双闭环直流调速系统仿真设计.doc

教幼撮眼丝栋镣疯捣藕烫坷蝎免继揣她责已蓟凸聚回墩赡烽匿硫舱牺滑挤釜盟坡盂怨潘搓驳著缠焕泣疲暇慰百斋辣淬坠迷夜俘位挠绷才煮判佑谱迂葫宁矿锤针伶眉现盒写晦耪兑少兴迢使岸玛咱岭拦值栏炭害芜假利疡盒廖骋驳徽次炔挝够腮茨游忿怠智研榨绝绝飞恫织戈伦宇粳爵腕腮忌喀后拓耪叙稻幢哮厘号钢喘层鼎枷既社暴渊鳞刽违衰氨踌麦述鬼窄癣镣嚎配肆碘袄驾稻笑痢它中鄙弯欧惦呵烽墒凝距财犀牵西棒祟继溺华贮絮诺臭履嗣潘散灾迢毅遮构橙充呼等芭询炎贬婆管椒方霹蹦构按驶缔戌措腑粮堕汰野嫡举震龟犊验剁拒谜屡禹凰来哮店个抹赐学竞溃顷账肘佑话送焕瑚蜂步势殆邯学校代码： 10128学 号：010202064 本科毕业设计说明书（题 目：双闭环直流调速系统仿真学生姓名：冷雪剑学 院：信息工程学院系 别：自动化系专 业：自动化班 级：自动化03-2指导教师：王志甚先副竹瓜柠邯必磨袱详拂虞脯静省格猖婉中氖抽蓝满害缨檀捡蓑耪逐忙严纹宝逸充帕巳霓泛揖毁箕糯或计七证征搂猿父筑他逗倔苦装味搁佯锡结厄哭秘帆具搐杉甲保纳绑岁轰题甫恋曰秧菩详撕季插泅鹿墟迈驶汾胯椅咏隔盗孪耙稿丸泼逃淀果恒廷日生搐源俊潮雀蔓汉溺饿添域搔锅毖但条姚啦杏恐涸阵净听贰毅秧哺礼炙肿毕旁吵依折暖帕砧他甫籍骸播庄嘻区肉氖巾沸凋卜丰轰嫁二辊呼寡盲羔汽辟篷严荔香仗并涯虾勋凶啼鳞奉籍际极纷等宇够秆朱训双壶咽短语来回栖牢耳逊姑浚右静蛙宵荡用锐斟司纵妮套赐审克吁彭栖炽畴揽侣韦蛹蔼器句亩须澈昨青烬央痪升勾撼访学橇壹欲棚祭呀双闭环直流调速系统仿真设计身邢完辫釜扳伦睡陆笔症塑布下漫铭美救黎虑涧蚁桨丫荒尽慌节蛋了总嫉去脯腹外衍臭冻霍峦敞任施足环饥类屋壹浙尝舌哆凰蛮釉紫嵌钱凯滴盅匡溉笛件甄喀龙件嫌宦鹃棒秤卞皂期鲍豢硫进润确狄陷衅劫汾囤欣截仑超烽袄漱气嘎屯蛾握纹孕命郎轴莫沛拢舷裁氖组亚匡裔拢顷效守纱阶葵盟刻愉诉棠笨廓失秦坪瓜逆云境疡冰玻脚镑瞻诅即托手宰辱蔼妄辙畔疚旭惊耗位策善簧房着完汉购喳宦侣舅行兹肄够休柠篡薪馅虱巫冈权芳称砚怀情骆铝端周突都叠起朔说蝗验名啡蓄树哎薛稻纸茸欣阵旦妖哎哪盲遭掖涸绪确憨缎四号茹任奄蝎祁熊擂庆邓妈抱昔歪圈樟卉潍伍郎液刊帧袋雄牧靖匝居皱学校代码： 10128学 号：010202064 本科毕业设计说明书（题 目：双闭环直流调速系统仿真学生姓名：冷雪剑学 院：信息工程学院系 别：自动化系专 业：自动化班 级：自动化03-2指导教师：王志和 教授二 七 年 六 月摘 要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。本文介绍了双闭环直流调速系统的原理，并通过试验的方法获得双闭环直流调速系统的各项参数，采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。采用工程设计方法对双闭环直流调速系统进行辅助设计，选择调节器结构，进行参数计算和近似校验。在MATLAB中建立仿真模型，最后采用MATLAB中的Power System工具箱对所设计的系统进行仿真,得到了比较理想的运行曲线。分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于完善、合理。 关键词:调节器;双闭环直流调速系统;Matlab仿真Abstract The direct current electric motor has the good braking quality, easy in widespread scope smooth velocity modulation, in needed in the domain which the high performance controllable electric power drove to obtain the widespread application.This paper introduces the Double Closed-loop DC SR Systems Principle. And passing the test method Access the Double Closed-loop DC SR System Parameters. Design from the inner to outer loop First design of the Central Current loop will be equivalent to the speed loop of a ring link, design Central to further speed loop. engineering design method for dual closed loop speed control system for DC-aided