時間短一點

26、，穩(wěn)態(tài)誤差小一點，即希望能達到穩(wěn)，快，準。</p><p>　　事實上，這些指標要求，在同一系統(tǒng)中往往是相互矛盾的，因此需要具體對象所提出的要求，首先滿足主要方面的性能指標要求，而適當降低其他方面的指標。</p><p>　　3，直流調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系：在直流電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動機的額定轉(zhuǎn)速nN作為最高轉(zhuǎn)速，若額定負載下的轉(zhuǎn)速降落為ΔnN，則按照上面

27、分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即</p><p><b>　　于是，最低轉(zhuǎn)速為：</b></p><p><b>　　而調(diào)速范圍為：</b></p><p>　　將上面的代入上式中，得 </p><p><b>　?。ㄊ?.1）</b></p>

28、<p>　　式（2.1）表示變壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)， 值一定，由式（2.1）可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。</p><p>　　1.2 晶閘管電動機直流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　圖1.3 V-

29、M系統(tǒng)的運行范圍</p><p>　　晶閘管整流器也有它的缺點。首先，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。由半控整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)只允許單象限運行（圖1.3a），全控整流電路可以實現(xiàn)有源逆變，允許電動機工作在反轉(zhuǎn)制動狀態(tài)，因而能獲得二象限運行（圖1.3b）。必須進行四象限運行時（圖1.3c），只好采用正、反兩組全控整流電路，所用變流設(shè)備要增加一倍。</p>&l

30、t;p>　　晶閘管的另一個問題是對過電壓、過電流和過高的 與 都十分敏感，其中任一指標超過允許值都可能在很短的時間內(nèi)損壞器件，因此必須有可靠的保護電路和符合要求的散熱條件，而且在選擇器件時還應(yīng)留有適當?shù)挠嗔俊，F(xiàn)代的晶閘管應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，只要器件質(zhì)量過關(guān)，裝置設(shè)計合理，保護電路齊備，晶閘管裝置的運行是十分可靠的。</p><p>　　最后，諧波與無功功率造成的“電力公害”是晶閘管可控整流裝置進一步普及的障礙

31、。當系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速運行時，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，這就是所謂的“電力公害”。在這種情況下，必須添置無功補償和諧波濾波裝置。</p><p>　　1.3 晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與開環(huán)機械特性</p><p>　　圖1.4晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖</p><p>　　

32、圖1.5閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)由整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動機-發(fā)電機組等組成。在本系統(tǒng)中，整流裝置的主電路為三相橋式電路，控制電路可直接由給定電壓Ug作為觸發(fā)器的移相控制電壓Uct，改變Ug的大小即可改變控制角α，從而獲得可調(diào)電壓，以實現(xiàn)直流電動機的調(diào)速。系統(tǒng)原理如圖1.4。</p><p>　　1，系統(tǒng)的組成及調(diào)節(jié)原理&

33、lt;/p><p>　　系統(tǒng)的組成圖如2.5，調(diào)節(jié)→改變移相角α→改變Ud→n改變</p><p>　　2，觸發(fā)脈沖的相位控制</p><p>　　調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可以用其理想

34、空載瞬時值 ud0 和平均值 Ud0 來表示，瞬時電壓平衡方程：</p><p><b>　?。ㄊ?.2）</b></p><p>　　式中E為電動機反電動勢；id為整流電流瞬時值；L為主電路總電感；R主電路等效電阻；</p><p>　　對ud0進行積分，即得理想空載整流電壓平均值Ud0 。用觸發(fā)脈沖的相位角 控制整流電壓的平均值Ud0是晶

35、閘管整流器的特點。Ud0與觸發(fā)脈沖相位角 的關(guān)系因整流電路的形式而異，對于一般的全控整流電路，當電流波形連續(xù)時，Ud0 = f () 可用下式表示：</p><p><b>　　（式2.3）</b></p><p>　　式中a為從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；Um為 = 0 時的整流電壓波形峰值；m為交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)；對于三相全波整流電路，其中U2

36、 是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值，Um=，m=6，。</p><p>　　當 0 < < /2 時，Ud0 > 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當 /2 < < max 時， Ud0 < 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。</p><p>　　3，晶閘管-電動機系統(tǒng)的

37、機械特性：</p><p>　　當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為</p><p>　　n=(Ud0-IdR)= (Um-sincosa- IdR)（式2.4）</p><p>　　式中Ce = KeN —電機在額定磁通下的電動勢系數(shù)。式（2.4） 等號右邊 Ud0 表達式的適用范圍如觸發(fā)脈沖相位控制中所述。</p><p>　?。?

