直流调速系统的MATLAB毕业设计

目录HYPERLINK\l"_Toc170367495"1前言2HYPERLINK\l"_Toc170367496"2双闭环直流调速系统的工作原理3HYPERLINK\l"_Toc170367497"2.1双闭环直流调速系统的介绍3HYPERLINK\l"_Toc170367498"2.2双闭环直流调速系统的组成4HYPERLINK\l"_Toc170367499"2.3双闭环直流调速系统的稳太结构图和静特性5HYPERLINK\l"_Toc170367500"2.4双闭环直流调速系统的数学模型6HYPERLINK\l"_Toc170367501"2.5双闭环直流调速系统的起动过程分析7HYPERLINK\l"_Toc170367505"2.6双闭环直流调速系统的动态性能分析8HYPERLINK\l"_Toc170367506"2.7双闭环直流调速系统的动态性能指标10HYPERLINK\l"_Toc170367507"2.8双闭环直流调速系统的频域分析12HYPERLINK\l"_Toc170367508"2.9双闭环直流调速系统两个调节器的作用13HYPERLINK\l"_Toc170367509"3MATLAB语言及Simulink14HYPERLINK\l"_Toc170367510"3.1仿真技术的背景14HYPERLINK\l"_Toc170367511"3.2Matlab和Simulink简介14HYPERLINK\l"_Toc170367512"3.3Matlab建模与仿真15HYPERLINK\l"_Toc170367513"3.4Simulink仿真工具15HYPERLINK\l"_Toc170367514"3.5控制系统计算机仿真的过程16HYPERLINK\l"_Toc170367515"4Simulink环境中的系统模型、仿真结果及分析18HYPERLINK\l"_Toc170367516"秧4.1途电流环的念MATLAB妈计算及仿真拥19HYPERLINK\l"_Toc170367517"烧电流环校正前业后给定阶跃响态的测MATLAB扁计算及仿真咱19HYPERLINK\l"_Toc170367518"制绘制单位阶跃直扰动响应曲线社并计算其性能需指标腐20HYPERLINK\l"_Toc170367519"肤单位冲激信号吨扰动的响应曲呢线羽22HYPERLINK\l"_Toc170367520"偷电流环频域分分析的幸MATLAB档计算及仿真凭22HYPERLINK\l"_Toc170367521"缸4.2幅转速环的识MATLAB扯计算及仿真锯24HYPERLINK\l"_Toc170367522"厨转速环校正前汽后给定阶跃响板应的兴MATLAB惭计算及仿真司24HYPERLINK\l"_Toc170367523"瓣绘制单位阶跃赤信号扰动响应残曲线并计算其林性能指标裂26HYPERLINK\l"_Toc170367524"沫单位冲激信号走扰动的响应曲茶线淹27HYPERLINK\l"_Toc170367525"命转速环频域分躁析的原MATLAB虑计算及仿真炎28HYPERLINK\l"_Toc170367526"5总结30HYPERLINK\l"_Toc170367527"附录31HYPERLINK\l"_Toc170367528"参考文献36HYPERLINK\l"_Toc170367529"致谢371前言部许多生产机械出要求在一定的西范围内进行速逢度的平滑调节兔，并且要求具友有良好的稳数态零、动态性能。耻而误直流调速系统个调速范围广、桐静差率小、稳渔定性好以及具滔有良好的动态遵性能，在高性摊能的拖动技术馆领域中，相当吵长时期内谷几乎都采用直馆流电力拖动系嫁统。枪双闭环直流调跳速系统是粗直流调速控制冻系统中维发展得最为成移熟，应用非常义广泛的电力传胜动系统。怎由于该枣系统的结构较唐复杂，控制器质可调参数较多停，所以整个系雀统的设计和校跌正比较困难，陈需要有一个功忧能全面、分析慌方便的仿真设随计平吊台滴。传统的仿真宝设计平台主要订是叔V磨C雨和值Delph缘i什等高级语言环免境，需要做大涨量的底层代码死编写工作，很概不方便，效率洲不高，仿真结俯果也不直观。阅自叶从件MATLA城B耳的席Simuli厚n差k拣推出以后，动碍态系统的仿真鉴就变得非常容跨易了。纷因其含有极为蕉丰富的专用于拳控制工程与系挣统分析的函数破，检具有替强大的数学计缺算瓶功能，侍且提供方便的掠图形式绘制离功能铸，巷只要桂在门Simuli宽n须k困中画出系统的毙动态结构图模丸型，编写极简婆单的程序，即蔬可对该系统进盗行仿真，效率姐极高，环境友茶好，从而给系截统的设计和校误正带来很大的办方便。限Matla中b句在学术和许多懒实际领域都得详到广泛应用，尿已成为国际控躬制界应用最广弟的语言和工具现。痰本课题主要是洗在梦Simuli冬nk圆环境中对双闭各环直流调速系精统进行仿真设柔计，具体内容溜有：对电流调右节器和转速调艺节器进行校正象设计；对电流峰环和转速环进镇行时域和频域如分析；对调速继系统进行跟随筝性和抗扰性分刑析。送2必双闭环直流调住速系统的工作将原理葬2.鉴1啊双闭环直流调和速系统的钩介绍盟双闭环狐（转速环、电敢流环）示直流授调速系统是一饲种当前应用广俯泛，经济，适办用的电力传动怪系统。它具有每动态响应快、讨抗干扰能力强锦的阔优点。我们知禾道反馈闭环控柴制系统具有良纯好的抗扰性能招，它对于被反顾馈环的前向通爸道上的一切扰且动作用都能有扫效的加以抑制罚。采用转速负汤反馈山和聋P聋I对调节器的单闭滩环调速系统可奸以在保证系统邮稳定的条件下碍实现转速无静兔差。但如果对择系统的动态性液能要求较高，叉例如要求起制尘动、突加负载漏动态速降小等冈等，单闭环系蜻统就难以满足棋要求。这主要青是因为在单闭保环系统中不能钞完全按照需要牌来控制动态过磁程的电流或转隔矩。喊在单闭环系统别中，只有电流高截弓止船负反馈环节是忘专门用来控制划电流的。但它温只是在超过临铅界电流判值以后，按靠酷强烈的负反馈豪作用限制电流误的脑冲击，并不能唱很理想的控制拨电流的动态波放形。两带电流截止负侄反馈的单闭环亏调速系统起动脂时的电流和转誓速波形如图吊2旧-1谜a雀所示。当电流创从最大值降低盯下来以后，电宵机转矩也随之偿减小，因而加旗速过程必然拖插长。监在实际工作消中种,徐我们希望在电享机最大电流鹿（转矩）仔受限的条件下刃，充分利用电昏机的允许过载渣能力，最好是宽在过怨渡书过程中始终保比持电流（转矩询）为允许最大屯值，使电力拖泡动系统尽可能勾用最大的加速经度起动，到达钥稳定转速后，填又让电流立即熊降下来，使转属矩马上与负载地相平衡，从而昆转入稳态运行昌。蹲这样的理想起贪动过程波形如探图怖2-1脂b尽所示，康这时，启动电惊流成方波形，茅而转速是线性粮增长的。这是成在最大电流（叼转矩）辣受限读的条件下调速早系统所能得到味的最快的起动租过程。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(a)IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(a)(b)减(篇a)伸Curren究tdead冤linew元itha遇single洲negat抖ivefe职edback张loop昨(讨b)绢anide锦alqui苏cksta烫rtpro俊cess厉speed奋contro欺lsyst掠emsta奋rting农proces留s村图炕2-1阿音调速系统起动恭过程的电流和赢转速波形初Fig2-1冰speed胀system撞start饶ofth须ecurr春entpr奖ocess售andsp错eedwa浊veform动实际上，由于见主电路电感的教作用，电流不晚能突跳，为了湾实现在允许条模件下最快启动最，关键是要获破得一段使电流愈保持为最大值辉的闷恒流过程，按纪照反馈控制规勿律，弓采用某个物理围量的负反馈就棕可以保持该量甚基本不变逮[1]勤，网那么采用阿电流负反馈就歌能得到近似的下恒流过程。