单闭环直流调速系统的设计与仿真——毕业设计

1、单闭环直流调速系统的设计与仿真内容摘要：在对调速性能有较高要求的领域，如果直流电动机开环系统稳态性 能不满足要求，可利用速度负反馈提高稳态精度，而采用比例调节器的负反馈调 速系统仍是有静差的，为了消除系统的静差，可利用积分调节器代替比例调节器。通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、 晶闸管触发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分析， 比较原始系统和 校正后系统的差别，得出直流电机调速系统的最优模型。 然后用此理论去设计一 个实际的调速系统，并用MATLA仿真进行正确性的验证。关键词：稳态性能稳定性开环闭环负反馈静差The design and simulati

2、on ofSingle loop de speed control systemAbstract : In the higher dema nd for performa nee of speed, if the ope n loop dc system's steady performanee does not meet the requirements, can use speed inverse feedback to improve steadystate precision, but although the speed in verse feedback system ad

3、opts proporti on regulator,it still have off, in order to elim in ate static, can use in tegral regulator to replace proporti on regulator.Based on the theoretical an alysis of the si ngle closed loop system which is made up of con trollable power, the regulator which is made up of operati onal ampl

4、ifier, a rectifier triggered by thyristor , motor model and tachoge nerators module, compare the differe nee of the ope n loop system and the closed loop system,the original system and the this paper compares the theory of open loop system and the closed-loop system, the differe nee of primitive sys

5、tem and calibrated system, eon elude the optimal model of the dc motor speed eon trol system. The n use this theory to desig n a practical eon trol system, and verify the validity with MATLAB simulatio n.Key words : steady-statebehaviour stability open loop Close-loop feedback offset1绪论 11.1直流调速系统概述

6、 11.2 MATLAB 简介 12单闭环控制的直流调速系统简介 22.1 V M系统简介 22.2转速控制闭环调速系统的调速指标 22.3闭环调速系统的组成及静特性 32.4反馈控制规律 42.5主要部件 52.5.1 比例放大器 52.5.2 比例积分放大器 52.5.3额定励磁下直流电动机 72.6稳定条件 82.7稳态抗扰误差分析 83单闭环直流调速系统的设计及仿真 103.1参数设计及计算 103.1.1参数给出 103.1.2参数计算 103.2有静差调速系统 113.2.1有静差调速系统的仿真模型 113.2.2主要元件的参数设置 123.2.3仿真结果及分析 123.2.4 动

7、态稳定的判断，校正和仿真 133.3无静差调速系统 153.3.1 PI 串联校正的设计 153.3.2无静差调速系统的仿真模型 173.3.3主要元件的参数设置 183.3.4仿真结果及分析 183.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态分析设计 193.4.1有静差调速系统的仿真模型 193.4.2参数设置 193.4.3仿真结果及分析 19参考文献 23致谢 241.1直流调速系统概述从生产机械要求控制的物理量来看， 电力拖动自动控制系统有调速系统、 位 置随动系统、张力控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实 现的，因此调速系统是最基本的拖动控制系统。相比于交流调速系统，

8、直流调速 系统在理论上和实践上都比较成熟。直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。在20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、 节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭 自动化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社 会生产、生活发生了巨大的变化。随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进 控制技术的发展，电力电子和电力拖动控制装置的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大。1.2 MATLAB 简介在1980年前后，美国的Cleve博士在NewMexico大学讲授线性代数课程时， 发

9、现应用其它高级 语言编程极为不便，便构思并开发了 Matlab （ MATrix LABoratory，即矩阵实验室），它是集命令翻译，科学计算于一身的一套交互式 软件系统，经过在该大学进行了几年的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本，矩阵的运算变得异常容易。MATLABSG由美国 MathWorks公司开发的大型软件。在 MATLAB件中，包 括了两大部分：数学计算和工程仿真。其数学计算部分提供了强大的矩阵处理和 绘图功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的软件支持几乎遍布各个工程领域， 并且不断加以完善。本文通过对单闭环调速系统的组成部分可控电源、由运算放大器组成的调节器、晶闸管触