38、）電流連續(xù)情況：改變控制角，得一組平行直線，這和G-M系統(tǒng)的特性很相似，如圖2.6所示。圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時電流波形可能斷續(xù)，公式（2.4）已經(jīng)不適用了。上述分析說明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個線性的可控電壓源。</p><p>　　圖1.6電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性</p><p>　?。?）電流斷續(xù)情況：當電流斷續(xù)時，由于非線性因素，機械特性方程

39、要復(fù)雜得多。以三相半波整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時機械特性須用下列方程組表示：</p><p><b>　　n=（式2.5）</b></p><p>　　Id=[cos()-cos(+θ)- θn（式2.6）</p><p>　　式中 ψ=arctan； 為一個電流脈波的導(dǎo)通角。</p><p>　?。?）電

40、流斷續(xù)機械特性計算：當阻抗角 值已知時，對于不同的控制角 ，可用數(shù)值解法求出一組電流斷續(xù)時的機械特性。對于每一條特性，求解過程都計算到 = 2/3為止，因為 角再大時，電流便連續(xù)了。對應(yīng)于 = 2/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。</p><p>　　圖1.7 完整的V-M系統(tǒng)的機械特性圖 圖1.8斷續(xù)段特性的近似計算</p><p>　　（4）V-M

41、系統(tǒng)機械特性的特點：圖2.7繪出了完整的V-M系統(tǒng)機械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。由圖可見：當電流連續(xù)時，特性還比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。機械特性的近似處理方法：在電流連續(xù)段：把特性曲線與縱軸的直線交點n0作為理想空載轉(zhuǎn)速。在斷續(xù)特性比較顯著的情況下，可以改用另一段較陡的直線來逼近斷續(xù)段特性?；蛑苯佑眠B續(xù)段特性的延長線來逼近斷續(xù)段特性。一般可近似的只考慮連續(xù)段。</p>&l

42、t;p>　　n=（Udo-IdR）=n0-Δn（式2.7）</p><p>　　其中：Δn為轉(zhuǎn)速降，Δn越小，機械特性的硬度越大。Δn= IdR/Ce，Δn取決于電樞回路電阻R及所加的負載大小。</p><p>　　圖1.9斷續(xù)段特性的近似計算</p><p>　　第2章 晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真</p><p>　　2.1 系統(tǒng)的

43、建模和參數(shù)設(shè)置p</p><p>　　晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理在本文第三章已經(jīng)介紹過了。本系統(tǒng)由給定信號、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。圖2.1是采用面向電氣原理圖方法構(gòu)成的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。</p><p>　　圖2.1晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　1，各模塊的提取路徑</p>

44、<p>　　直流電源：Simulink\SimpowerSystem\Electrical Sources\DC Voltage Source</p><p>　　交流電源：Simulink\SimpowerSystem\Electrical Sources\AC Voltage Source</p><p>　　接地源：Simulink\SimpowerSystem\Elem

45、ents \Ground</p><p>　　電壓測量：Simulink\SimpowerSystem\Measuremants \Voltage measurement</p><p>　　通用整流橋：Simulink\SimpowerSystem\Power Electronics \Universal Bridge</p><p>　　同步6脈沖發(fā)生器：Sim

46、ulink\SimpowerSystem\Extra library \Synchronized 6 Pulse Generator</p><p>　　直流電機：Simulink\SimpowerSystem\Machines \DC Machin</p><p>　　常量輸入：Simulink\sources\constant</p><p>　　階躍信號模塊：

47、Simulink\sources\step</p><p>　　分路器：Simulink\Commonly Used Blocks\Demux</p><p>　　示波器：Simulink\Sinks\scope</p><p>　　由圖2.1可見，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)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，由于同步脈沖觸發(fā)器與晶閘