问燥题是希望在启灿动过程中只有灌电流负反馈，暴而不能让它和总转速负反馈同著时加到一个调鹅节器的输入端毁，到达稳态转键速后，又希望储只要转速负反拉馈，不续再靠段电流负反馈发垦挥主作用，因票此我们采用双临闭环调速系统钱。这样就能做棕到既存在转速郊和电流两种负并反馈作用又能姥使它们作用选在虽不同的阶段。倡2.姥2戚双闭环直流调夜速系统的组成渔为了实现转速夺和电流两种负陈反馈分别起作南用，碧在系统中践设置遵了妙两个调节器，恭分别调节转速血和电流，二者升之间实行串级廊连接，犯如图裳2-2丛所示，晒即把转速调节秧器的输出当作系电流调节器的淘输入，再用电吩流调节器的输琴出去控制晶闸串管整流器的触移发装置悼。皱从闭环结构上丛看，电流调节希环在里面，叫昼做侵内环；转速环尽在外面，叫诊做壳外环。这样就蓬形成了转速、估电流双闭环调眼速系统。衣该双闭环调速念系统的两个调扣节反器盟AS捉R晃和君ACR填一般集都采哭用阁PI震[1]概调节器医。因为很P恭I垫调节器作为校亦正州装置既可以保竖证系统的稳态档精度阳[1]借，使系统在稳厌态运行时得到并无静差调速，场又任能棚提高系统的稳送定性影[1]叫；作为控制器动时又能兼顾快凭速响应和消除硬静差两方面的颗要求。一般的查调速系统要求扛以稳和准为主行，采用份P修I射调节器呈便植能久保证窑系统获得良好掌的静肿态和前动态性能。nnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UctTA+-UdIdUPE-MTG环ni外环内环乘图软2-2秆转速、电流双雄闭环直流调速届系统鞠Fig2-纺2肉rotati害o格n享、倍curren氧t伶double制close稼dloop锹DCrot教ation瞒regula宪tions假ystem失U纷*姥n绘、骨U陷n夹—咳转速给定电压桌和居转速反馈电压鉴U语*潮i乐、毯U底i分—炊电流给定电压策和竿电流反馈电压三AS私R雪—合转速调节俊器网A栗C沈R团—设电流调节村器进T誉G码—恩测速发电机裁T滥A测—灵电流互感略器锄U映P漫E坛—舅电力电子变换讽器哲2.般3争双闭环直流调榴速系统的稳太宁结构图和静特秀性页首先要画出双查闭环直流系统妙的稳态结构图乘2-3俭a嗽，分析双闭环熄调速系统静特鼠性颈的关键是掌膀握逆P性I版调节器的稳仆太漂特征。一般存咸在两种状况：纳饱委和反—数—未输出达到限幅古值；不饱车和毁—赚—纤输出未达到限凶幅值。当调节团器饱和时，输加出为恒值，输坡入量的变化不校再影响输出，伍相当与使该调摩节环开环。当犹调节器不饱和或时咽，障P饮I梦作用使输入偏旦差电压拍[1]答在稳太时总是泻为零。Ks1/CeU*nUctIdEnUd0Un++-ASR+U*i-IdRRACR-UiUPE铜图丑2永-3害a捆增毕双闭环调速系添统的稳态结构活图冠Fig2挣-3a糊Double势-loop冈speed陕contro悼lsyst或emof冠steady粗-state岗chart捞—涨转速反馈系狸数院滔—灵电流反馈系数届—福Speed朱feedba浇ckcoe精fficie捐nt获—驴Curren悬tfeed场backc抚oeffic花ient死实际上，在正询常运行时，电肺流调节器是不雁会达到饱和状伤态的。因此，宾对静特性来说缴，只有转速调痛节器饱和与不幅饱和两种情况族。色（一）鼠转速调节器不狮饱和狭此时两个调节字器都不桨饱和愤，稳态时，他慕们的输入偏差蒙电压都为零，羞即由得：延从而得到图赛2-3口b瘦静特性的滔n终0丈-A宏段。艘由满，处且宽AS停R调不饱和烂得连：辆，仗说明因n龟0谢-A狗段还静特性从表(敏理想空载状阅态克)滚一直延续到协，角而扮一般都大于额浅定电流薪的。毫（二）西转速调节器饱享和亲此时阳，攻AS学R迎输出达到限幅逮值励，转速外环呈需开环状态，转尸速的变化对系学统不再产生影脂响。双闭环变坑成一个电流无浮静差的单闭环风系统。稳态时貌有和：防从而得到图矿2-3蒜b丰静特性的课A-跑B庙段。摊双闭环调速系址统的静特性在伞负载电流小于格时表现为转速返无静差雄[1]岛，转速负反馈保起主要调节作插用。当负载电族流达纳到后，转速调拖节器饱和，电努流调节器起主纹要调节作用，垮系统表现为电狂流无静差，得虹到过电流的自营动保护。nn0IdIdmIdNOnABC乱图罚2-3厚b爷双闭环调速系百统的静特性明Fig2-3猪b厅Double跪-loop尼speed象contro似lsyst追emof耽static砖chara很cteris针tics唱2.汁4宅双闭环直流调蔬速系统的数学冰模型允双闭环困控制系统数学躬模型的主要形害式仍然是以传亿递函数光[2]奥或零极点模型够[2]骗为基础的系统歉动态结构图。刃双闭环直流调壳速系统的动态戒结构框图如章图旨2-盒4自所示。图中荡和翁分别表示转速稀调节器和电流我调节器的传递沿函数。为了引翠出电流遭反馈，在电动叙机的动态结构飞框图中必须把膀电枢电流晓显露出来。UU*nUct-IdLnUd0Un+---UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E承图密2-4艺坊双闭环直流调泊速系统的动态璃结构框图鹰Fig2-摆4肉double撞close饭dloop恢DCro萄tation势regul为ation绞system松ofdyn惕amics轻tructu洽redia盐gram告2.5敲双闭环直流调瞎速系统的起动吸过程分析雾设置双闭环控仇制的一个重要谨目的就是要获柏得接近于理想悼的起动过程，暂因此在分析双拴闭环直流调速俗系统的动态性煮能时，有必要完首先探讨它的故起动过程。双骑闭环直流调速功系统突加给定享电压省由静止状态起铲动时，转速和庸电流的动态过贿程如亚图沫2-晶5版所示。由于在掉起动过程中转哄速调节清器戏AS恩R即经历了不饱和波、饱和、退饱姐和三个阶段，沾整个动态过程炊就分成图中标欧明转的梦I补、隙I川I惠、棋II澡I钉三个阶段。员（一）响第沾I辉阶段吧（鼓0洋～嫂t西1沈）凝是电流上升阶啄段。氧突聚加老给定电压丧后，持通过籍两个调节器的舰跟随作用，军使弓、枕、变都上升，但是妹在振没有达到负载抓电流喜之羊前，电动机还赶不能转动。当夺后，电动机开碗始仆转腥动。由于机电化惯性的作用，融转速不会很快具增长，因而转言速调节劣器值AS冲R傻的输入偏差电映压割的数值仍较大限，其输出电压丘保持限幅值很，强迫电枢电唐流振迅速上升。直灶到茫，策,搞电流调节器很誓快就压制了烫不再迅速对增长，标志着横这一阶段的结格束。在这一阶冷段中尿，然AS而R迎很快进入并保次持饱和状态，浮而恐AC柱R锦一般不饱和。传图进2-嘱5股啦傲双闭环直流调回速系统起动过和程的转速和电质流波形主Fig2-辞5绣double糟close鉴dloop趋DCro平tation雕regul杆ation寸system倡starti险ngpro桶cesso栏f俘rotati瓦onand宰curre歉nt届profil蛛ennOOttIdmIdLIdIIIIIIt4t3t2t1亿（二）等第遇I酬I拖阶段（敏t弱1急～驻t孔2材）漂是恒流升速阶悬段。冲恒流升速阶段男是点起动过程中的酸主要阶段。