MATLAB電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計

1、目 錄摘要.2一. 概述.2二. 設(shè)計任務(wù)及要求.32.1 設(shè)計任務(wù).42.2 設(shè)計要求：.4三. 理論設(shè)計.43.1 方案論證.53.2 系統(tǒng)設(shè)計.53.2電流調(diào)節(jié)器設(shè)計5電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡53.2.2確定時間常數(shù).63.2.3選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu).63.2.4 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù).63.2.5 校驗近似條件.63.2.6 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容.73.3 速度調(diào)節(jié)器設(shè)計.83.3.1 確定時間常數(shù).83.3.2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu).93.3.3檢驗近似條件.103.3.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容.103.3.5校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量.10四. 系統(tǒng)建模及仿真實驗.114.1 MATLAB仿真軟件介紹.1

2、14.2 仿真建模及實驗.114.3 雙閉環(huán)仿真實驗134.4仿真波形分析16 4.4抗擾性能分析17五. 實際系統(tǒng)設(shè)計及原理.185.1實驗過程.185.11 實驗內(nèi)容.185.12 實驗步驟.18六. 總結(jié)與體會.18參考文獻(xiàn).18摘 要從七十年代開始，由于晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的高效、無噪音和快速響應(yīng)等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求高，例如要求快速啟制動，突加負(fù)載動態(tài)速降等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這是因為單閉環(huán)系統(tǒng)不能隨心所欲的控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一個典型的系統(tǒng)

3、，該系統(tǒng)一般含晶閘管可控整流主電路、移相控制電路、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路、以及缺相和過流保護(hù)電路等給定信號為010V直流信號，可對主電路輸出電壓進(jìn)行平滑調(diào)節(jié)。采用雙PI調(diào)節(jié)器，可獲得良好的動靜態(tài)效果。電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。為使系統(tǒng)在階躍擾動時無穩(wěn)態(tài)誤差，并具有較好的抗擾性能，速度環(huán)設(shè)計成典型型系統(tǒng)。根據(jù)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法，用Simulink做了帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真綜合調(diào)試，分析系統(tǒng)的動態(tài)性能，并進(jìn)行校正，得出正確的仿真波形圖。另外本文還介紹了實物制作的一些情況。關(guān)鍵詞：MATLAB；直流調(diào)速；雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；干擾一、概 述 本章主要

4、介紹典型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、參數(shù)和性能指標(biāo)關(guān)系，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的近似處理和非典型系統(tǒng)的典型化，速度、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計方法。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)、晶閘管整流裝置、觸發(fā)裝置都可按負(fù)載的工藝要求來選擇和設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械和工藝的要求提出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能指標(biāo)，而系統(tǒng)的固有部分往往不能滿足性能指標(biāo)要求，所以需要設(shè)計合適的校正環(huán)節(jié)來達(dá)到。對于調(diào)速系統(tǒng)來說，閉環(huán)調(diào)速比開環(huán)調(diào)速具有更好的調(diào)速性能。而雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)又要比單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有更好的動態(tài)性能和抗擾性能?；镜碾p環(huán)就是轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)，相應(yīng)的要運用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器對轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在V-M調(diào)

5、速系統(tǒng)中設(shè)計兩個調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行嵌套聯(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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。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，稱作外環(huán)，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。自動控制原理中，為了區(qū)分系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，按照系統(tǒng)中所含積分環(huán)節(jié)的個數(shù)，把系統(tǒng)分為0型、I型、II型系統(tǒng) 。系統(tǒng)型別越高，系統(tǒng)的準(zhǔn)確度越高，但相對穩(wěn)定性變差。0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度最低，而III型及III型以上的系統(tǒng)則不易穩(wěn)定，實際上極少應(yīng)用。因此，為了保證一定的穩(wěn)態(tài)精度和相對穩(wěn)定性，通常在I型和II型系統(tǒng)中各選一種作為典型，稱為典型I型和II

6、型系統(tǒng)，作為工程設(shè)計方法的基礎(chǔ)。在此實驗中，則是將電流環(huán)設(shè)計成典型I型，將轉(zhuǎn)速外環(huán)設(shè)計成典型II型系統(tǒng)，從而實現(xiàn)設(shè)計的最優(yōu)控制。采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵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(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。應(yīng)該在起動過程中只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。因此，只有設(shè)計成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)則能滿足這個要求。二、設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計

7、任務(wù)設(shè)計一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，要求利用晶閘管供電，整流裝置采用三相橋式電路。直流電動機(jī)參數(shù)：l 額定功率25KW，額定電壓220V，額定電流136A，l 額定轉(zhuǎn)速 1600r/m，=0.132Vmin/r， l 允許過載倍數(shù)=1.5。l 晶閘管裝置放大系數(shù)：=40l 電樞電阻：Ra=0.5l 電樞回路總電阻：2Ra=1l 時間常數(shù)：機(jī)電時間常數(shù)=0.18s， 電磁時間常數(shù)=0.03sl 電流反饋系數(shù)：=0.05V/Al 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.007v min/rl 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)：=0.005s，=0.005sl 總飛輪力矩：GD=2.5N.ml h=62.2設(shè)計要求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無