10、发整流装置、电机模型和测速电机等模块的理论分 析，比较开环系统和闭环系统的差别，比较原始系统和校正后系统的差别， 得出直流电机调速系统的最优模型。然后用此理论去设计一个实际的调速系统，并用MATLA仿真进行正确性的验证。12单闭环控制的直流调速系统简介2.1 V M系统简介晶闸管一电动机调速系统（简称 V M系统），其简单原理图如图1。图中VT 是晶闸管的可控整流器，它可以是单相、三相或更多相数，半波、全波、半控、 全控等类型。优点：通过调节触发装置 GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变 整流电压从而实现平滑调速。缺点：1 由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成

11、 困难。2元件对过电压、过电流以及过高的 du/dt和di/dt都十分敏感，其中任 一指标超过允许值都可能在很短时间内损坏元件。因此必须有可靠的保护装置和符合要求的散热条件，而且在选择元件时还应 有足够的余量。2.2转速控制闭环调速系统的调速指标1 调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速 错误！未找到引用源。nmax和错误！未找到引用源。nmin最低转速之比叫做调速范围，用字母 D表示， 即Dn max=nmin其中错误！未找到引用源。nmax和错误！未找到引用源。nmin 一般都指电机额定 负载时的转速。2 静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落错误！未

12、找到引用源。厶nnom，与理想空载转速错误！未找到 引用源。山之比，称作静差率s，即n nomS =n。静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。它和机械特性的硬度有 关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。调速范围和静差率两项指标并不是彼此孤立的必须同时提才有意义。 脱离了 对静差率的要求，任何调速系统都可以得到极高的调速范围； 反过来，脱离了调 速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。3 调速范围、静差率和额定速降的关系以电动机的额定转速nnom为最高转速，若带额定负载时的转速降落为Enom，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即匚 n nomS =n0min于是错误！未找到

13、引用源调速范围为nmin二 n omin-Mnom匚 nnomS-J： nnomn maxnminnnomnmin3#将上面的式代入"min，得nn omSn nomd S)上式即为调速范围、静差和额定速降之间所应满足的关系。对于一个调速系统， 它的特性硬度或 错误！未找到引用源。5nom值是一定的，如果对静差率的要求 越严，也就是S越小，系统能够允许的调速范围也越小。2.3闭环调速系统的组成及静特性转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图。图2采用转速负反馈的闭环调速系统1 忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都是线性的;2 假定只工作在VM系统开环机械特性的连续段；3.忽略直流电

14、源和电位器的内阻。电压比较环节：错误！未找到引用源。，Un二U；-Un放大器：错误！未找到引用源。 氏二Kp.iUn晶闸管整流与触发装置：错误！未找到引用源。Ud。二KsUcV M系统开环机械特性：错误！未找到引用源。n二仏址Ce测速发电机：错误！未找到引用源。Ut：n错误！未找到引用源。一一放大器的电压放大系数；错误！未找到引用源。一一晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数； 错误！未找到引用源。a 测速反馈系数，单位为 Vmi n/r; 因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式KpKsU； -IdRKpKsU；IdRn 二Ce(1 KpKs： /Ce) Ce(1 K) C°(1 K

15、)式中错误！未找到引用源。K二KpKs/Ce为闭环系统的开环放大系数，这1里是以错误！未找到引用源。 二n/U作为电Ce动机环节的放大系数的。静特性：闭环调速系统的电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系。根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结构图，如图3所示：图3转速负反馈闭环调速系统稳态结构图2.4反馈控制规律从上面分析可以看出，闭环系统的开环放大系数 K值对系统的稳定性影响很 大，K越大，静特性就越硬，稳态速降越小，在一定静差率要求下的调速范围越 广。总之K越大，稳态性能就越好。然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例放大器，稳态速差只能减小，但不能消除，因为闭环系统的稳态速降为RidC