在搂这个阶段中耳，敏AS挂R浅始终是饱和的旋，转速环相当架于开环，系统爷表现为恒值电即流给定挺作用自下的电流调节畅系统，基本上稼保持电流详恒定，因而系沾统的加速度恒宁定，转速呈线倒性增长（万图眠2-膛5术）。与此同时足，电动机的反趟电动抚势骂E缩也按线性增长牺，对电流调节遗系统来说犹，疮E轨是一个线性渐鉴增的扰动量（歼图差2-怕4辫）。为了克服妙这个扰动，习和畅也必须基本上犹按线性增长，阴才能保持告I竞d磁恒定。灌当扑AC荒R翅采法用菜P吨I责调节器时，要母使其输出量按跃线性增长，其赵输入偏差电压污必须维持一定召的恒值，也就井是说，栋应略低于维。此外还应指亿出，为了保证谎电流环的这种弦调节作用，在谱起动过程呢中仰AC刷R治不应饱和。夜（三）嘴第殖II样I脉阶段（辩t钻2诞以后）是转速够调节阶段。险当植转速上升到给饼定值狱时，转速调节闻器顶AS率R巨的输入偏差减嗽少到零，但其先输出却由于积启分作用还维持窃在限幅值薯，所以电动机写仍在凯最大电流下规加速，脉必咽然室使转速超调。根转速超调后国，朝AS袄R哀输入偏差电压见变负，使它开火始退出饱和状示态，顶输出电压螺和福主电流览也因而货下降。但是，搜由于荒仍大于负载电赴流蜓，转速控将在一段时间腥内普继续上升。直虎到便=网时，转矩映=御，重则仍dn/dt=恰0暖，转助速兰n抛才能到达峰值桶。啄此后，电动机矮开始在负载的统阻力下减速，警与此相应恶,好电流出现一段郑小于些的过程陷,杨直到稳定羊。芹双闭环直流调茂速系统起动过辽程的三个特点民：鹅1蜻．对饱和非线性控责制戴当现AS电R芬饱和时，转速咱环开环，系统杯表现为恒值电帮流调节的单闭和环系统；金当软AS稀R撇不饱和时，转景速环闭环，整检个系统是一个饭无静差系统，磨而电流内环则小表现为电流随峡动系统。浊2淋．株准时间最优控踩制访在恒流升速阶财段，系统电流抚为允许最大值星，并保持恒定园，使系统最快芬起动，即在电斑流受限制条件士下使系统最短送时间内起动。3．转速超调狱由篮于骂P霉I扑调节器的特性述，只有使转速件超调，即在转范速调节阶段誓，员AS筹R脏的输入偏差电抓压欧为负值，才能吐使臣AS负R狡退出饱和。所羡以李采劫用罪P规I浓调节器的双闭骨环直流调速词系统的转速动挺态响应必然有她超调。印2.晌6春双闭环直流调院速系统的动态背性能分析勺一般来衫说，双闭环调勤速系统具有比庙较满意的动态典性能。动态性杜能可分为动态逮跟随性能和动盘态抗扰性能两蛋种。毒其中动态抗扰塔性能菜对于调速系统爆更为重要，它牛主要表现为抗警负载扰动和抗企电网电压扰动忙。动态跟随性能虏双闭环调速系篮统在起动和升凳速过程中，能帅够在电流受电摧机过载能力约饲束的条件下，捷表现出很快的婚动态跟随性能牧。在减速过程卧中，由于主电计路电流的不可活逆性，跟随性杆能变差。汉在设什计楚AC雨R篇时，应强调具夏有良好的跟随笔性能。动态抗扰性能浆1次．抗负载扰动仆由灌图古2-6陕a高可以看出，负砖载扰动作用在锈电流环之后，遥因此只能靠转朴速调招节谋AS疲R粥来产生抗负载滴扰动的作用。柏在突加（突减乎）负载时，必刑然会引起动态叼速降（速升）较。为了减少动游态速降（速升桐），挂所以换要求映ASR咳具有较好的抗访扰性能。1/CeU*n±∆IdLnUn+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACRU*iUi--EUd0打图锦2-6a荣这双闭环直流调者速系统的抗负帖载扰动薪Fig2慢-6a府Double帝Loop唤DCMot沙orCon零trolS蚁ystem-郊loadd燃isturb曾ance1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACRU*iUi--E±∆Ud-IdLId债图垃2-6狂b垦渠局直流调速系统岛的动态抗扰作坊用犬Fig2-6励b留DCrot武ation饺regula坑tions剂ystem恐of浅dynami引c绑turbul危ence-p侄roof砌functi登on物±类∆什U舅d件—挪电网电压波动蝴在可控电源电爱压上的反映恩±少∆惰U踏d勿—答Fluctu译ations票inth晶epowe级rgrid读volta差gepow波er尾supply巡volta唯gecon厚trolle建drefl割ecton智th查e枕2般．抗电网电压键扰动使由于电网电压牲扰动和负载扰症动在系统结构很图中作用的位番置不同，系统朝对它们的动态冠抗扰效果就不返同。如衬图廉2-6礼b曾所示的双闭环摆系统中，电网盏电压扰动撒和负载扰动伐都作用在被转段速负反馈环包胆围的前向通道铲上，就静特性佣而言，系统对亮它们的抗扰效滴果是一样的。移从动态性能上狠看，负载扰动元作用在被调量既n抗的前面，可以拌通过测速发电源机检测出来，炮使负载扰动通功过转速负反馈抽得到及时调节茂。而电网电压届扰动作用在离粗被调量氧n屿更远的位置，爷转速调节孤器纤AS晶R固不能及时对它耐进行调节，但泪是因为它作用冬在被电流负反罩馈环包围的前特向通道上，使摆电压波动可以意直接通过电流烟反馈得到及时僵的调节，不必甩等它影响到转顶速以后才能反挽馈回来，抗扰项性能高。在双辽闭环系统中，包由电网电压波逼动引起的转速娱动态变化比起足单闭环系统小擦得多。惨2驼.犬7工双闭环直流调旷速系统的动态已性能指标载自动控制系统旬的动态性能指扇标包括对给定臂输入信号的跟娘随性能指标和酿对扰动输入信适号的抗扰性能派指标裤两类。首一般来说，调营速系统的动态速指标以抗扰性塘能为主，随动以系统的动态指饿标以跟随性能捕为主。拒（一）信跟随性能指标暂在给定信号或淘参考输入信挖号奸R(t就)烘的作用下，系道统输出谨量没C(t勺)承的变化情况可腾用跟随性能指妇标来描述。当姿给定信号变化默方式不同时，晴输出响应也不端一样。依通常以输出量注的初始值为零书、虽给定信号阶跃崖变化下的过渡已过程作为典型皇的跟随过程，蚕这时的输出量志动态响应称作照阶跃响应疯，如象图赴2-森7皱a辽所示多。甜图松2-直7论a厨丝典型的阶跃响者应曲线和跟随塌性能指标进Fig2坊-默7菠a送thety惹p歼icals沈tepre恶sponse积proce封ss森and迹tracin刺gprop箭erty省index宋一般希望在阶剪跃响应中输出爹量颗C(t免)为与其稳态值知的偏差越小越底好，达到芹的时间越短越勒好。常用的阶猾跃响应跟随性朱能指标下列各搁项：1．上升时间包图置2-匆7抛a展绘出了阶跃响稿应的跟随过程恰，图中的扑是输出扮量牵C逃的稳态值。在秒跟史随过程中，输鲜出量从零起第猛一次上升到锋所经过的时间疼称作上升时间咸，它表示动态添响应的快速性唇。骨2烘．脉超调毛量之σ嘉与峰值时间固在阶跃响应过烘程中，超过这以后，输出量地有可能继续升究高，到峰值时园间毁时达到像输出量现最大值顺，然后回落。聋超过稳态值完的睬最大偏离量与筐稳态值之比，禁用吨百分数泛表示，较叫做超调量，布即鲁超调量反映系勾统的相对稳定乳性。超调量越泪小，相对稳定墓性越好任，即动态响应是比较平稳。3．调节时间巩调节时间又称撇过渡过程时间苏，它衡量输出刊量整个调节过牛程的快慢。理那论上，线性系谨统的输出过渡忙过程要到坝才稳定，但实拌际上由于存在冲各种非线性因岁素，过渡过程忽到一定时间就康终止了。为了惠在线性系统阶短跃响应曲线上桨表示调节时间坏，认定稳态值英上味下砌±5%窜(葬或妻取浴±2%拳)呀的范围为允许遇误差带，杯以响应曲线达涨到并不再超出者该误差带所需骤的时间定义为醉调节时间。显眯然，调节时间挽既反映了系统金的快速性，也站包含着它的稳惜定性。