8、靜差，電流超調(diào)量 i 5%；啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量 n 10。系統(tǒng)具有過流、過壓保護(hù)。三、理論設(shè)計3.1方案論證按照設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展設(shè)計原則（本課題設(shè)計先設(shè)計電流內(nèi)環(huán)，后設(shè)計轉(zhuǎn)速外環(huán),再設(shè)計電流變化率內(nèi)環(huán)）。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中應(yīng)該首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個內(nèi)環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。然后在此基礎(chǔ)上加入電流變化率內(nèi)環(huán),這樣的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的靜態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計和調(diào)試方便，達(dá)到本課程設(shè)計的要求?，F(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)，除電機(jī)外，都是由慣性很小的電力電子器件、集成電路等組成的。經(jīng)過合理的

9、簡化處理，整個系統(tǒng)一般都可以近似為低階系統(tǒng)，而用運算放大器或數(shù)字式微處理器可以精確地實現(xiàn)比例、積分、微分等控制規(guī)律，于是就有可能將多種多樣的控制系統(tǒng)簡化或近似成少數(shù)典型的低階結(jié)構(gòu)。如果事先對這些典型系統(tǒng)作比較深人的研究，把它們的開環(huán)對數(shù)頻率特性當(dāng)做預(yù)期的特性，弄清楚它們的參數(shù)與系統(tǒng)性能指括的關(guān)系，寫成簡單的公式或制成簡明的圖表，則在設(shè)計時，只要把實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)，就可以利用現(xiàn)成的公式和圖表來進(jìn)行參數(shù)計算，設(shè)計過程就要簡便得多。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖:圖3.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ASRa Uc-IdLnUd0Un+-b +-U

10、iWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E3、2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡在圖3.1中的電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時間常數(shù)Tm，因此，轉(zhuǎn)速變化往往比電流變化慢的多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動勢基本不變，即E0。這樣，在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)是，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，也就是說，可以暫且把反電動勢作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如圖3.2

11、(a)所示。可以證明，忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是。式中ci電流開環(huán)頻率特性的截止頻率。如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地轉(zhuǎn)移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，如圖3.2(b)所示，從這里可以看出兩個濾波時間常數(shù)取值相同的方便之處。最后，由于Ts和Toi一般比小得多，可以當(dāng)做小慣性群而近似地看做是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為=+則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終化簡成圖3.2(c)簡化的近似條件是 ciACR圖3.2(a)ACR圖3.2(b)ACRU*n圖3.2(c)(a) 忽略反電動勢的動態(tài)影響 (b) 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) (c) 小慣性環(huán)節(jié)近似處理3.2.2、電流

12、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇從穩(wěn)態(tài)要求上來看，希望電流無靜差，希望得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖3.2(c)可以看出，采用典型系統(tǒng)就夠了。由圖3.2(c)表明，電流控制對象是雙慣性的，要校正成典型，顯然采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 = 確定時間常數(shù)(1) 整流裝置滯后時間常數(shù)。按書表1-2，三相電路的平均失控時間：=0.0017s (2) 電流濾波時間常數(shù)。=0.005s (3) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取為：=+=0.0067s 3.2.4、選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI電流調(diào)節(jié)

13、器，它的傳遞函數(shù)為： = 檢查對電源電壓的抗擾性能：Tl /Ti=0.03s/0.0067=4.48，參照表2-3的典型系統(tǒng)的抗擾性能，各項指標(biāo)都可以接受。3.2.5、計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：=0.03s。 電流環(huán)開環(huán)增益：要求5%是按書表2-2，應(yīng)取=0.5，因此： KI = 0.5 / Ti =0.5/0.0067 = 74.63 于是，ACR的比例系統(tǒng)為：Ki =KI R / Ks=74.63×0.03×1 / 40×0.05=2.23 / 2 =1.15校驗近似條件電流環(huán)截至頻率： KI = ci = 74.63 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近

14、似的條件為： 忽略反電動勢對電流環(huán)動態(tài)影響的近似條件為： 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為： 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取得。各電容和電阻值為：、 Ri =KiR0 =1.15×40=46 k Ci =i / Ri = 74.63/46 =1.62 Coi =4TOi /R0 =4 ×0.005 /R0 =0.5uf 按照上面計算所得的參數(shù)，電流環(huán)內(nèi)環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為=4.3%<5%,滿足課題所給要求。電流比例積分器結(jié)構(gòu)圖3.3速度調(diào)節(jié)器設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計類似電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程，其詳細(xì)過程參閱文獻(xiàn)1的第80頁到83頁，以下僅給出轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)

15、構(gòu)框圖的化簡及傳遞函數(shù)。 如圖二(a)，即為未經(jīng)化簡的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 =+則轉(zhuǎn)速換結(jié)構(gòu)框圖可簡化成圖二(b)所示。校正后的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖二(c)所示。ASR(a)ASR(b)(c) 圖 3.3 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其簡化(a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) (b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 (c) 校正后成為典型型系統(tǒng)3.3.1 確定時間常數(shù)(1)電流環(huán)等效時間常數(shù)。取=0.5，則： 1/KI =1/74.63= 0.0