16、e(1 K)只有K=x才能使错误！未找到引用源。.汕d=0，而这是不可能的2.5主要部件2.5.1比例放大器运算放大器用作比例放大器（也称比例调节器、P调节器），如图4,Uin和Uex为放大器的输入和输出电压， 尺引为同相输入端的平衡电阻，用以降低放大器失 调电流的影响放大系数为KpUinRo图5 P调节器输出特性6#2.5.2比例积分放大器在定性分析控制系统的性能时，通常将伯德图分成高、中、低三个频段，频 段的界限是大致的。图6为一种典型伯德图的对数幅频特性。一般的调速系统要求以稳和准为主，对快速性要求不高，所以常用PI调节器。采用运算放大器的PI调节器如图7。JH#图6典型控制系统的伯德图

17、图7比例积分（PI）调节器PI调节器的传递函数为Wpi (s)Ucx(S) Uin (S)=Kpi1 Kpi s 1+ =s s7#错误！未找到引用源。 心二旦一一PI调节器比例放大部分的放大系统;Ro错误！未找到引用源。.二R°C PI调节器的积分时间常数。此传递函数也可以写成如下的形式js+1ss+1Wpi（sH-KisTis式中错误！未找到引用源。v =Kpi. = R1C1 PI调节器的超前时间常数。反映系统性能的伯德图特征有以下四个方面：1.中频段以-20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好；2.截止频率越高，则系统的快速性越好；

18、3.频段的斜率陡、增益高，表示系统的稳 态精度好（即静差率小，调速范围宽）；4.频段衰减得越快，即高频特性负分贝 值越低，说明系统抗高频噪声的能力越强。用来衡量最小相位系统稳定程度的指标是相角裕度丫和以分贝表示的幅值裕度Lg。稳定裕度能间接的反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大意味着振 荡弱、超调小。在零初始状态和阶跃输入下，PI调节器输出电压的时间特性如图 8图8阶跃输入时PI调节器的输出特性图9 PI校正装置在原始系统上添加部分的对数幅频特性#将P调节器换成PI调节器，在原始系统上新添加部分的传递函数为Wpi (s)二Kpi s 1Kps#其对数幅频特性如图9所示。由图8可以看出比例积分的

19、物理意义。在突加输入电压时，输出电压突跳到, 以保证一定的快速控制作用。但是小于稳态性能指标所要求的比例放大系数的，因为快速性被压低了，换来稳定性的保证。作为控制器，比例积分调节器兼顾了快速响应和消除静差两方面的要求；作为校正装置，它又能提高系统的稳定性。2.5.3额定励磁下直流电动机错误！未找到引用源。Ud。=Rld L叫 E (主电路，假定电流连续) dt错误！未找到引用源。E二Cen (额定励磁下的感应电动势)2错误！未找到引用源。Te-TL二空空(牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦)375 dt错误！未找到引用源。TeCmld (额定励磁下的电磁转矩)式中 错误！未找到引用源。Tl 包括电机

20、空载转矩在内的负载转矩，单位为Nm错误！未找到引用源。GD2 电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞轮力矩，单位为 错误！未找到引用源。Nm2 ；错误！未找到引用源。C3Ce 电动机额定励磁下的转矩电流比，单 JI位为Nm/A定义下列时间常数：错误！未找到引用源。T-电枢回路电磁时间常数，单位为 s ；R错误！未找到引用源。Tm GD 电力拖动系统机电时间常数，单位375CeCm为；得电压与电流间的传递函数ld(s)_ 1/RUdo(s)-E(s)TsS 1电流与电动势间的传递函数为E(s) =_RI d ( s) _ I dl ( s) Tm s额定励磁下直流电动机的动态结构图如下:ZdL

21、(J)图10额定励磁下直流电动机的动态结构图2.6稳定条件反馈控制闭环调速系统的特征方程为稳定条件为TmTiTs 3 Tm(T| Ts) Tm Tsss 1 = 01 K1 K1 KTm(T| Ts) Tm Ts TmT|Ts* > 01 K1 K1 K整理后得Tm(Ti Ts) Ts2TiTs上式右边称作系统的临界放大系统，K值超出此值，系统就不稳定。根据上 面的分析可知，可能出现系统的临界放大系数都比系统稳态时的比放大系数小， 不能同时满足稳态性能指标，又保证稳定和稳定裕度。为此必须再设计合适的校 正装置，以改造系统，才能达到要求。2.7稳态抗扰误差分析1. 比例控制时的稳态抗扰误差