凯（二）掌抗扰性能指标裕控制系统稳定致运行中，突加温一个使输出量边降低的扰动积量偏F历以后，输出量缩由降低到恢复刃的过渡过程是贪系统典型的抗地扰过程，如野图工2-日7抬b蝶所示。常用的配抗扰性能指标泰为动态降落和煌恢复时间。凤图痰2-吃7政b壤答突加扰动的动幅态过程和抗扰纽性能指标阳Fig2-翠7乌b垫sudden胁plus雪turbul栋enceo摄f父dynami烤cproc奏ess鞭and恳turbul敏ence-p碌roofp对ropert夏y铁index1．动态降落塞系统稳定运行里时，突加一个为约定的标准负绸扰动量，所引明起的输出量最舞大降落值师称作动态降落划。一般用壁占输出量原稳甘态值熟的百分数汪来表示（或用手某基准值删的百分数张来表示亮）川。输出量在动发态降落后逐渐夜恢复，达到新避的稳态值珍，（剩）是系统在该吃扰动作用下的捕稳态由降落绞，即静差。动咽态降落一般都弃大于稳态误差环。调速系统突废加额定负载时横转速的动态降陕落称作动态冒速跨降呆。2．恢复时间鼠从阶跃扰动作竭用开始，特到由输出量基本上碗恢复稳态，距膝新稳态值完之差进入某基映准值批的沫±5视%嫁（或福取饼±2拖%驰）范围之内所盈需的时间，定迈义为恢复时间多，见定图锣2-咸4b兴。其中惰称作抗扰指标颠中输出量的基数准值，视具体孟情况选定。如仍果允许的动态若降落较大，就攀可以新稳态值袋作为基准值。丰如果允许的动化态降落较小，满则按进且入虎±5%驾范围来定义的安恢复时间只能奏为零，就没有娃意义了，所以偶必须选择一个凉比闭新耽稳态值更小的飞作为基准。裹2.承8刑双闭环直流调察速系统的朵频域分析告在设计校正装芬置时，主要的微研究工具是伯区德图（威BodeD宿iagram摊）棒如奉图哭2-夸8攀所示泰，即开环对数屯频率特性的渐志近线。它的绘浆制方法简便，初可以确切地提往供稳定性和稳际定裕度的信息续，而且还能大得致衡量闭环系兔统稳态和动态决的性能。正因遮为如此，伯德软图是自动控制脏系统设计和应售用中普遍使用厅的方法。00L/dBc/s-1-20dB/dec高频段低频段中频段符图计2-畏8患典型的控制系逝统伯德图之Fig2-辰8赠Typica怒lcont简rolsy晌stemB齐odeDi途agram创在定性地分析岁闭环系统性能出时，通常将伯亮德图分成低、销中、高三个频庆段，频段的分顶割界限是大致慎的，从肿上甚图中三个频段埋的特征可以判核断系统的性能辫，这些特征包犁括以下四个方适面：川(莫1)抵中频段以童-20dB/匀dec同的斜率穿越夺零分贝线题，而且这一斜斤率覆盖足够的拍频带宽度，则兆系统的稳定性潮好；即(购2)伤截止频率（或项称剪切频率）堵越高，则系统细的快速性越好反；垮(栋3)跳低频段的斜率款陡、增益高，尘说明系统的稳沉态精度高；乞(畏4)罢高频段衰减越恼快，即高频特展性负分贝值越浇低，说明系统财抗高频噪声干虏扰的能力越强裕。阅以上四个方面盖常常是互相矛竞盾的。对稳态尝精度要求很高雨时，常需要放城大系数大，却翻可能使系统不位稳定；加上校任正装置后，系案统稳定了，又奋可能牺牲快速置性；提高截止判频率可以加快敲系统的响应，求又容易引入高第频干扰；如此皱等等。罢设计时往往须酬在稳、准、快证和抗干扰这四红个矛盾的方面区之间取得折中楚，才能获得比策较满意的结果则。用在杂伯德图招，季稳定裕度届是衡量最小相参位系统稳定程燃度（即相对稳透定性）的重要辉指标，股保留厅适当的稳定掌裕度敌可以防止系统锤在各元件参数俘发生变化后导蠢致不稳定，面稳定秧裕度唉也能虽间接慧地详反映系统动态叮过程的平稳性苏，稳定级裕度艘大意味着震荡遗弱、超调小。内稳定洗裕度镜包括棉模稳定裕度传和相稳定裕疤度韵γ棉，辽一般要求：≥6dBγ≥也2.思9下双闭环直流调劣速系统两个调茧节器的作用陶1妨．转速调节器缝的作用掩（鸭1退）使转速酷n饰跟随给定电压节变化，当偏差怜电压为零时，洽实现稳态无静球差。誉（积2圆）对负载变化闹起抗扰作用。并（底3臣）其输出限幅脸值决定允许的闲最大电流。秆2计．电流调节器磁的作用松（种1拌）在转速调节撇过程中，使电福流跟随其给定渡电压宫变化。进（寻2仔）挖对电网电压波存动起及时抗扰鸭作用。尊（驶3副）刻起动时保证获拢得允许的最大秩电流，使系统体获得最大加速瘦度起动。阿（吹4糟）滑当电机过载甚号至于堵转时，暗限制电枢电流宜的最大值，从合而起大快速的论安全保护作用绕。当故障消失得时，系统能够燕自动恢复正常清。扰3承MATLA扑B任语言狮及雪Simuli列nk饶3.题1诱仿真技术的背露景编仿真技术作为圆一门综合性的唯科学已有四十法多年的发展历蔬史茶,蝇其间经历了物怪理模型仿墙真姻,雅模拟计算机仿昨真和数字计算泳机仿真。早卧期段,岛人们采用计算究机高级程序语务言对系统进行腐仿程真披,渡如杰BASI替C途、趋FORTRA勿N才、明PASCA聪L奥等。近些顺年此,进C已语言用得最为迅普遍。用计算尊机高级程序语抛言编制的系统角仿真程直序乒,汁不但要详尽描绒述各类事件的喇发生和处理情殿况慧,汁还要规定各类秩事件的处理顺凤序。这脚样裳,垃即便是一个很而简单的系叔统闯,碍程序也会很蛛长举,舱难于调试。同抖时棚,旦为了设计出优度良的人机界战面叔,检对数据输入方话式和食仿真结果的数病据打印格式或违图形表达形式默要大费心思。此3.2拣Matla松b耗和月Simuli秆nk醒简介供电子计算机的绞出现和发展是办现代科学技术姨的巨大成就之税一。它对科学蚂计术的几乎一思切领域，特别肿对数值计算，些数据处理，统败计分析，人工引智能以及自动冲控制等方面产筛生了极其深远阔的影响。熟练溪掌握利用计算淹机进行科学研仆究和工程应用误的技术，已经须成为广大科研附设技人员必须鼓具备的基本能杀力之一。大部尺分从事科学研脉究和工程应用领的读者朋友可滤能都已经注意帐到并为之所困涝扰的是，当我铁们的计算涉及莫矩阵运算或画宁图时，利液用屈FORTRA率N彩和叹C册语言等计算机疫语言进行程序颜设计是一项很潮麻烦的工作限。竭Matla时b敲正是为了免除客无数类似上述壮的尴尬局面而旨产生的。辟在丢198虾0惹年前后，美国乌的热Clev疼e州博士句在烟NewMe乓xic右o葛大学讲授线性挖代数课程时，殿发现应用其它拐高级语言编程顾极为不便，便初构思并开发蚊了肾Matla蹈b痕（为MATrix抗LABor傍ator紧y甲，即矩阵实验凳室），它是集毛命令翻译，科佛学计算于一身距的一套交互式袍软件系统，经遗过在该大学进难行了几年的试盛用之后，贺于魄198旬4闹年推出了该软妻件的正式版本惹，矩阵的运算悉变得异常容易柳。响为了准确的把桨一个控制系统御的复杂模型输雄入给计算机，比然后对之进行通进一步的分析亩与仿真往，核199库0江年罩MathWo苹rk烟s慰软件公司驰为劣Matla潮b闻提供了新的控映制系统模型图货形输入与仿真啦工具，并定名东为狗Simuln己k畅，该工具很快妨在控制界得到亩了广泛的应用牲。但因其名字专与著名的软脚件恼Simul多a剂类似，所以愚在屡199晃2娘年正式改名代为泄Simuli喊n竿k革。此软件有两杂个明显的功能失：仿真与连接揉，亦即可以利危用鼠标器在模坑型窗口上画出苍所需要的控制剪系统模型，然掘后利用该软件邮提供的功能来算对系统直接进煌行仿真。很明池显，这种做法果使得一个很复虾杂系统的输入询变得相当容易砌。托Simuli甲n龙k盟的出现，更使日得草Matla岛b海为控制系统的盾仿真与其鉴在阳CA播D曾中的应用打开走了崭新的局面挥。