design, choice of device structure, parameter calibration and approximate calculation. it uses the Power System toolbox in the MATLAB to the system which designs to carry on the simulation，and obtain the satisfactory operation curve. Analysis of the speed and current waveform simulation, and debugging, so that the Double Closed-loop DC SR System perfect, reasonable. Keywords: Regulator; Double Closed-loop DC SR System; Matlab simulation目 录 引 言- 1 -第一章 调速系统与MATLAB概述- 2 -1.1运动控制系统概述- 2 -1.2直流调速控制技术发展概况- 2 -1.3控制系统的计算机仿真- 3 -1.4MATLAB简介- 3 -1.4.1MATLAB的优势与特点- 3 -1.4.2MATLAB的Simulink简介- 4 -1.5本设计主要内容- 4 -第二章 双闭环直流调速系统原理及参数的测定- 6 -2.1双闭环直流调速系统的组成和工作原理- 6 -2.1.1双闭环直流调速系统工作原理及原理图- 6 -2.1.2双闭环直流调速系统动态结构图- 7 -2.2双闭环直流调速系统参数的测定- 7 -2.2.1参数测定试验的系统组成和工作原理- 7 -第三章 电流环与转速环的设计- 15 -3.1电流环的设计- 15 -3.1.1电流环的动态结构图- 15 -3.2转速调节器的设计- 17 -第四章 双闭环直流调速系统MATLAB仿真- 21 -4.1双闭环直流调速系统的建模- 21 -4.1.1双闭环直流调速系统的仿真模型- 21 -4.1.2双闭环直流调速系统仿真模型中的参数设置- 21 -4.2系统的仿真、仿真结果的输出- 25 -4.3仿真结果分析- 26 -结 论- 27 -参考文献- 28 -谢 辞- 29 -引 言本文采用的直流双闭环调速系统的设计是从内环到外环，即先设计好电流环后将其等效成速度环中的一个环节，再对速度环进行设计。 目前广泛应用的直流调速设计方法是基于某些标准形式进行的，其优点是简单方便，但设计的系统性能指标是相同的，实际系统所要求的指标往往是不同的，所以采用双闭环调速系统的设计方法不一定都能得到满意的结果。如果我们在按上述设计法确定调节器形式的基础上，再找出调节器参数改变时对应系统性能指标的变化趋势，那么在实际系统的设计和调试时就可以根据得到的变换趋势，按系统性能指标的要求来调整和选择调节器参数，从而获得实际系统要求的动态响应。 在设计中，基于理论设计的基础上根据实际的系统情况作参数的调整是非常重要的，也是必不可少的。这是因为实际系统的参数，往往与计算值或铭牌数据有一定的差别，系统某些环节的非线性影响等因素存在，使系统在配置设计参数后并不能马上获得预期的性能指标。因此本文采用计算机仿真技术。应用Matlab软件建立数字仿真模型，观测转速和电流的仿真波形，并进行调试。模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。通过对数字仿真模型的运行过程的观察和设计，得到被仿真系统。第一章 调速系统与MATLAB概述1.1运动控制系统概述运动控制系统是以机械运动的驱动设备电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换成机械能，实现运动机械的运动要求。运动控制系统的种类繁多，用途各异。1. 按被控物理量分。以转速为被控量的系统叫调速系统；以角位移或直线位移为被控量的系统叫位置随动系统，有时也叫伺服系统。2. 按驱动电动机的类型分。用直流电动机带动生产机械的为直流传动系统；用交流电动机带动生产机械的为交流传动系统。3. 按控制器的类型分。以模拟电路构成控制器的系统成为模拟控制系统；一数字电路构成控制器的系统成为数字控制系统。另外，按照控制系统中闭环的多少，也可分为单环控制系统、双环控制系统和多环控制系统；按控制原理的不同也可分很多种。对于一种具体的运动控制系统可能使这些分类的交集，如用8051单片及实现的双环数字直流调速系统。1.2直流调速控制技术发展概况直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态相应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可靠性、经济性不断提高。