22、采用比例调节器的闭环控制有静差调速系统的动态结构图如图11。当错误!未找到引用源。U； =0时，只扰动输入量 错误！未找到引用源。Idi，这时的输出量即为负载扰动引起的转速偏差 n,可将动态结构图改画的形式如图12图11采用比例调节器的闭环有静差 调速系统结构图的一般情况 负载扰动引起的稳态速差：图12 给定为0时采用比例调节器的闭环有静差调速系统结构图-Idi(s)Ce(TsS 1)(T|S 1)(TsS 1)(TmT|S2 Tms 1) KIdiRCe(1 K)这和静特性分析的结果是完全一致的。2.积分控制时的稳态抗扰误差将图12比例调节器换成积分调节器如图13突加负载时错误！未找到引用源

23、。ldi(s) = Idl，于是s(s)二IdiR"CT(TsS 1)(T|S 1)S(TsS1)(TmT|S2 TmS 1) : Ks/Ce负载扰动引起的稳态速差为IdiR：n(s) = I% s ：n(s) = limCe(TsS 1)(TiS 1)2S(TsS 1)(TmTsTmS 1) -.Ks/Ce可见，积分控制的调速系统是无静差的。3. 比例积分控制时的稳态抗扰误差用比例积分调节器控制的闭环调速系统的动态结构如图14图13给定为0时采用积分调节器图 的闭环调速系统结构图 则稳态速差为图14给定为0时采用比例积分调节器 的闭环调速系统工程结构图I R甘 gglj)2S(Ts

24、S 1)(TmTiSTmS 1):KsCe-0(Kpi s 1)因此，比例积分控制的系统也是无静差调速系统。4. 稳态抗扰误差与系统结构的关系上述分析表明，就稳态抗扰性能来说，比例控制系统有静差，而积分控制和比例积分控制系统都没有静差。显然，只要调节器中有积分成份，系统就是无静 差的。只要在控制系统的前向通道上在扰动作用点以前含有积分环节， 则外扰动 便不会引起稳态误差。3单闭环直流调速系统的设计及仿真3.1参数设计及计算3.1.1参数给出1. 电动机：额定数据为10kW,220V,52A,1460r/min,电枢电阻错误！未找到引用源。R=0.5 Q,飞轮力矩GD=10Nm。2. 晶闸管装置

25、：三相桥式可控整流电路，整流变压器丫/Y联结，二次电压错误!未找到引用源。E2t=230V,触发整流环节的放大系数错误！未找到引用源。Ks=40。3. V M系统主电路总电阻R=1.0Q4. 测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为 23.1W,110V,0.18A,1800r/min。5. 生产机械要求调速范围D=10,静差率s< 5%.3.1.2参数计算根据以上数据和稳态要求计算参数如下：1. 为了满足D=10, s< 5%额定负载时调速系统的稳态速降为nnomSD(1-s)1460 0.0510 (1-0.05)r / min = 7.68r / min2. 根

26、据错误！未找到引用源厶ril，求出系统的开环放大系数12#I R52 父 1 252 1.2 1=61.1-1=60.1Ce %0.1329 7.68式 中 错 误！未 找 到 引 用 源#=0.1329V min/ rC UnomlnomRa(220 - 52 0.5)VCe nnom1460r / min#3. 计算测速反馈环节的放大系数和参数测速反馈系数a包含测速发电机的电动势转速比 错误！未找到引用源。Cetg和电位器的分压系数 错误！未找到引用源。:2，即a = 2 Cetg错误！未找到引用源。根据测速发电机数据,Cetg0.0611V min/rg 1800r/min试取错误！未找

27、到引用源。:0.2，如测速发电机与主电动机直接联接，则在 电动机最高转速成1460r/min下，反馈电压为, 1460rmin “八，U n0.0611V0.2= 17.84Vminr相应的最大给定电压约需用18V。若直流稳压电源为土 20V,可以满足需要，因此所取的值是合适的。于是，测速反馈系数为F.；2Cetg =0.2 0.0611V 四=0.01222V.min/rr电位器的选择方法如下：考虑测速发电机输出最高电压时，其电流约为额定值的确20%这样，测速机电枢压降对检测信号的线性度影响较小，于是Cetg%m = 0.0611 "4600 = 2478Q220%lnomtg0.