姿目前浮的扩Matla洒b牲已经成为国际灶上最为流行的橡软件之一，它死除了传统的交劫互式编程外，龙还提供了丰富中可的矩阵运算姑，图形绘制，鸽数据处理，图何像处理，方便隐的孤Window估s撇编程等便利工紫具，踢由各个领域的但专家学者相继裤推出了闯以怎Matla考b将为基础康的实用工具箱刃工具踏箱蚂,挖其中主要有信夺号处理、控制寇系统、神经网样络、图像处理扭、鲁棒控制、挡非线性系统控捉制设计、系统花辨识、最优化拉、狸μ露分析与综合、奴模糊逻辑、小封波、样条等工按具虏箱初,巧而且工具箱还志在不断增加跪。享借助其强大的洒功能，老Matlab稠广泛拥应用于自动控刑制、图像信号渠处理，生物医乐学工程，语音桶处理，雷达工隐程，信号分析傅，振动理论，榴时序分析与建橡模，吩化学统计学，诸优化设计等领音域，并表现出胀一般高级语言船难以比拟的优雅势。情3.3Ma捎tlab活建模与仿真龙长期以来，仿继真领域的研究剥重点在仿真模兼型建立这一环馅节上，即在系出统模型建立以钓后，要设计一沿种算法以使系敲统模型等为计剂算机所接受，死然后再将其编火制成程序在计趋算机上运行，结因此，建模通昏常需要很长一犬段时间，同时蔬仿真结果的分与析必须依赖有华关专家，而对洽决策者缺乏直舱接的指导耕。膊Matlab可著提供的动态系尽统仿真工棵具任Simul绸ink妄喊可有效解决上宾述仿真技术问芝题迎。章竿在株Simul前ink长暂中，倍建立跑系统陆模型兼，可以随意改足变仿真参数，弱即时得到修改怒后的仿真结果燕。膨Matla绞b轧中的分析与可指视化工具多种障多样且易于操灶作胳。剩利旨用针Simul旨ink插滨对动态系统做螺适当仿真和分寿析，可以在实杨际做出系统之仅前进行，以便念对不符合要求脚的系统进行适拆时校正，增强炸系统性能，减知少系统反复修夏改的时间，实扎现高效开发系荐统的目标功。奥针动态仿真结果版用图形方式显市示在示波器的垃窗口或将数据想以数字方式显熟示出来教。吊额常用宗的窜3介鼓种示波器桌为佛Scop楚e各，眉XYGra拜ph勤和持Displa凤y难。烦3.4旷Simuli传nk味仿真工具吹为了准确地把券一个控制系统化的复杂模型输耍入给计算屑机喷,果然后对之进行呜进一步的分析育与仿差真布,MathW胞ork冰s穴公司架为挨MATLA日B颂提供了新的控叨制系统模型图各形输入与仿真粒工偿具色,戴并定名鸣为池Simuli堡n蜓k韵。挣MATLA旅B串软件得的田Toolbo嫂x煌工具箱捆与发Simuli世n梯k炭仿真工具，为冷控制系统的计杨算与仿真提供讲了一个强有力球的工具，使控僵制系统的计算本与仿真的传统泪方式发生了革使命性的变化损。芳MATLA忆B易已经成为国际遭、国内控制领欣域内最流行的肝计算与仿真软缸件。硬Simuli说n习k揉有两个明显的埋功苦能寨:抚仿真与连忙接机,狠亦即可以利用勤鼠标器在模型除窗口上画出所椒需的控制系统治模议型导,补然后利用该软届件提供的功能套来对系统直接继进行仿真。很沃明餐显喜,汤这种做法使得弯一个很复杂系寺统的输入变得以相当容易假。络Simuli寸n市k链的出洞现披,闻更使绣得崭Matla累b群为控制系统的吧仿真与其背在斯CA嫩D数中的应用打开将了崭新的局面开。传Simuli吐n以k吴是一个用来对毒动态系统进行带建模、仿真和但分析的软件伍包缎,冷不仅界面友好建且支持更灵活辅的模型描述手延段。用户既可肺直接用方块图炮来输入仿真模父型柏,粪也可真用冈Matla贡b绢语言编俗写病M俗-陕文件来输入。惨既可以纯图形怕方式输骡入辈,吉也可以纯文本独方式来输入。侦还可将上述两照种方法交叉混辱合使用。既可聪对连续系统也燃可对离散系统扁进行仿司真捕,弯还适合于采样怕保持系统。同响时宽,雅它也具有能在钥仿真进行的过慰程中动态改耳变仿真参数的拨功能。因此可盆以不难理解它拉自推出以桐后逆,任就一直受到欧旦美和日本等国深家或地区的控他制界学者的青什睐。慕Simuli届n杠k汤为用户提供了弟方框图进行建锁模的图形接捡口凑,架采用这种结构轧画模型就像你绪用笔和纸来画葱一样容易。它套与传统的仿真健软件包用微分魄和差分方程建召模相怎比震,脖具有更直观、地方便、灵活的乔优点。伟Simuli砌nk辜包含稼有仍Sinks扛(妥输出方铲式借)勺、笔Source咱(赚输入垂源泰)吵、久Linear姿(果线性环挨节每)糟、尾Nonlin舌ear棕(凳非线性环窗节代)陪、笨Connec纤tions话(歉连接与接四口辛)穗和虽Extra阶(锁其它环件节网)赢子模型冠库货,暮而且每个子模耗型库中包含有洽相应的功能模砖块。用户也可卫以定制和创建厦用户自已的模纪块。蝇用剧Simuli镰n吴k片创建的模型可退以具有递阶结搅构隐,武因此用户可以营采用从上到下激或从下到上的予结构创建模型旗。用户可以从摇最高级开始观匙看模苗型深,病然后用鼠标双匠击其中的子系姿统模捞块脂,茫来查看其下一立级的内渣容惰,侨以此类猴推滔,假从而可以看到释整个模型的细箭节处,那帮助用户理解铸模型的结构和胡各模块之间的伪相互关系。膨在定义完一个危模型以味后俭,蹄用户可以通裳过伐Simuli灭n利k茫的菜单它或什Matla死b捎命令窗口键入虎命令来对它进述行仿真。菜单梯方式对于交互览工作非常方惜便效,隔而命令行方式浊对于运行一类避仿真非常有用芝。采剩用晚Scop植e永模块和其它的唇画图模遇块蛮,乌在仿真进行的师同沾时朴,燃就可观看到仿牛真结果。除此伸之蔬外惯,湿用户还可以在会改变参数后能惠迅速观看系统句中发生的变化谁情况。仿真的袋结果还可以存庄放老到胳Matla斜b还的肺Worksp瞎ace菠(溪工作空穴间网)饰里做事后处理婚。土由寻于顶Matla财b皮和觉Simuli静n尝k刺是集成在一起疤的有,挺因此用户可以绕在这两种环境誉下对自已的模陡型进行仿真、科分析和修改。袭3.5耗控制系统计算虽机仿真的过程麻控制系统仿真禁，就是以控制樱系统的模型将为基础，主要宣用数学模型代侦替实际的控制撑系统，以计算立机为工具，对岔控制系统进行垒实验和研究的脂一种方法。怒通常控制系统程仿真的过程按搅以下步骤进行纷：嘉第一步粥，禾建立自控系统肾的数学模型革系统的数学模声型，是描述系诞统输入、输出冠变量以及内部浸各变量之间关歉系的数学表达重式。描述系统酷诸变量间静态颜关系的数学表密达式，称为静土态模型；描述枕自控系统诸变蚕量间动态关系在的数学表达式被，称为动态模劳型。常用最基渣本的数学模型纪是微分方程与针差分方程，赶根据系统的实休际结构与系统穴各变量之间所劈遵循的物理、爽化学基本定律阿，例如牛顿定超律、克希霍夫紧定律、运动动盖力学定律、焦咽耳楞次定律等赶来列写出变量倾间的数学模型滩。这是解析法污建立数学模型蝴。余对于很多复杂纠的系统，则必佩须通过实验方还法并利用系统慧辨识技术，考藏虑计算所要求绵的精度，略去恢一些次要因素中，使模型既能所准确地反映系慰统的动态本质唤，又抬能简化分析计喊算的工作。这重是实验法建立纵数学模型。微控制系统的数效学模型是系统朽仿真的主要依夺据。住第二步逗，些建立自控系统悉的仿真模型绩原始的自控系献统的数学模型棉比如微分方程阻，并不能用来冈直接对系统进蛙行仿真。还得染将其转换为能貌够对系统进行惧仿真的模型。遍对于连续控制绞系统而言，有见像微分方程这涛样的原始数学护模型，在零初皇始条件下进行浑拉普拉斯变换核，求得自控系搞统传递函数数凯学模型。以传刚递函数模型为挨基础，等效变品换为状态空间臭模型，或者将们其图形化为动渗态结构图模型份，这些模型都般是自控系统的稳仿真模型。真对于离散控制贯系统而言，有难像差分方程这莫样的原始数学派模型以及类似嫌连续系统的各靠种模型，这些粥模型都可以对肝离散系统直接殃进行仿真。扩第三步凝，李编制自控系统露仿真程序享对于非实时系凳统的仿真，可添以用一般的高灌级语言，例吗如纽Basi姑c找、绣Fortra麻n繁或损C纷等语言编制仿伐真程序。对于盆快速的实时系父统的仿真，往疫往用汇编语言踢编制仿真程序惨。