48、管整流橋式不可分割的兩個環(huán)節(jié)，通常作為一個組合體來討論。</p><p>　　2，三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電源模塊組中選取一個交流電壓源模塊，再用復(fù)制的方法得到三相電源的另兩個電壓源模塊，并用模塊標題名稱修改方法將模塊標簽分別改為“A相”，“B相”、“C相”，然后從連接器模塊組中分別選取“Ground”元件和“Bus Bar”，元件。為了得到三相對稱交流電壓源，雙擊A相交流電壓源圖標，打開電壓源

49、參數(shù)對話框，在A相交流電源參數(shù)設(shè)置中，幅值取220V，初相位設(shè)置成0°，頻率為50Hz，其他未默認值，如圖2.2所示。B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法與A相基本相同，除了將初相位設(shè)置成互差120°外，其他參數(shù)與A相相同。由此可得到三相對稱交流電源。</p><p>　　3，平波電抗器建模和參數(shù)設(shè)置。首先從元件模塊組中選取“Series RLC Branch”模塊，然后打開平波電抗器參數(shù)設(shè)置對話框，

50、參數(shù)設(shè)置，平波電抗器電感式通過仿真實驗比較后得到的優(yōu)化參數(shù)。</p><p>　　4，晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電力電子模塊組中選取“Universal Bridge”模塊，然后雙擊模塊圖標，打開SCR整流橋參數(shù)設(shè)置對話框，參數(shù)設(shè)置如圖6.4。當采用三相整流橋時，橋臂數(shù)取3，A、B、C三相交流電源接到整流橋的輸入端，電力電子元件選擇晶閘管。參數(shù)設(shè)置的原則如下，如果是針對某個具體的變流裝置進行參數(shù)設(shè)置，對

51、話框中的、、、、應(yīng)取該裝置中晶閘管元件的實際值，如果是一般情況，不針對某個具體的變流裝置，這些參數(shù)可以取默認值進行仿真。若仿真結(jié)果理想，就可認可這些設(shè)置的參數(shù)，若仿真結(jié)果不理想，則通過仿真實驗，不斷進行參數(shù)優(yōu)化，最后確定其參數(shù)。這一參數(shù)設(shè)置原則對其他環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)置也適用的。</p><p>　　圖2.2 A相電源參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖2.3平波電抗器參數(shù)設(shè)置</p>

52、<p>　　圖2.4 SCR整流橋參數(shù)設(shè)置</p><p>　　5，直流電動機的建模和參數(shù)設(shè)置。首先從電機系統(tǒng)模塊組中選取“DC Machine”模塊。直流電動機的勵磁繞組“F+—F-”接直流恒定勵磁電源，勵磁電源可從電源模塊組中選取直流電壓源模塊，并將電壓參數(shù)設(shè)置為220V，電樞繞組“A+—A-”經(jīng)平波電抗器接晶閘管整流橋的輸出，電動機經(jīng)TL端口接轉(zhuǎn)矩負載，直流電動機的輸出參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、電樞電流Ia、

53、勵磁電流If、電磁轉(zhuǎn)矩Te，通過示波器模塊觀察仿真輸出圖形。</p><p>　　電動機參數(shù)設(shè)置步驟如下，雙擊直流電動機圖標，打開直流電動機的參數(shù)設(shè)置對話框，直流電動機參數(shù)設(shè)置如圖2.5所示。參數(shù)設(shè)置的原則與晶閘管整流橋相同。</p><p>　　6，同步脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置。同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩個部分。6脈沖觸發(fā)器可以從附加控制（Extra Control B

54、locks）子模塊獲得。6脈沖觸發(fā)器需用三相線電壓同步，所以同步電源的任務(wù)是將三相交流電源的相電壓轉(zhuǎn)換成線電壓，6脈沖觸發(fā)器必須接有兩個常量輸入信號，一個為一項控制信號，即觸發(fā)角。另一個為開關(guān)信號，當開關(guān)信號為“0”時，開放觸發(fā)器，開關(guān)信號為“1”時，封鎖觸發(fā)器。6脈沖觸發(fā)器的設(shè)置如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.5直流電動機參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖2.6 6脈沖觸發(fā)器參