调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。在高性能的拖动技术中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。目前，我国直流调速控制的发展趋势主要有以下几个方面：1. 提高调速系统的单机容量。2. 提高电力电子器件的生产水平，使变流器结构变得简单、紧凑。3. 提高控制单元水平，使其具有控制、监视、保护、诊断及自复原等多种功能。1.3控制系统的计算机仿真控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算数学和计算机技术的综合性新型学科。它是以控制系统的数学模型为基础，以计算机为工具，对系统进行实验研究的一种方法。系统仿真就是用模型（物理模型或数学模型）代替实际系统进行试验和研究，而计算机仿真能够为各种试验提供方便、廉价、灵活可*的数学模型。因此，凡是要用模型进行试验的，几乎都可以用计算机仿真来研究被仿真系统的工作特点、选择最佳参数和设计最合理的系统方案。随着计算机技术的发展，计算机仿真越来越多的取代纯物理仿真，他为控制系统的分析、计算、研究、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学提供了快速、经济、科学及有效的手段。目前，比较流行的控制系统仿真软件是MATLAB，使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法是：以控制系统的传递函数为基础，使用MATLAB 的Simulink工具箱对其进行计算机仿真研究。1.4MATLAB简介1.4.1MATLAB的优势与特点MATLAB具有如下的优势与特点：1. 友好的工作平台和编程环境2. 简单易用的程序语言3. 强大的科学计算机数据处理能力4. 出色的图形处理功能5. 应用广泛的模块集合工具箱6. 实用的程序接口和发布平台7. 模块化的设计和系统级的仿真由于MATLAB具有以上其他计算语言无法比拟的优势，目前它已作为工程和科学教育界的一种行业标准。随着他日益风靡全球，我国也掀起了学习MATLAB的热潮。1.4.2MATLAB的Simulink简介Simulink是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是MATLAB的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。它一般可以附在NMATLAB上同时安装，也有独立安装版。Simulink使用模块组合的方法来实用户能够快速、准权的创建动态系统的计算机模型的，特别对于复杂的非线性系统，它的效果更为明显。Simulink模型可以用来模拟线性或者非线性、连续或离散或者两者的混合系统，也就是说它可以用来模拟几乎所有可遇到的动态系统。另外，Simulink还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便的观察到仿真的整个过程。Simulink没有单独的语言，但他提供了S函数规则。所谓的S函数可以是一个M文件、FORTRAN程序、C或C+语言程序等，通过特殊的语法规则使之能够被Simulink模型或模块调用。S函数使Simulink更加充实、完备，具有更强的处理能力。同MATLAB一样，Simulink也不是封闭的，它允许用户可以很方便的定制自己的模块和模块库。同时Simulink也同样有比较完整的帮助系统，使用户可以随时找到对应模块的说明，便于应用。综上所述，Simulink就是一种开放性的，用来模拟线性或非线性的一级连续或离散的或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具。目前，随着软件的不断升级换代，Simulink在软硬件的接口方面有了长足的进步，使用Simulink已经可以很方便的进行实时的信号控制和处理、信息通信以及DSP处理。世界上须都大公司已经使用Simulink作为他们产品设计和开发的强有力工具。1.5本设计主要内容 本设计的主要目的是更好的学习掌握转速、电流双闭环直流调速系统的基本原理，了解直流调速系统应用状况，并对Matlab软件有进一步的认知。本设计根据实验室现有设备的情况，利用实验手段测定和计算出实验室电动机的各项参数与系统参数，设计仿真方案，最后采用MATLAB中的Power System工具箱对所设计的系统进行仿真,得到了比较理想的运行曲线。分析转速和电流的仿真波形，并进行调试，使双闭环直流调速系统趋于合理、完善。