当然也可以玩直接利用仿真关语言。制如果应勤用各MATLA融B犹的靠Toolbo劲x枝工具箱及亮其迹Simuli梅n盼k池仿真集成环境虏作仿真工具，研这就蛾是再MATLA刚B耀仿真。控制系从统撑的狠MATLA扯B利仿真是控制系袍统计算机仿真旦一个特殊软件矩工具的子集。适第四步亏，终进行仿真实验托并输出仿真结串果派进行仿真实验妨，通过实验对雪仿真模型与仿兄真程序进行检求验和修改，而梦后按照系统仿猫真的要求输出贝仿真结果。摇4勤Simuli隶nk武环境中的系统皮模型、仿真结给果及分析畅双闭环控制系叮统在实际工程梢中应用极其广锋泛，洒现生对铅一个直流拖动报双闭骂环胡V-窗M坚调速系统的禁进行仿真设计贡。羞晶闸访管揉—戴直流电机双闭扰环调速系统瓣（股V-M震系统）的悔Simuli毫n裤k疲动态结构图，岁如图艳4锻所示。图中直票流电机数据有虫：艺=10kW,别=220V,疫=童53.5A停,际=1500r休/min努,慈电枢电阻莲=0.3韵1寸Ω摧，路总电顿阻伴R=0.迫4嚼Ω送,段电枢回路电磁代时间常数学=0.012使8s脏,核三相桥平均失旁控时间黄=0.001资67s笛；绸触发整流装置荷的放大系数蝶=傻20韵；系统运动部湾分飞轮矩相应呈的机电时间常邻数栏=0.042故s没，系统测速反欢馈系数哪=0.006亡7Vmin/孝r狂,惨系统电流反馈安系数概=0.072胁V/蔬A倘，电流环滤波兔时间常数姑=0.002仿s部；转速环滤波姐时间常数希=0.01s亲。忽略系统的凝非线性，辛分别对系统的千电流内环与转剑速外环进行稳剖态与动态的计押算及仿真发如下魂。说图各4惜李双闭环调速系塘统稀的削Simuli系n惜k殊动态结构图万Fig4田d相ouble绸closed跃loop京rotat眠ionre隙gulati竞onsys似tem栋ofSim掀ulink欣dynami警cstru腾cture锹diagra烤m傲首先慰，计算额定磁构通下的电机电柔动势转速比：政然后近选择奏电流环和转速池环类型喂。在双闭环直邀流调速系统中骆，电流环的主肠要作用就是保略证电机起动时钩获得允许的最勾大电流，保持董电枢电流在动俗态过程中不超皂过允许值，突鸟加控制作用时毫超调量越小越约好。根据自动波控制理论预[2]育，将电流环设亚计成斥典型闲I鹊型系统谊[1]欣，因为典型吨I玻型系统动态跟佳随性能的超调墨量很小，符合毙电流环的设计替要求；而转速跃环在系统中主欠要发挥其抗扰漂动作用，根据猜自动控制理论柄，将转速环设族计成典型隙II友型系统音[1]污，因为典型忆II抛型系统动态抗枣扰性能的动态番速降顷小，符合转速欣环的设计要求正。尚为保证电流调考节器巴和转速调节器躺的运算放大器漆工作在线性特峡性段肉[3]劈以及保护调速压系统的各个元脏件、部件与装指置不致损坏，及在电流调节器添和转速调节器暑的输出端都设悼置了限幅装置桨。馒4.陡1陶电流环胳的悉MATLA洞B春计算及仿真挨电流环肝校正前后跨给定阶跃响包的吹MATLA礼B铲计算及仿真购因为电流检测息信号中常含有城交流分量，所扰以须添加低通淘滤波器孩，但是由低通捞滤波器产生的途反馈滤波同时剃也给反馈信号在带来延迟，为竖平衡这一延滞泛作用，在给定访信号通道也添谈加一个与反馈矮滤波相同时间浙数的惯性环节科，使得给定信涉号与反馈信号飞经过同样的延届滞。其传递函咬数为：谈按照把电流环饰设计成想I谜型系统的要求奋，根据自动控绳制理论，电流衰调节器应选择叮比例积分调节街器，史即堤P席I崭调节器，其传润递函数为：丰(宣s)=延=毒,枕=趁0尝.尝3班2纷，磁=0.012劝8=剥电流环的校正唐主要是对晶闸舌管整流与移相姑触发装置的放洲大倍数到进行校正，校裕正前产=2抄0抽，相构成秃动态结构图模归型漫mx010.饼md幻l苍；趴校正后卵=3表0晒，肉构成慰动态结构图模兼型贯mx010a饿.md食l踪。成其他参数不变肠，笼校正前、后的凳动态结构图终模型日只是喘的值不一样，港所以沸在此只给出稠校正后采的铲mx010a阔.md扰l兼文件的动态结奏构图的模型，微如叙图盈4-1-1早A附所示。称图竿4残-盯1-1术A锹带参数电流环疼的轮Simuli矮nk肝的模型为指mx010复a嫁.mdl麻文件乒Fig孕4-蝴1计-1夜A骨t冰hebel踩tpara赖meter拢curren转t浸loop嫁Simul持inkmo贸del取isthe香mx010.巾mdldo匆cument竹在程序文件方层式下执行以下行的产MATLA镇B屯程落序泳L157.碰m哈：盏%MATL停AB携PR坝OGRAM灯L157.m猫[a1,b1葬,c1,d1锅]=linm抵od('mx锋010');裁s1=ss(胳a1,b1,摧c1,d1)苦;李figure箩(1);st址ep(s1)勿;hold乞on宽[a2,b2闪,c2,d2梁]=linm么od('mx灰010a悼');s2=刊ss(a2,就b2,c2,哗d2);会figure票(2);st跳ep(s2)兔[y,t]=柜step(s宫1);[mp肠,tf]=m蹦ax(y);喘cs=len珠gth(t)岂;培yss=y(豆cs);sg皆m=100*足(mp-ys惠s)/yss预tp=t(t口f)腔运行该程序可铺得模鉴型哄mx010.婆md孝l摔与瞒mx新010a愈.md隶l悟的单位阶跃响板应曲线如图权4刊-善1忠-求1某B济的置(a胖)率与率(b赞)呈所示杂,离并对于龙图谎4-1-吧1芬B循的略(偿b)轻图扣求出性能指标择：超调量：奥=4.440腐3%我,渔峰值时间：壁=0.020煮9描s代。游(从a)价犁爆垒盐脆(b)炊图良4-慰1桥-峡1售B碎电流环阶跃响冒应切Simuli熊n边k贯曲线来Fig腹4-膛1吹-培1竭B雷t俊he段curren题t脱loop扣step献respon罗se锁theS仰imulin侍kcurv配e寨图键4-1-坦1什B塌(a饿)宿是沿=2私0求时的系统单位卷阶跃响应，阶挨跃响应曲线单待调上升，完全仰无超调，并且康在讽0.04四s询内响应即结束塘。这样的电流虽环阶跃响应很窃理滩想评,飞但是电机的加祥速起动不够快粉。确图察4-子1樱-衣1奥B迈(型b是)狸是随=3浅0豪时的系统单位躺阶跃响应，响怖应曲线略有超袭调爹4.4403掌%钳，夹符合勇I攀型系统超调量草小的特点，洞系统曲线迅速快上升，峰值时霸间直（抛0.0209洽s日）赴非常短，电流盆立即下降至恒幸定并俯在览0.04评s肤内响应即结束爱，这样的阶跃势响应是很理想奇的。对于电流轿环，比较此二敢者，电流稍微笋超调的可取，裂因为这有利于鸟电机的加速起灭动，电机又不秤受什么影响。泽绘制耳单位阶跃扰动限响应曲线并计殖算其性能指标槽在图烟4-1-1甲A教中两个扰动信还号作用点分别骗施加单位阶跃灾信号，字绘制其扰动响俯应曲线，并求押其最大动态降昆落与最大动态惨降落的时间模及恢复时间倍。为进行仿真命，在咽信号综合铲点博1巡与狡2奖施加扰动信号画是分别构惩成饼MATLA旦B册里的结构图模耕型程mx010b惕.md嗽l著与胆mx键010c接.md于l洪。望，这两个结构枯图模型中的数奸据和射图杰4-1-1匪A棕相同，只积是扰动信号作钻用点不同。单宰位阶跃扰动信棚号的极性为负上。童在程序文件方乌式下执行以下垫调用函掌数斥dist()档的据MATLA括B蚊程的序叙L157务a序.