28、20.18此时错误！未找到引用源。RP,所消耗的功率为Cetgnnom 20%lnomtg =0.0611 1460 20% 0.18 = 3.21W为了使电位器温度不是很高，实选瓦数应为消耗功率的一倍以上， 故选错误！未 找到引用源。RP2为10W 3kQ的可调电位器。4. 计算运算放大器的放大系数和参数yo.1 0.13296.34«Ks0.01222 40实取错误！未找到引用源。Kp =17按运算放大器参数，取 错误！未找到引用源。R, =40K错误！未找到引用源。R二心农=17 40K© - 680K 15. 反馈电压UnFnom ： =1460 0.01222V

29、=17.8V3.2有静差调速系统 321有静差调速系统的仿真模型根据系统稳态结构图（如图3）,选择仿真模块：使用constant模块作为转速 给定电压，ramp模块作为负载扰动，并用staturation 模块限幅，选择Gain模 块作为传递函数模块，sum模块作为信号综合点，最后加上示波器。由此建立有 静差调速系统的数学模型，并用MATLA软件对系统进行仿真（注意：在接线时， 如果出现错误，提示颜色为红色）。图15有静差调速系统3.2.2主要元件的参数设置 1.转速给定电压由于触发装置GT的控制电压是由给定电压 错误！未找到引用源。Un和反馈电压 Un的差经过放大器后产生的，所以二者的差不会

30、很大，于是取 错误！未找到引 用源。Un” =18V，即常量值（constant value ）设为18。采用斜坡函数，并加 上staturation 模块作为限幅。在电路图的Simulink 菜单选项中，选择 Simulintion Parameter 中。对仿真参数进行如下设置：Start time:0.1; stop time:2.0 3.2.3仿真结果及分析 1.Kp的值不同时其输出特性如图16所示，a）为错误！未找到引用源。 心=17,b）为错误！未找到引用源。心=40。(1 )错误！未找到引用源 误！未找到引用源。55Q斗03010(2)错图16有静差调速系统的稳态特性上图一一转速

31、下图一一负载电流 图中Kp =17转速为1449.75r/min，随着负载电流的增加，转速有所下降，在0.63s时，电流达到额定值52A,这时的转速降为1442.5r/min，系统的 转速降为 n=1449.75r/min-1442.5r/min=7.25r/min。 图中为错误！未找到引用源。Kp = 40时系统的特性，从转速曲线可以看到，随着放大倍数的增加，系统的转速降减小，静特性的硬度增加，抗负载能 力提高。2. 不同给定值下系统的输出稳态特性，如图17。(1 ) 为错误！未找至V引用源。，转速降n=1449.75r/mi n-1442.5r/mi n=7.25r/min。(2)为错误！

32、 未找到引用源。，转速降n=1433.75-1426.25r/mi n=7.6r/mi n。通过对比可以得出，单闭环调速系统具有很好的跟随特性。(1 )错误！未找到引用源。U： -18V14341432I4301426(21516误！未找到引用源。Un =17.8V#图17有静差调速系统不同给定作用时的稳态输出特性324动态稳定的判断，校正和仿真按保证最小电流 错误！未找到引用源。Id min =10%ldnom时电流连续的条件(三相桥式整流电路 错误！未找到引用源。L =0.693-)计算电枢回路电感量，由1 d min于错误！未找到引用源E2E2l 230T32.8V17#E132 8L