55、數(shù)設(shè)置</p><p>　　7，控制電路的建模和參數(shù)設(shè)置：電動機經(jīng)TL端口接負載轉(zhuǎn)矩信號。本系統(tǒng)中負載轉(zhuǎn)矩1s前為50Nm，1s后為100Nm。觸發(fā)角的輸入為50°之后改為30°加以對比。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路只有一個給定環(huán)節(jié)，它可從輸入源模塊組中選取“constant”和“Step”模塊，然后雙擊該模塊圖標，打開參數(shù)設(shè)置對話框，將參數(shù)設(shè)置為50rad/s,,或者用階躍信號給定。實際調(diào)速

56、時，給定信號是在一定范圍內(nèi)變化的。</p><p>　　8，系統(tǒng)的仿真參數(shù)設(shè)置：在MATLAB的模型窗口打開“Simulation”菜單，單擊該菜單下的“Configuration Parameters”，選項進行設(shè)置。仿真時間設(shè)為2s，仿真算法采用Ode23tb。其他為默認參數(shù)。Simulink仿真參數(shù)的設(shè)置如圖2.7所示。</p><p>　　2.2系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析

57、</p><p>　　當建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進行仿真。在MATLAB的模型窗口，單擊“Start Simulation”命令后，系統(tǒng)開始仿真，仿真介紹后可輸出仿真結(jié)果。單擊“示波器”命令后，通過“示波器”模塊觀察仿真輸出圖形，圖6.8為電機轉(zhuǎn)速波形，圖6.9為電樞電流波形，圖6.10為電機轉(zhuǎn)矩波形，6.11為改變觸發(fā)角后的轉(zhuǎn)速波形。</p><p>　　圖2.7 Simulink

58、仿真參數(shù)設(shè)置</p><p>　　圖2.8晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　圖2.9晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的電樞電流波形</p><p>　　圖2.10晶閘管開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩波形</p><p>　　圖2.11改變觸發(fā)角后的轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　第3章 單閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)簡介<

59、/p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速指標</p><p>　　1．調(diào)速范圍 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 \* MERGEFORMAT 和 \* MERGEFORMAT 最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即</p><p>　　其中 \* MERGEFORMAT 和 \* MERGEFORMAT 一般都指電機額定負載時的轉(zhuǎn)速。<

60、/p><p>　　2．靜差率 當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 \* MERGEFORMAT ，與理想空載轉(zhuǎn)速 \* MERGEFORMAT 之比，稱作靜差率s，即</p><p>　　靜差率用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度。它和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度越高。</p><p>　　調(diào)速范

61、圍和靜差率兩項指標并不是彼此孤立的必須同時提才有意義。脫離了對靜差率的要求，任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。</p><p>　　3．調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系</p><p>　　以電動機的額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速，若帶額定負載時的轉(zhuǎn)速降落為，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差，即</p><p>

62、　　于是 \* MERGEFORMAT ，而調(diào)速范圍為</p><p><b>　　將上面的式代入，得</b></p><p>　　上式即為調(diào)速范圍、靜差和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對于一個調(diào)速系統(tǒng)，它的特性硬度或 \* MERGEFORMAT 值是一定的，如果對靜差率的要求越嚴，也就是s越小，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。</p><p&g

63、t;　　3.2閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其原理如圖。</p><p>　　圖2 采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　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；</p><p>　　2．假定只工作在V——M系統(tǒng)開環(huán)機械特性的連續(xù)段；</p><p&g

64、t;　　3．忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻。</p><p>　　電壓比較環(huán)節(jié)： \* MERGEFORMAT </p><p>　　放大器： \* MERGEFORMAT </p><p>　　晶閘管整流與觸發(fā)裝置： \* MERGEFORMAT </p><p>　　V—M系統(tǒng)開環(huán)機械特性： \* MERGEFORMAT </p

65、><p>　　測速發(fā)電機： \* MERGEFORMAT </p><p>　　\* MERGEFORMAT ——放大器的電壓放大系數(shù)；</p><p>　　\* MERGEFORMAT ——晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的電壓放大系數(shù)；</p><p>　　\* MERGEFORMAT α——測速反饋系數(shù)，單位為Vmin/r;</p>