巴m苹：帆%MATL兵ABPRO渐GRAML练157a定.m犁[a1,b1迹,c1,d1绘]=linm改od('mx秆010b')则;s1=ss西(a1,b1煮,c1,d1所);鱼figure爷(1);st绍ep(s1)夜;hold蓬on苍[a2,b2庆,c2,d2辜]=linm头od('mx麦010c谅');s2=箩ss(a2,荒b2,c2,米d2);迷figure住(2);st杀ep(s2)俘[y1,t1腔]=step蜜(s1);[短detac,驼tp,tv]牵=dist(夹1,y1,t多1);纤[detac馅0,tp0,机tv0]=d魄ist(2,绘y1,t1)赶;猎t=[0:0史.01:0.堡2];徒[y2,t2害]=step汤(s2,t)善;艘[detac窃1,tp1,观tv1]=d和ist(1,朱y2,t2)浓;[deta绵c2,tp2怎,tv2]=佩dist(2碌,y1,t1忆);月程序执行后，痒可得图葛4某-牙1享-业2像(a连)艘所示电流环在也信号综合牧点臣2剥施加单位阶跃炉信号的扰动响从应曲线，并有骡性能指标：最代大动态降落：免=-0.90扛61塞；唉最大动态降落燃时间：育=0.009甚2s救；没基准寸值演5景%叛范围的恢复时舱间：循=0.045恳9乘s药；基准乌值序2勾%隶范围的恢复时共间：谣=0.058遥0s碑(活a)鲁械魂吴更(霉b)岂图口4-察1汪-戴2劣电流环单位阶谎跃信号扰动响陷应曲线男Fig息4-三1袖-新2管curren匀t怠loop络unit钻step荡signa觉l谱turbul匀ence万respo构nsecur躺ve素将程序中的模摄型腰mx010b桌.md涛l摇改汇为啊mx恶010c痒.md寒l田，执行后得图达4产-棍1失-斜2托(b考)臂所示电流环在馅信号综合竟点亲1谋施加单位阶跃千信号的扰动响融应曲线如图，铁并有性能指标搅：最大动态降灰落：忧=-26.3准85森5性；最大动态降礼落时间：掉=0.010裁6民s甘；基准里值术5撤%暴范围的恢复时燃间：照=0.090称0查s铺；基准鉴值抖2听%来范围的恢复时历间：简=0.樱1000s怒。宿由谊两个扰动响应洗曲线及抗扰性唱能指标誉值凳可知，若改系薄具有良好的抗鬼扰性能，对比赢两组性能指标无值可知，系统欧对施加在信号考综合蔬点嘱2扭扰动信号的抗园扰作用比施加旺在信号综合蒙点荐1湿扰动信号的抗伴扰作用强，表革明施加召扰动作用点离槽被调量越近，饲电半流环对扰动信津号的抗扰能力挥越好。酬单位冲激信号泼扰动的响应曲拆线爬在图辩4-1-1恋A阻中两个单位冲酷激扰动信号作枝用点分别施加默单位冲激信号搅，绘制起冲激猎扰动响应曲线刃。茫在动态结构图间中单位冲激信伞号的信号叠加谈点极性为正。贵在程序文件方末式下执行以下概的碰MATLA呜B炼程障序团L157b.径m板：盯%MATL矩ABPRO件GRAML麦157b.m蜜[a1,b1平,c1,d1掠]=linm壤od('mx手010b')独;s1=ss狡(a1,b1朝,c1,d1获);仓figure捐(1);im饱pulse(裹s1);ho叙ldon差[a2,b2先,c2,d2例]=linm养od('mx艘010c副');s2=课ss(a2,桃b2,c2,涂d2);籍figure任(2);im最pulse(絮s2)继程序执行后，夸可得电流环在镜信号综合剖点项2你与梢信号综合擦点毙1暑施加单位冲激沾信号时的扰动架响应曲线如图店4-1-3浊(a歼)幕与围(b锅)讨所示锄。输(毅a)阵独剩品扶奥(b)伸图页4-懂1罪-籍3蜂第读电流环单位冲秀激信号扰动响限应曲线次Fig哈4-1害-睬3锯curren笼t尼loop尊unit糕impuls立e盟signa庆l外turbul浴ence片respo丢nsecur左ve夜电流环冲激扰尺动响应过程呈掌单调衰减侧如铜图婶4达-折1泡-漆3际(辽a)血所示或者呈一症次衰减振荡如懒图塞4斧-附1证-傲3瞧(悠b)旧所示都淋在即0.06懂s请内就结束了，角抗扰动时间非容常短，系统几盗乎察觉不出扰躁动的作用。拿说明电流环的柴抗扰性能好。泥电流环频域分美析成的卖MATLA间B奥计算及仿真飘根据自动控制洞原理，频域分会析的特点是运抵用闭环系统的乡开环频率特性槽曲线来分析闭算环系统的响应秀及其性能。群频域分析的主灰要内容是垫画招Bod以e势图与计算频域峡性能指标。电弓流闭环系统的疏开环结构图如验图懂4信-沸1-4集a之所示，它对应蹲着贪Simuli喇n奏k蛙动态结构图模接型征mx007d锦.mdl.艺图此4-雷1纽-思4何a包种鹊电流闭环系统全的开环结构图冒Fig液4-摩1收-业4习a蛙curren黑tclos昼ed-loo所psyst猴emspl暗it-改loop翠struc托tured壳iagram里在程序文件方碑式下执行以下哈的痛MATLA予B联程贱序暗L157c.参m:浑%MATL索ABPRO挨GRAML畏157c旁.m义n1=1;d壳1=[0.0张021];需s1=tf(柄n1,d1)朵;败n2=[0.握01281资];d2=[场0.040匀];s2=t踢f(n2,d躺2);味n3=30;总d3=[0.宵00167仗1];s3=腐tf(n3,廊d3);艘n4=2.5钓;d4=[0采.0128持1];s4=欠tf(n4,惠d4);杠n5=0.0引72;d5=卡[1];s5唐=tf(n5府,d5);希sys=s1僻*s2*s3赔*s4*s5到;耕margin颂(sys)悼执行语句后，厘可得电流环沟的匠Bod咐e腔图如图映4-1-4狠b凑所示，在图上淋就附有经计算煎出电流环的频伍域性能指标：痕模稳定裕度钞=18.2d幅B护-增π缴穿越频率丢=547ra辣d/s满相稳定裕鼠度凭γ就=述剪切频率姥=128ra布d/s换图卵4-舰1惠-款4膏b和写册电流环程的愧Bod葬e循图价Fig晋4-卷1串-谨4劣b腾curr辣entlo预opof杆Bode无diagra笋m壳工程上，一般耗要求模稳定裕旁度图≥虹6译dB桐,才相稳定裕恐度航γ≥畅。可见电流环榨有足够的稳定柔裕量，其频域峰性能是优良的看，反映了电流韵环具有良好的葵相对稳定性。丹4.幼2誓转速环炼的晒MATLA仰B孝计算及仿真侨转速环埋校正前后攀给定渠阶跃响应哪的新MATLA宰B抵计算及仿真坐与电流环添加输低通滤波器措弄施一样，在转坡速环反馈通道锡与给定信号通拒道都添加了滤抹波惯性环节，烛其传递函数为每：匹按照把转速环捷设计成莫II吵型系统的要求栽，根据自动控防制理论，转速辣调节器挎也积应选择比例积蠢分调节器，其烧传递函数为：(s)=，煎转速环的校正冶主要是对转速项调节器的参数惹以及输对晶闸管整流恋与移相触发装壁置的放大倍数来进行校正。月校正前羡=什，戒=驶10桐0键，暖转速调节器的天传递函数为：(s)==，苹构成动态结构良图模型夕mx011.塑md授l线；纽校正后自=5.豆3拦，砌=昏3乘0剑，摘转速调节器的错传递函数为：(s)==，副构成动态结构织图酱模型善mx011肠a蝶.mdl谎。酒其他参数不变撑，刃校正前、后的惑动态结构图模煎型只是储与疫的值不一样，季所以在此只给痰出杜校正后产的宜mx01趋1店a.md隙l纹文件的动态结父构图的模型政，如珍图挥4-己2饭-1夺A宪所示。俩图加4-漆2挖-雪1魂A吴带参数双闭环蹲系数晕的筛Simuli塔n厉k腹动态结构图模肚型悠mx011.病mdl错Fig年4-秩2后-怎1低A舰the字b阁eltpa逆ramete含r衬doubl锅eclos乎edloo顺pcoef彼ficien拦t猾Simuli酸nkdyn怠amicst芒ructur优e完diagra曲m氏model隆mx011屿.mdl票用脏linmod善(尼)孩与师step(矮)垂函数命令并调淋用函荐数投perf(腿)枕编写求其阶跃夜响应与性能指革标趟的咸MATLA凉B笨程俭序担L157d.精m海如下。浑在程序文件方季式下执行以下坟的冈MATLA肯B示程交序译L157d.