机在空载下自由停车这时其中为电动机的空载转矩由得∆∆测利用空载损耗，得测定的实验数据并在坐标纸上做出曲线测测定数据，在示波器上画出曲线，并转移到坐标纸上。∆∆此时有测定触发和整流装置的放大倍数在按线性系统规律进行分析和设计时，应该把这个环节的放大系数当作常数，但实际上触发电路和整流电路都是非线性的，只能在定的工作范围内近似成线性环节。因此，最好应用实验方法测出该环节的输入输出特性，即设计时，希望整个调速范围的工作点都落在特性的近似线性范围内，并有定的余量，调节放大系数可由工作范围内的特性斜率决定经实验测得图晶闸管触发与整流的输入输出特性和的测定调速工作范围双闭环调速系统的工作原理转速控制的要求和调速指标生产工艺对控制系统性能的要求经量化和折算后可以表达为稳态和动态性能指标。设计任务书中给出了本系统调速指标的要求。深刻理解这些指标的含义是必要的，也有助于我们构想后面的设计思路。在以下四项中，前两项属于稳态性能指标，后两项属于动态性能指标调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，即静差率当系统在转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率，即静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。跟随性能指标在给定信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。具体的跟随性能指标有下列各项上升时间，超调量，调节时间抗扰性能指标此项指标表明控制系统抵抗扰动的能力，它由以下两项组成动态降落，恢复时间调速系统的两个基本矛盾在理解了本设计需满足的各项指标之后，我们会发现在权衡这些基本指标的两个矛盾，即动态稳定性与静态准确性对系统放大倍数的要求互相矛盾起动快速性与防止电流的冲击对电机电流的要求互相矛盾。采用转速负反馈和调节器的单闭环调速系统，在保证系统稳定的条件下，实现转速无静差，解决了第个矛盾。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如要求快速启制动，突加负载动态速降小等等，则单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程中的电流和转矩。无法解决第二个基本矛盾。在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态后，又让电流立即降低下来，使转速马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。在单闭环调速系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只是在超过临界电流值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动时的电流和转速波形如图所示。图调速系统启动过程的电流和转速波形带电流截止负反馈的单闭环调速系统的启动过程理想快速启动过程当电流从最大值降低下来以后，电机转矩也随之减小，因而加速过程必然拖长。对于经常正反转运行的调速系统，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大电流转矩受限的条件下，希望充分地利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流转矩为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行这样的理想起动过程波形如图所示，起动电流呈方形波，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩受限的条件下，调速系统所能得到的最快的启动过程。实际上，由于主电路电感的作用，电流不能突变，图所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的实现。问题是希望在启动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到个调节器的输入端，到达稳态转速后，希望只有转速反馈，不再靠电流负反馈发挥主要作用，而双闭环系统就是在这样的基础上产生的。调速系统的双闭环调节原理见图图双闭环调速系统的原理框图为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环转速调节环在外面，叫做外环。这样就形成了转速电流双闭环调速系统。为了获得良好的动静态性能，双闭环调速系统的两个调节器般都采用调节器，转速调节器的输出限幅电压是，它决定了电流调节器给定电压的最当时，查典型Ⅱ型抗扰性能指标表得所以，有满足设计要求。