66、<p>　　因此轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式</p><p>　　式中 \* MERGEFORMAT 為閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，這里是以 \* MERGEFORMAT 作為電</p><p>　　動機環(huán)節(jié)的放大系數(shù)的。</p><p>　　靜特性：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電動機轉(zhuǎn)速與負載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。</p><p>

67、　　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：</p><p>　　圖3 轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.3反饋控制規(guī)律</b></p><p>　　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。總之

68、K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</p><p>　　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</p><p>　　只有K=∞才能使 \* MERGEFORMAT ，而這是不可能的。</p><p><b>　　3.4主要部件</b></p><p>　　3.4.1

69、比例放大器</p><p>　　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</p><p><b>　　放大系數(shù)為</b></p><p>　　圖4 P調(diào)節(jié)器原理圖 圖5 P調(diào)節(jié)器輸出特性</p&g

70、t;<p>　　3.4.2 比例積分放大器</p><p>　　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。</p><p>　　一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，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。</p><p>　　圖6 典型控制系統(tǒng)的伯

71、德圖 圖7 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器</p><p>　　PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　\* MERGEFORMAT ——PI調(diào)節(jié)器比例放大部分的放大系統(tǒng)；</p><p>　　\* MERGEFORMAT ——PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。</p><p>　　此傳遞函數(shù)也可以寫成如下的形式</p&

72、gt;<p>　　式中 \* MERGEFORMAT —PI調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　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，即高頻特性負分貝值越低

73、，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲的能力越強。</p><p>　　用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標是相角裕度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。</p><p>　　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：</p><p>　　圖8 階躍輸入時PI調(diào)節(jié)器的輸出特性

74、 圖9 PI校正裝置在原始系統(tǒng)上 </p><p>　　添加部分的對數(shù)幅頻特性 </p><p>　　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</p><p>　　其對數(shù)幅頻特性如圖9所示。</p><p>　　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

75、能指標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。</p><p>　　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。</p><p>　　3.4.3額定勵磁下直流電動機</p><p>　　\* MERGEFORMAT （主電路，假定電流連續(xù)）</p><p>　　\

76、* MERGEFORMAT （額定勵磁下的感應(yīng)電動勢）</p><p>　　\* MERGEFORMAT （牛頓動力學定律，忽略粘性摩擦）</p><p>　　\* MERGEFORMAT （額定勵磁下的電磁轉(zhuǎn)矩）</p><p>　　式中 \* MERGEFORMAT —包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；</p><p>　

77、　\* MERGEFORMAT —電力拖動系統(tǒng)運動部分折算到電機軸上的飛輪力矩，單位為 \* MERGEFORMAT ；</p><p>　　\* MERGEFORMAT ——電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；</p><p><b>　　定義下列時間常數(shù)：</b></p><p>　　\* MERGEFORMAT ——電樞回路電

78、磁時間常數(shù)，單位為s；</p><p>　　\* MERGEFORMAT ——電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，單位為；</p><p>　　得電壓與電流間的傳遞函數(shù)</p><p>　　電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為</p><p>　　額定勵磁下直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖10 額定勵磁下直流電動機的動

79、態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.5穩(wěn)定條件</b></p><p>　　反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為</p><p><b>　　穩(wěn)定條件為</b></p><p><b>　　整理后得</b></p><p>　　上式右邊稱作系統(tǒng)的臨界放

80、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，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。</p><p>　　3.6穩(wěn)態(tài)抗擾誤差分析</p><p>　　1.比例控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差</p><p>　　采用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)控制有靜差調(diào)速系

81、統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖11。當 \* MERGEFORMAT 時，只擾動輸入量 \* MERGEFORMAT ，這時的輸出量即為負載擾動引起的轉(zhuǎn)速偏差Δn，可將動態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫的形式如圖12。</p><p>　　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</p><p>　　調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的一般情況 閉環(huán)有靜差調(diào)

82、速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　負載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速差：</p><p>　　這和靜特性分析的結(jié)果是完全一致的。</p><p>　　2.積分控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差</p><p>　　將圖12比例調(diào)節(jié)器換成積分調(diào)節(jié)器如圖13</p><p>　　突加負載時 \* MERGEFORMAT ，于是</p>