33、= 0.693 =0.693mH=17.7mHIdmin10%沃52取 L=18mH=0.018H计算系统时间常数：电枢回路电磁时间常数Ti = L =0.°18 s=0.015sR 1.2电力拖动机电时间常数TmGR型竺0.19s375CeCm375汇 0.1329域 0.1329汉 30/兀失控时间常数Ts =0.00167s(三相桥式电路)#为保证系统稳定，开环放大系数应有2ITm(T *Ts)*TsTlTs代入具体数值并计算后得 KV124.5,满足K>60.1，稳态精度和动态稳定性在 这里不矛盾。下面从原始系统的开环对数频率特性来分析研究闭环传递函数W(s)二K2(T

34、sS 1)(TmTiSTmS 1)在一般情况下，错误！未找到引用源。Tm4T，因此(TmTS2+TmS + 1)项有 两个负实根，令其为错误！未找到引用源。-1/T1和错误！未找到引用源。-1/T2。 也就是说，可将该项分解为两个因式TmTiS2 TmS 1 二(T1S 1)(T2S 1)于是开环传递函数变成KW(s)二(TsS+1)(T1S + 1)(T2S+1)错误！未找到引用源。Tl = 0.015s，错误！未找到引用源。Tm=0.19s，错误！未找到引用源。Ts =0.00167s，在这里，错误！未找到引用源。是成立的代入上式并分解因式，得TmTls2 Tms0.00285s2 0.1

35、9s 1 -(0.174s 1)(0.016s 1)根据稳态参数计算的结果，闭环系统的开环放大系数已取为于是闭环系统的开环传递函数为W(s)=Ce40 17 0.012220.1329二 62.5362.53(0.174s 1)(0.016s 1)(0.00167s 1)相应的开环对数幅频及相频特性如图，其中三个转折频率分别为1I1s = 5.75s0.174114s = 62.5s 0.0161 1T3 一 0.00167=600s，利用margin命令函数n1=0 62.53;d仁0.174 1;s 1=tf(n 1,d1); n 2=0 1;d2=0.016 1;s2=tf( n2,d2

36、); n 3=0 1;d3=0.00167 1;s3=tf( n3,d3); sys=s1*s2*s3;margi n(sys)得出原始闭环调速系统的频率特性如图18：Bocfe DlRoramGm £ .1 斗岀曰 C«t 2D3 reitl/sec) . Pm-12.9 cteg盘 141 racVsec)1DnIO1IO71O3FreKiuency fredfeec)50口DcnE电电畀壬1(/图18原始系统的伯德图由图可见，相角裕度丫 =12.9deg，幅值增益裕度GM=6.14dB都是正值，所 以闭环系统稳定。3.3无静差调速系统 331 PI串联校正的设计本系统

37、的PI调节器设计如下。根据原始系统对数幅频和相频特性图可知:20logK =20log 匕 40log A = 20log二口)2 = 20logo1«2o1 «2co盟 2因此错误！未找到引用源。c1 = . K < 219#代入数据，得ci = 62.53 5.75 62.5s' = 149.9s'按上述方法，取 错误！未找到引用源。Kpi.二人=0.174s，并使错误！未找到引用源。'c2 < 1 /T2 = 62.5s'，取错误！未找到引用源。c60sJ，在特性上查得相应的错误!未找到引用源。L31.5dB，因而错误！未找

38、到引用源。#L2 -31.5dB。从图上看出piL2 = -20log1/Kpi 二-20log$pi21/Kpy Kpi20log$ =31.5dB,log0 = 1.57dB, = 37.58K piK pikpi已知错误！未找到引用源。Kp =17 ,因此错误！未找到引用源Kpi 170.452P 37.58错误！未找到引用源。巡伙0.385sK pi0.45220#PI调节器的传递函数为Wp(s) =0.174s1p0.385 s最后，选择PI调节器的参数。已知 错误！未找到引用源。 &-40K，则错误！未找到引用源。 R二心 尺=0.452 40K=18.080 ，取错误！未