转速环的抗扰性能指标突加负载的动态速降指标续，有，所以因此满足设计要求。恢复时间指标根据典型Ⅱ型系统抗扰性能指标与参数关系表，当时，，而所以，满足设计要求。系统的静态综合及静态性能指标近似的调节器严格来说，无静差只是理论上的，因为积分或比例积分调节器在稳态时电容两端的电压不变，相当于开路，由于和都采用了调节器，可以认为其静态放大倍数为无穷大，所以才能在输入电压时，使输出电压成为任意所需值，因此，消除了稳态误差，但是也容易使运放产生零漂，引起系统的工作点移动。为了抑制零漂，往往采用近似的调节器，即在运放的输出端和输入端并联个较大的硬反馈电阻，把静态放大倍数压下来，同时又不影响动态放大倍数。这样系统就成了有差系统，有必要对系统进行静态综合，以满足静态性能指标的要求。近似的调节器及对数幅频特性如图所示图近似调节器及对数幅频特性近似调节器结构图近似调节器的对数幅频特性在两端并接个电阻，其值般为若干，这样就形成了近似的调节器，或称准调节器。这时调节器的稳态放大系数更低于无穷大，为，系统也只是个近似的无静差调速系统。式中。静态放大倍数，动态放大倍数。系统的静态结构图双闭环调速系统的静态结构图如图所示图双闭环调速系统的静态结构图其中速度调节器的静态放大倍数电流调节器的静态放大倍数由图易得如下方程，整理后能够得到系统的静特性方程为其中系统的开环增益静态速降为设计要求满足的静差率为调速范围，静差率与静态速降的关系为即为系统所能允许的静态速降。般情况下，总有，则取，有由整理得带入数据得取，所以取，则检验显然，满足性能指标要求。本章小结本章主要研究双闭环调速系统的电流环和转速环的设计。其根本思想是把调节器设计成典型系统。具体即再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的个环节，再设计转速调节器。对该调速系统的动态性能指标进行分析和校验后，还须研究其静态综合，并对静态性能指标加以改善。第章调速系统性能指标的数字仿真基于工程设计法的数字仿真双闭环调速系统的动态结构图在第章基于工程设计方法中，我们已经设计出了双闭环直流调速系统，并得到以下参数直流电动机电动机总飞轮矩主回路总电阻反馈系数应用工具箱及其仿真工具，按其规则，可以非常方便的绘制出控制系统的动态结构图以及各种仿真曲线。首先应对图所示系统建立相应的数学模型，其仿真结构图如图所示。图双闭环调速系统仿真结构图必须指出，该动态结构图及其仿真是在忽略系统主要部件的些次要因素及将非线性特性视作线性的条件下做出的。例如，额定励磁下的直流电动机忽略磁化曲线的非线性忽略晶闸管触发与整流装置的非线性并将其滞后环节近似为惯性环节等。另外，为了和工程实际情况相致，其中与的参数在理论设计的基础上已作适当调整。在仿真结果中可以分别得到该系统的输出与电动机的转速，的输出与电动机电流在启动过程中的动态特性仿真结果。时域分析在工具箱中点击启动键，中即可见时域响应图。双闭环调速系统的起动过程如图所示图双闭环调速系统的起动过程通过对仿真结果的分析，双闭环调速系统的工作过程可概括为如下几点从起动到稳速运行的过程中经历了两个状态，及饱和限幅输出与线性调节状态。从启动到稳态运行的过程中只工作在种状态，即线性调节状态。所设计系统的电动机起动特性已十分接近理想特性。所以，该系统设对于起动特性来说，已达到预期目的。对于系统的性能指标来说，从仿真图中的可知起动过程中电流的超调量为。为时，转速的超调量达。为时，转速的超调量达。显然这指标与理论最佳设计尚有定差距，尤其是转速的超调量略高些。存在问题分析本章小结本章主要应用软件对双闭环直流调速系统进行时域及频域的仿真实验，分别得出了系统的起动过程时域响应图，以及频域的图。从仿真结果我们可以看到仿真结果与理论设计具有定的差距，比如电流动态响应的超调量理论值为转速动态响应超调量为要求值为与的参数与理论设计值也有差距。出现这些差距的原因是由于设计方法考虑了理论分析与设计的简便性，对双闭环调速系统做了些简化处理。这里的简化主要是将非线性问题做线性化处理如滞后环节近似为阶惯性。这些近似问题在仿真中并没有完全采用，而是从实际情况出发等效的，如的输出就引入了饱和非线性环节。正是由于理论分析的近似与仿真实验的不完全近似才带来的结果上的差距。结论本设计双闭环直流调速系统的工程设计，对于给定的型电力电子技术及电机控制实验装置，测定直流电动机的各项电气参数和时间常数，并应用经典控制理论的工程设计方法设计转速和电流双闭环直流调速系统，最后应用软件对设计的系统进行仿真和校正以达到满足控制指标的目的。对于给定直流拖动控制系统在经典控制理论工程计算的基础上，在完成参数测定后，应用双闭环直流调速系统工程设计方法设计了主电路电流环和转速环，并应用语言中的工具箱对系统进行了仿真，看到了理论设计与仿真结果的差异，通过对仿真结果的分析，进步了解了工程设计方法中的近似环节给系统