83、<p>　　負載擾動引起的穩(wěn)態(tài)速差為</p><p>　　可見，積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的。</p><p>　　3.比例積分控制時的穩(wěn)態(tài)抗擾誤差</p><p>　　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。</p><p>　　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&

84、lt;/p><p>　　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</p><p><b>　　則穩(wěn)態(tài)速差為</b></p><p>　　因此，比例積分控制的系統(tǒng)也是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　4.穩(wěn)態(tài)抗擾誤差與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系</p><p>　　上述分析表

85、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。</p><p>　　第4章 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計及仿真</p><p>　　4.1參數(shù)設(shè)計及計算</p><p><b>　　4.1.1

86、參數(shù)給出</b></p><p>　　1.電動機：額定數(shù)據(jù)為10kW,220V,52A,1460r/min,電樞電阻 \* MERGEFORMAT =0.5Ω，飛輪力矩GD2=10Nm2。 </p><p>　　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 \* MERGEFORMAT =230V，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù) \* MERGEFORMA

87、T =40。</p><p>　　3.V—M系統(tǒng)主電路總電阻R=1.0Ω</p><p>　　4.測速發(fā)電機：永磁式，ZYS231/110型；</p><p>　　額定數(shù)據(jù)為23.1W,110V,0.18A,1800r/min。</p><p>　　5.生產(chǎn)機械要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%.</p><p>　

88、　4.1.2 參數(shù)計算</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)和穩(wěn)態(tài)要求計算參數(shù)如下：</p><p>　　1.為了滿足D=10，s≤5%，額定負載時調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為</p><p>　　2.根據(jù) \* MERGEFORMAT ，求出系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)</p><p>　　式中 \* MERGEFORMAT </p&g

89、t;<p>　　3.計算測速反饋環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和參數(shù)</p><p>　　測速反饋系數(shù)α包含測速發(fā)電機的電動勢轉(zhuǎn)速比 \* MERGEFORMAT 和電位器的分壓系數(shù) \* MERGEFORMAT ，即</p><p>　　α= \* MERGEFORMAT </p><p>　　根據(jù)測速發(fā)電機數(shù)據(jù)，</p><p>　　

90、試取 \* MERGEFORMAT ，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</p><p>　　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</p><p>　　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

91、對檢測信號的線性度影響較小，于是</p><p>　　此時 \* MERGEFORMAT 所消耗的功率為</p><p>　　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 \* MERGEFORMAT 為10W，3kΩ的可調(diào)電位器。</p><p>　　4.計算運算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)</p><p>　　實取 \*

92、 MERGEFORMAT </p><p>　　按運算放大器參數(shù)，取 \* MERGEFORMAT </p><p>　　則 \* MERGEFORMAT </p><p><b>　　5.反饋電壓</b></p><p>　　4.2有靜差調(diào)速系統(tǒng)</p>&l

93、t;p>　　4.2.1有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　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）。

94、</p><p>　　圖15 有靜差調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　4.2.2主要元件的參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　1.轉(zhuǎn)速給定電壓</b></p><p>　　由于觸發(fā)裝置GT的控制電壓是由給定電壓 \* MERGEFORMAT 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 \* MER

95、GEFORMAT ，即常量值（constant value）設(shè)為18。采用斜坡函數(shù)，并加上staturation模塊作為限幅。</p><p>　　在電路圖的Simulink 菜單選項中，選擇Simulintion Parameter 中。</p><p>　　對仿真參數(shù)進行如下設(shè)置：Start time:0.1; stop time:2.0</p><p>　　4

96、.2.3仿真結(jié)果及分析</p><p>　　1.Kp的值不同時其輸出特性如圖16所示，a)為 \* MERGEFORMAT ，b）為 \* MERGEFORMAT 。</p><p>　　(1） \* MERGEFORMAT (2） \* MERGEFORMAT </p><p>　　圖16 有靜

97、差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性</p><p>　　上圖——轉(zhuǎn)速 下圖——負載電流</p><p>　　(1)圖中轉(zhuǎn)速為1449.75r/min，隨著負載電流的增加，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。</p><p>　　