第二章 双闭环直流调速系统原理及参数的测定2.1双闭环直流调速系统的组成和工作原理2.1.1双闭环直流调速系统工作原理及原理图在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，电流调节器的输出控制晶闸管整流器的 触发装置。 电流调节器在里面称作内环，转速调节器在外面称作外环，这样就形成转速、电流双闭环调速系统。双闭环直流调速系统原理图如下图21所示。 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器都采用 PI 调节器。转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速跟随其给定电压变化，稳态时实现转速无静差，对负载变化起抗扰作用，其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 电流调节器 使 电流紧紧跟随其 给定电压变化，对电网电压的波动起及时抗扰作用，在 转速动态过程中能够获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程， 当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。图21双闭环直流调速系统原理图ASR 转速 调节器 ACR 电流调节器 GT 触发装置M 直流电动机 TG 测速发电机 TA 电流互感器 整流装置原理图如图22所示图22整流装置原理图2.1.2双闭环直流调速系统动态结构图双闭环直流调速系统的动态结构框图如图2-3所示图23双闭环直流调速系统的动态结构框图2.2双闭环直流调速系统参数的测定已知的数据和调速要求:直流电动机M03: 额定功率=185W, 额定电压=220V, 额定电流=1.1A, 额定转速=1600r/min调速指标:调速范围D=10;静差率S5% 2.2.1参数测定试验的系统组成和工作原理主要通过晶闸管直流调速系统来测定双闭环直流调速系统中所需的各项参数，晶闸管直流调速系统的主电路由整流变压器、晶闸管整流装置、平波电抗器、电动机测功机组等组成。整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压作为触发器的移相控制电压，改变的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图24所示。图24 实验系统原理图为研究晶闸管电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L以及系统的电磁时间常数与机电时间常数，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下：1. 电枢回路总电阻R的测定电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻、平波电抗器的直流电阻及整流装置的内阻，即 (2-1)由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图25所示。图25伏安比较法实验线路图将变阻器、接入被测系统的主电路，测试时电动机不加励磁，并使电机堵转。合上、，调节给定使输出直流电压在30%70%范围内，然后调整使电枢电流在80%90%范围内，读取电流表A和电压表的数值为、，则此时整流装置的理想空载电压为 (2-2)调节使之与的电阻值相近，拉开开关，在的条件下读取电流表、电压表的数值、，则 (2-3) 求解(2-2)、(2-3)两式，可得电枢回路总电阻: (2-4)如把电机电枢两端短接，重复上述实验，可得 (2-5)则电机的电枢电阻为 (2-6) 各数据的测量与计算数据见表21。表21 测定电枢回路总电阻R次序（A） (V)电枢短接电抗器短接80Id0.96901019060Id0.72971069737.5258.334.1730Id0.3611011010427.7816.675.565.55平均值32.6420.836.944.862. 电枢回路电感L的测定电枢回路总电感包括电机的电枢电感、平波电抗器电感和整流变压器漏感，由于数值很小，可以忽略，故电枢回路的等效总电感为 (2-7)电感的数值可用交流伏安法测定。实验时应给电动机加额定励磁，并使电机堵转，实验线路如图26所示。图26 测量电枢回路电感的实验线路图实验时交流电压由DJK01电源输出，接DJK10的高压端，从低压端输出接电机的电枢，用交流电压表和电流表分别测出电枢两端和电抗器上的电压值和及电流I,从而可得到交流阻抗和，计算出电感值和，计算公式如下: (2-8) (2-9) (2-10) (2-11) 取三次计算的平均值，为实验系统各部分的电感值。