16、134 (2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)波紋情況，?。?0.005s。 (3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取：=+=0.0134+0.005=0.0184 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： （3-18） 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，現(xiàn)取h=6，則ASR的超前時間常數(shù)為： 并且求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 則可得ASR的比例系數(shù)為： 3.3.4 校驗近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為： 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為： 轉(zhuǎn)速環(huán)外環(huán)的小時間常數(shù)近似處理條件為： 3.3.5 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用的運算放大器取=40。各電容和電阻值為： Con

17、=4TOn /R0 = 4×0.005/40×1000=0.5uf轉(zhuǎn)速比例積分器結(jié)構(gòu)圖3.3.6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量按ASR退飽和的情況重新計算超調(diào)量。如下：理想空載起動時，當(dāng)時，查附表2得：則 滿足課題所給要求。四、系統(tǒng)建模及仿真實驗4.1MATLAB 仿真軟件介紹本設(shè)計所采用的仿真軟件是MATLAB 7.1。MATLAB 7.1是一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 7.1提供了基本的數(shù)學(xué)算法，例如矩陣運算、數(shù)值分析算法， 它還 集成了 2D 和 3D 圖形功能，以完成相應(yīng)數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 M 語言，利用 M 語言可

18、以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法。 Simulink 是基于 MATLAB 7.1 的框圖設(shè)計環(huán)境，可以用來對各種動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、分析和仿真，它的建模范圍廣泛，可以針對任何能夠用數(shù)學(xué)來描述的系統(tǒng)進(jìn)行建模。 4.2仿真建模及實驗MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué),工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多. 當(dāng)前流行的MATLAB 5.3

19、/Simulink 3.0包括擁有數(shù)百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(Toolbox).工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包.功能工具包用來擴(kuò)充MATLAB的符號計算,可視化建模仿真,文字處理及實時控制等功能.學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類. 開放性使MATLAB廣受用戶歡迎.除內(nèi)部函數(shù)外,所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件,用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包. 4.3雙閉環(huán)仿真實驗為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和

20、電流負(fù)反饋，如圖4.4所示。圖4.3轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4.3中，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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。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，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)綜上所述，采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)能更好的完成本題的設(shè)計要求，現(xiàn)采用轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，如圖4.9所示： 圖4.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*na Uc-IdLnUd0Un+-b +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E用MATLAB的SU

21、MLINK模塊做的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖如 圖4.5所示：圖4.5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型圖圖4.6 子系統(tǒng)模塊示波器波形如圖4.7，4.8所示： 圖4.7閉環(huán)轉(zhuǎn)速仿真波形圖4.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流波形圖由以上的計算和仿真得到的波形可知，在符合設(shè)計要求的情況下，經(jīng)過多次的參數(shù)調(diào)整，得到一組較好的調(diào)節(jié)參數(shù)，如表4.2表4.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)參數(shù)晶閘管放大系數(shù)Ks機(jī)電時間常數(shù)電磁時間常數(shù)電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)允許過載倍數(shù)400. 18s0.03s0.05V/A0.007vmin/r1.5RASR限幅值0.005s0.005s0.132Vmin/r10.0055s8.4VACRASRACR限幅值

22、280A0.1104 s1.1574.63.15.380287.16441.6222.84.60.03s4.4仿真波形分析從圖4.7、4.8波形中，我們分析可知其起動過程可分三個階段來分析：第階段：電流上升階段。突加給定電壓Un*后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制，使Ua，Ud，Ud0都上升。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快。在這一階段中,ASR由不飽和很快達(dá)到飽和,而ACR不飽和,確保電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用.第階段：是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值 n*為止，這是起動過程中的重要階段。在這個階段，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定Uim*

23、作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持恒定。因而拖動系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。第階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開始，轉(zhuǎn)速已達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使他退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓的給定電壓Ui*立即下降，主電流Id也因而下降。但在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。達(dá)到最大值后，轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值。此后，電機(jī)才開始在負(fù)載下減速，電流Id也出現(xiàn)一段小于Id0的過程，直到穩(wěn)定。在這最后的階段，ASR和ACR都不飽和，同時起調(diào)節(jié)作用。根據(jù)仿真波形，我們可以對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在三閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用歸納為： 1). 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（

24、1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （2）對負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。2). 電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。4.5抗擾性能分析當(dāng)在一秒后在電網(wǎng)即電流環(huán)加入階躍響應(yīng)后的到電流，和轉(zhuǎn)速波形如下圖：加入擾動后的電流波形加入擾動后的轉(zhuǎn)速波形由上圖可知當(dāng)電網(wǎng)擾動出現(xiàn)以后，電流調(diào)節(jié)器會馬上感應(yīng)擾動的變化，電流波形會跟隨著發(fā)生一定的抖動，但是經(jīng)過轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)之后，一定時間之內(nèi)，又重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)定