98、(2)圖中為 \* MERGEFORMAT 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，抗負載能力提高。</p><p>　　2.不同給定值下系統(tǒng)的輸出穩(wěn)態(tài)特性，如圖17。</p><p>　　(1）為 \* MERGEFORMAT ，轉(zhuǎn)速降為n=1449.75r/min-1442.5r/min=7.25r/min。</p>

99、<p>　　(2)為 \* MERGEFORMAT ,轉(zhuǎn)速降為n=1433.75-1426.25r/min=7.6r/min。</p><p>　　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。</p><p>　　(1） \* MERGEFORMAT (2） \* MERGEFORMAT </p>

100、<p>　　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</p><p>　　4.2.4 動態(tài)穩(wěn)定的判斷，校正和仿真</p><p>　　按保證最小電流 \* MERGEFORMAT 時電流連續(xù)的條件(三相橋式整流電路 \* MERGEFORMAT )計算電樞回路電感量，由于 \* MERGEFORMAT </p><p>　　取L=18

101、mH=0.018H</p><p><b>　　計算系統(tǒng)時間常數(shù)：</b></p><p>　　電樞回路電磁時間常數(shù) </p><p>　　電力拖動機電時間常數(shù) </p><p>　　失控時間常數(shù) </p><p>　　為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有</p&g

102、t;<p>　　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。</p><p>　　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)</p><p>　　在一般情況下， \* MERGEFORMAT ，因此項有兩個負實根，令其為 \* MERGEFORMAT 和 \* MERGEFORMAT 。也就是說，可將

103、該項分解為兩個因式</p><p>　　于是開環(huán)傳遞函數(shù)變成</p><p>　　\* MERGEFORMAT ， \* MERGEFORMAT ， \* MERGEFORMAT ，在這里， \* MERGEFORMAT 是成立的。代入上式并分解因式，得</p><p>　　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</p><p

104、>　　于是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　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</p><p>　　利用margin命令函數(shù)</p><p>　　n1=[0 62.53];d1=[0.174 1];s1=tf(n1,d1);</p><p>　　n2=[0 1];d2=[0.016 1];s2=tf(n

105、2,d2);</p><p>　　n3=[0 1];d3=[0.00167 1];s3=tf(n3,d3);</p><p>　　sys=s1*s2*s3;</p><p>　　margin(sys)</p><p>　　得出原始閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性如圖18：</p><p>　　圖18 原始系統(tǒng)的伯德圖</

106、p><p>　　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。</p><p>　　4.3無靜差調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　4.3.1 PI串聯(lián)校正的設(shè)計</p><p>　　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：</p><p>　　因此

107、 \* MERGEFORMAT </p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得</b></p><p>　　按上述方法，取 \* MERGEFORMAT ，并使 \* MERGEFORMAT ，取 \* MERGEFORMAT ，在特性上查得相應(yīng)的 \* MERGEFORMAT ，因而 \* MERGEFORMAT 。&

108、lt;/p><p><b>　　從圖上看出</b></p><p>　　已知 \* MERGEFORMAT ，因此 \* MERGEFORMAT </p><p>　　而 \* MERGEFORMAT </p><p>　　PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　

109、最后，選擇PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。已知 \* MERGEFORMAT ，</p><p>　　則 \* MERGEFORMAT ，取 \* MERGEFORMAT 。</p><p>　　\* MERGEFORMAT ,取 \* MERGEFORMAT ,</p><p>　　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： \* M

110、ERGEFORMAT ?，F(xiàn)在，校正后系統(tǒng)的截止頻率 \* MERGEFORMAT ，而</p><p>　　顯然，上述近似條件是成立的，設(shè)計有效。</p><p>　　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：</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)得</b></p><p>　　圖19 校正后的伯德圖&l

111、t;/p><p>　　從圖可知，GM=24dB和γ=56.5deg都是正值，系統(tǒng)穩(wěn)定。</p><p>　　圖20 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正</p><p>　　(1)原始系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性 </p><p>　　(2)校正環(huán)節(jié)添加部分的對數(shù)幅頻和相頻特性 </p><p>　　(3)校正后系統(tǒng)的對數(shù)幅頻和相

112、頻特性</p><p>　　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。</p><p>　　4.3.2無靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　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2

113、1，仿真模型如圖22。</p><p>　　圖21 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　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