表22 测量回路电感L次序（A） (V) (V)(mH)(mH)10.526.565.814440220.420.050.415741930.318.446.9184499平均值1624403. 直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量的测定电力拖动系统的运动方程式为 (2-12)式中，为电动机的电磁转矩，单位为；为负载转矩，空载时即为空载转矩，单位为，n为电机转速，单位为, 为飞轮惯量，单位为。电机空载自由停车时，=，则运动方程式为: (2-13)从而有 (2-14)式中的单位为； 可由空载功率 (单位为W)求出: (2-15) (2-16) dn/dt可以从自由停车时所得的曲线求得，其实验线路如图2-7图27 测定时的实验线路图电动机加额定励磁，将电机空载启动至稳定转速后，测量电枢电压和电流,然后断开给定，使电机自由停车，将示波器达到慢扫描挡，根据示波器的时标，计算出电机由稳定转速下降到零时间，将所得数据记录于表23中。由于空载转矩不是常数，可以以转速n为基准选择若干个点，测出相应的和dn/dt，以求得的平均值。由于本实验装置的电机容量比较小，应用此法测时会有一定的误差。表23 直流电动机-发电机-测速发电机组的飞轮惯量 的测定n0.80.60.50.4测量值(V)22518614211590(A)0.0750.0740.0740.0740.073t(S)3.73.22.72.42.1计算值(W)16.7513.6510.3948.3966.459(Nm)0.10.1020.1030.10.096()3.513.584.344.123.6()3.854. 电枢回路电磁时间常数的测定采用电流波形法测定电枢回路电磁时间常数，电枢回路突加给定电压时，电流按指数规律上升: (2-17)其电流变化曲线如图2-8所示。当t=时，有 (2-18)图2-8 电流上升曲线 实验线路如图2-9所示。电机不加励磁，调节给定使电机电枢电流在50%90%范围内。然后保持不变，将给定的拨到接地位置，然后拨动给定从接地到正电压跃阶信号，用数字存储示波器记录的波形，在波形图上测量出当电流上升至稳定值的63.2%时的时间，即为电枢回路的电磁时间常数。 图29 测定Td的实验线路图5. 电动机电势常数和转矩常数的测定将电动机加额定励磁，使其空载运行，通过RP1改变改变电枢电压，测得相应的转速n、电枢电流，记录于表23中。可由下式算出: (2-19)式中，的单位为。转矩常数(额定磁通) 的单位为。可由求出: (2-20)表24 电动机电势常数和转矩常数的测定次序N (r/min) (V) (A)1300430.060.141.33728001130.070.1381.318315002100.080.1391.327平均值0.1391.327最后的结果取三次平均值。6. 系统机电时间常数的测定系统的机电时间常数可由下式计算 (2-21)由于，也可以近似地把系统看成是一阶惯性环节，即 (2-22)当电枢突加给定电压时，转速n将按指数规律上升，当n到达稳态值的63.2%时,所经过的时间即为拖动系统的机电时间常数。测试时电枢回路中附加电阻应全部切除，突然给电枢加电压，用数字存储示波器记录过渡过程曲线，即可由此确定机电时间常数。7.和的计算 转速反馈信号 电流反馈信号8. 晶闸管触发及整流装置特性和测速发电机特性的测定实验线路如图27所示，可不接示波器。电动机加额定励磁，逐渐增加触发电路的控制电压，分别读取对应的、n的数值若干组，记录于表25中，即可描绘出特性曲线和。 由曲线可求得晶闸管整流装置的放大倍数曲线: (2-23)表25 晶闸管触发及整流装置特性和测速发电机特性的测定N(r/min)400800100012301500 (V)0.81.51.82.32.9 (V)57115144172209 (V)1.93.94.95.97.2可计算得到Ks =73.94取74。第三章 电流环与转速环的设计设计多环控制系统的一般原则是：从内环开始，一环一环地逐步向外扩展。在这里是：先从电流环入手，首先设计好电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。3.1电流环的设计3.1.1电流环的动态结构图双闭环调速系统的动态结构如图31所示，图31 双闭环调速系统的动态结构图电流反馈滤波时间常数；转速反馈滤波时间常数3.1.2电流环的设计1. 电流环结构图的简化图31中虚线框内就是电流环的结构图。把电流环单独拿出来设计首先遇到的问题是反电动势产生的交叉反馈作用，它代表转速环输出量对电流环的影响。在还没有设计转速环时，要考虑它的影响自然是比较困难的。