39、 找到引用源。R =18.08心。错误！未找到引用源。“亍器5103 如F,取错误！未找到引用源。G =9.6F ,验证晶间管和整流装置的传递函数是否满足近似成一阶惯性环节的条件，这个条件是：错误！未找到引用源。-c匚3Ts。现在，校正后系统的截止频率错误！#未找到引用源。c60sJ，而3Ts 3 0.00167s 一20"显然，上述近似条件是成立的，设计有效。1/Ce根据上述分析，加上PI校正后整个系统的开环传递函数为:Wop(s)=x xxa1+TsS TmTf+TmS + 1代入数据得W°p(s)= 0.4520.385s14010 13290.385s1 0.001

40、67s 0.00285s20.19s 1 0.01222#-41.8s(0.016s 1)(0.00167s 1)#Bodie- Di-agr-nmiFre-quienicy trad/secj¥pj爲启亠图19校正后的伯德图从图可知，GM=24dB口 丫 =56.5deg都是正值，系统稳定Bode Li-Bigr simFrequency irrssdfeecJ图20闭环调速系统的 PI调节器串联校正(1) 原始系统的对数幅频特性(2) 校正环节添加部分的对数幅频和相频特性(3) 校正后系统的对数幅频和相频特性从图20的对比中可以看出：校正后的系统的仰卧频段的斜率变陡，说明校 正后

41、的系统的稳态精度变好了(即静差率变小)；校正后的截止频率变小了，说 明PI校正牺牲了系统的快速性。3.3.2无静差调速系统的仿真模型从上面的分析可以知，只要系统中含有积分环节，该系统就是无静差的。无 静差调速系统的稳态结构图如图21,仿真模型如图22。图21无静差调速系统的稳态结构图根据系统稳态结构图(如图21),选择仿真模块：使用constant模块作为转 速给定电压，ramp模块作为负载扰动，并用staturation 模块限幅，选择Gain 模块作为传递函数模块，sum模块作为信号综合点，integrator模块作为积分器， 最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学模型，并用MATL

42、AB件对系统进行仿真。333主要元件的参数设置转速给定电压、负载扰动、限幅值、传递函数、信号综合点等模块的参数设 置与有静差调速系统的参数设置相同。将有静差调速系统系统中的Kp比例环节换成积分环节，参数设置：分子为0.174 1, 分母为0.385 0 。stop time 为 3.0。3.3.4仿真结果及分析(1)其中给定为18V,给定和负载同时作用时的输出波形如图 23所示图23有静差调速系统给定和负载 同时作用时的稳态特性图24无静差调速系统给定和负载 同时作用时的稳态特性与有静差调速系统输出波形图相比较可知，加入无积分环节后，波形变得 平滑了。3.4有静差调速系统和无静差调速系统的动态

43、分析设计341有静差调速系统的仿真模型有静差调速系统的动态结构如图25所示，将前述静态比例环节Ks换为KsTsS 123#图25采用比例调节器的闭环有静差调速系统结构图仿真模型如图26,其中微分环节的设置如图所示。根据系统稳态结构图（如图25）,选择仿真模块：使用constant模块作为转速给定电压，ramp模块作为负载扰动，并用staturation模块限幅，选择Gain模块作为传递函数模块，sum模块作为信号综合点，Derivative模块作为微分器， 最后加上示波器。由此建立有静差调速系统的数学模型，并用MATLAB件对系统进行仿真。图26为添加恒定负载时的仿真模型。图26单闭环直流调速

44、系统添加恒定负载时的动态仿真模型3.4.2参数设置转速给定电压、负载扰动、传递函数、信号综合点等模块的参数设置与有静 差调速系统的参数设置相同。其它参数设置如图所示。3.4.3仿真结果及分析图27为给定电压U； -18V时的输出特性。#图28为给定电压U； =20时的输出特性。13101Q0Q400200220005QQ0as图27有静差调速系统当给定作为U： =18V时的动态输出特性图28有静差调速系统当给定作为U n = 20V时的动态输出特性24#1. 从图27和图28中可以看出有静差调速系统的转速对于给定电压具有很好 跟随性，给定电压越大，最终转速越高。且动态模型中，转速会慢慢趋于稳定。2. U： =18V, Kp =17, Kp =30时的转速输出如图29所示。此时仿真参数stop time 设为1.0s。从图中可以看出，速度趋于稳疋的时间