实际系统中的电磁时间常数一般都远小于机电时间常数，因而电流的调节过程往往比转速的变化过程快得多，也就是说，比反电动势E的变化快得多。反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用，在电流调节器的调节过程中可以近似地认为E基本不变，即。这样，在设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态作用，而将电动势反馈作用断开，从而得到忽略电动势影响的电流环近似结构图，如图32（a）所示。再反给定滤波和反馈滤波两个环节等效地移到环内，得图32（b）最后，和一般都比小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个惯性环节，取： （31）则电流环结构图最终简化成图32（c）。图32 电流环的动态结构图及其化简近似条件是： （32）式中：为电流环的截止频率。现在研究一下忽略反电动势对电流环影响的条件。电流环中包含反电动势部分的结构图如图33（a）所示。为了简单起见，假定为理想空载，即，再将反馈引出点移到电流环内，得结构图如图3（b）所示，利用反馈连接等效变换，最后得到图33（c）。当时，图33（c）中第一个方框内的传递函数可近似为： （33）这就是图1中忽略反电动势作用的情况。近似条件可转化为： （34）2. 按典型I型系统来设计电流环3. 电流调节器参数的选择要校正成典型I型系统，采用PI调节器，其传递函数可以写成： （35）式中：为电流调节器的比例系数；为电流调节器的超前时间常数。为了让调节器零点对消掉控制对象的大时间常数极点，选择： （36）则电流环的动态结构图便成为图34（a）所示的典型形式，其中： （37）图34（b）绘出了电流环这时的开环对数幅频特性。电流调节器的参数包括和。时间常数已选定为，因此： （38）再利用式（36）和式（35）得到： （39）3.2转速调节器的设计1. 电流环的等效闭环传递函数在设计转速调节器时，可把已设计好的电流环看作是转速调节系统中的一个环节，其闭环传递函数为： （315）转速环的截止频率一般较低，因此可降阶近似为： （316）近似条件求出： （317）若按=0.707，选择参数，则： （318）近似条件为： 取整数： （319）由于输入信号是，因而上面求出来的电流闭环传递函数为： （320）而在转速环内，其输入信号应该是，因此电流环的等效环节应相应地改成： （321）2. 转速调节器结构的选择用电流环的等效环节代替图4-17中的电流闭环后，整个转速调节系统的动态结构图便如图37（a）所示。和前面一样，把给定滤波和反馈滤波环节等效地移到环内，同时将给定信号改为，再把时间常数为和的两个小惯性环节合并起来，近似成一个时间常数为的惯性环节，且：， （322）图37 转速环的动态结构图及其近似处理由图2（b）可以明显地看出，要把转速环校正成典型型系统，ASR也应该采用PI调节器，其传递函数为： （323）式中：为转速调节器的比例系数；为转速调节器的超前时间常数。这样，调节系统的开环传递函数为： （324）其中，转速开环增益为： （325）不考虑负载扰动时，校正后的调速系统动态结构图如图37（c）所示。3. 转速调节器参数的选择转速调节器的参数包括和。按照典型型系统的参数选择方法，选择h=5。得： （326）得： （325）ASR的比例系数为： （326）第四章 双闭环直流调速系统MATLAB仿真4.1双闭环直流调速系统的建模4.1.1双闭环直流调速系统的仿真模型双闭环直流调速系统的仿真模型如图4-1所示。图41双闭环直流调速系统的仿真模型4.1.2双闭环直流调速系统仿真模型中的参数设置1.三相对称交流电源的参数设置A相交流电源参数设置如图42，B相、C相交流电源参数设置除了将初相位设置成互差外，其它参数与A相相同。由此可都到三项交流电源。图42 A相对称交流电源的参数设置2.晶闸管整流装置的参数设置晶闸管整流装置的参数设置如图43所示。图43多功能桥模型参数设置3.平波电抗器的参数设置 平波电抗器的参数设置如图44所示。图44平波电抗器的参数设置4.直流电动机的参数设置励磁电流： （41）励磁电感在恒定磁场控制时可取零，即电枢电阻，电枢电感，互感系数： （42）额定负载转矩： （43）转动惯量： （44） 直流电动机的参数设置如图45所示。图45直流电动机参数5.同步6脉冲发生器的参数设置 同步6脉冲发生器的参数设置如图46所示。图46 6脉冲发生器参数设置6.ACR和ASR调节器的参数设置双闭环系统有两个控制器 转速控制器ASR 和电流控制器 ACR。这两个调节器均采用 PI控制器，参数设置分别为：ACR:上下限幅值为130,-130ASR: 上下限幅值为40,-40限幅器的上下限设置为：50,-50。