艇m:烈%MATL笋ABPRO殊GRAML躲157d.m匹[a1,b1倦,c1,d1墙]=linm菜od('mx约011');晓s1=ss(恒a1,b1,估c1,d1)室;figur隐e(1);s伪tep(s1坟,'k')赚holdo炎n戏[y1,t1保]=step辰(s1);[元a2,b2,壤c2,d2]短=linmo万d('mx霞011a言');帽s2=ss(艺a2,b2,严c2,d2)摧;figur司e(2);s恐tep(s2洋,'k')滑[y2,t2爱]=step寸(s2);甲[sigma裹1,tp1,杏ts1]=p论erf(1,仰y1,t1)岁;剖[sigma长2,tp2,冷ts2]=p赛erf(1,残y2,t2)铅;监程序执行后，目可得转速环洪校正前后肤的单位阶跃响撕应曲线如图辽4-2-1撤B耍所示。驳(弊a)反侦拜距国逐(b)柔图肥4-象2轧-宿1兄B骑转速环钉阶塔阶跃响摧应我Simuli盖n痒k歉曲线枯Fig最4-呈2匹-锻1免B唐t灿he遗rotati伙on辽loop意step华respon抢secur词ve械校正前转速环袭的凑单位阶跃响应惠仿真曲线室如图弄4-2-1洁B(a)君所示，此时响伤应产生了衰减鼠振荡蓄，表明系统稳常定性差。中程序运行后，违可得到图肾1枯4-2-1饿B(a)蒙阶跃响应性能些指标：妙超调量树：养σ锤%=67.7茂645皆%斥；峰值时间：涝=0.025狱8弹s腐；调节时间：虽=0.104披8卸s丑。绣同时仙可得到图不4-2-1仗B(b)顽阶跃响应性能宅指廉标爸:所超调量佩：遵σ竟%=34.1弄602艇%捏；峰值时间：牌=0.089巾7孤s挥；调节时间：省=0.187性6仿s质。布调节时间数值边均对应错于硬5沫%暴的误差带。允由计算图绩4-2-1酒B(b)叫的性能指标数劫据可见转速环示的阶跃响应超汽调疤量规σ樱%<35%筐,潮峰值时间千<0.1s动,逼调节时间余<0.2s,粒表明系统的相虹对稳定性好，今动态响应快，杨这色样的系统响应瑞是非常理想的南。饶绘制巾单位阶跃信号杰扰动响应曲线盒并计算其性能抹指标太在图形4-2-1覆A献中两个扰动信集号作用点分别徐施加单位阶跃牙信号，绘制其花扰动响应曲线削，并求其最大蛇动态降落与最独大动态降落的幕时间暂及恢复时间梅。为进行仿真居，在作用历点浴1斜与丝2贯施加扰动信号刊时分别构孟成乔MATLA博B奸里的动态结构辆图惑mx011b昼.md坐l增与卷mx011c丽.mdl辰。这两个结构奉图模型中的数蜘据和唉图邀4-2-1吃A际相同，只是扰华动信号作用点束不同。莫在程序文件方爪式下执行以下喘用荐linmod桂(问)踢与幼step(呼)赠函数并调立用奥dist(库)案的程风序忘L157e.寸m:苍%MATL妄ABPRO聪GRAML科157e.m什[a1,b1贵,c1,d1械]=linm脚od('mx爬011b')差;枕s1=ss(愁a1,b1,份c1,d1)疯;废t=[0:0鞋.01:0.葛5];允[y1,t1扔]=step网(s1,t)以;扶figure佩(1);架step(s剪1艰,t偏);hold拍on荷[detac苏,tp,tv董]=dist愈(1,y1,类t1)蛛[detac支0,tp0,仅tv0]=d知ist(2,辰y1,t1)葡[a2,b2幅,c2,d2慰]=linm抱od('mx谨011c品');朝s2=ss(胃a2,b2,筑c2,d2)桐;灯t=[0:0杨.01:0.亦5];疯[y2,t2篮]=step烛(s2,t)周;望figure式(2);创step(s疼2乎,t胆)献;框[detac沈1,tp1,伴tv1]=d栗ist(1,会y2,t2)党[detac蝇2,tp2,廊tv2]=d融ist(2,益y2,t2)秧程序执行后，移可得转速环的姐单位阶跃扰动王响应曲线如图准4-2-2钱所示。叛(a补)堤与塑(b蒙)阀图分别对应着已扰动信号作用蜻于捧1肥与州2列两个不同的点剖。对于图房4-2-2透(a弃)架，计算其阶跃子扰动响应性能只指标：最大动滩态降落帐：速detac=资-1.872抬4管；最大动态降咏落时间：翅=0.05s吨;械基准仍值于5匙%牢范围的恢复时使间：妄=0.19荷s矛；基准糕值辣2丢%扩范围的恢复时验间：拴=0.21酷s呼。对于快图夏4-2-2(戴b那)妨计算其阶跃扰随动响应性能指姓标：最大动态鸽降落貌：磨detac=距-26.13跨14签;跪最大动态降落晴时间：绢=0.03毕s眠；基准执值妖5祖%妹范围的恢复时材间：闸=0.28s毯;哥基准纺值挑2锐%尊范围的恢复时杆间：评=0.29弯s批。由阶跃扰动幅响应性能指标先值可知，该系役统对扰动信号肿具有良好的动究态抗扰作用，似对比两个阶跃妨扰动响应性能吵指偶标值可知，对唉作用框在胁1睁点的扰动信号牢的抗扰作用比欣对作用篇在题2碧点的扰动信号率的抗扰作用强终，再次表明扰损动作用点离被仔调量越近，转混速环对扰动信员号的抗扰能力晋越好。孤(摊a)亩屯败克享鞋(b)迹图竹4-馆2搭-摩2滋孟遭转速环的单位本阶跃扰动响应抖曲线遍Fig配4-幻2余-兼2书rotati态on给loop车unit皇step正turbul克ence裁respo岭nsecur秧ve伴(a描)砖与详(b掘)坝图分别对应着汽扰动信号作用瞧于槐1展与缩2众两个不同的点虑。对于图垒4-2-2狮(a垃)描，计算撕其症阶跃扰动响应勿性能指标：最些大动态降落述：斥detac=姻-1.872挪4伞；巾最大动态降落牲时间：榨=0.05s裙;联基准肌值犁5闲%珠范围的恢复时稀间：驴=0.19s划；处基准盈值子2车%越范围的恢复时微间：笔=0.21指s割。对于图悠4-2-2匹(b亦)掀计算持其堆阶跃扰动响应梢性能指标：最聪大动态降落善：怎detac=斯-26.13骄14惑;援最大动态降落际时间：己=0.03s脆；绒基准垒值透5帮%系范围的恢复时觉间：俊=0.28s岭;采基准押值渠2层%舟范围的恢复时株间：择=0.29山s踏。葱由暑阶跃扰动响应遮性能指标削值林可知，猎该系统对扰动择信号具有偿良好窗的动态抗扰作齿用筝，对比两个阶盾跃扰动响应性骂能指标值可知跳，对作用绪在取1腐点的扰动信号是的抗扰作用比骡对作用茫在量2俩点的扰动信号腔的抗扰作用强司，再次表明丢扰动作用点离搂被调量越近，泼转速夫环对扰动信号被的抗扰能力越谅好。狱单位冲激信号燃扰动的响应曲袖线晶在图允4-2-1嚼A谅中两个扰动信崭号作用点分别恨施加单位冲激低信号，绘制其遍扰动响应曲线请。接在程序文件方巾式下执行以迟下辫MATLA栏B舌程愿序潜L157f.捧m姐:敲%MATL燃ABPRO宁GRAML苍157f扁.m性[a1,b1他,c1,d1犬]=linm咳od('mx敞011b')约;接figure轧(1);幻impuls寒e(a1,b辛1,c1,d耳1);hol世don跳[a2,b2辞,c2,d2旬]=linm膜od('mx登011c薄');忍figure贯(2);箱impuls测e(a2,b诉2,c2,d坦2)源程序执行后，警可得转速环在肾扰动作用采点懂1劈与扰动作用汗点磁2林施加单位冲激苹信号时的扰动献响应曲线如图绑4-2-3闷(a帮)糖与秀(b彼)映所示。使(隆a)伐取算倍盟(晴b)止图倘4扒-樱2段-舅3舱祝转速环单位冲劳激信号扰动响奋应曲线家Fig盾4-建2奉-号3香rotati蔑on买loop淋unit膀impuls脊e毫signa辨l斜turbul谢ence恋respo晚nsecur街ve面转速环单位冲旋激扰动响应过练程如图兆4-2-3弓(杆a)营所示呈单调衰设减或者如图剖4-2-3回(b橡)近所示呈一次衰泛减振荡派在到0.2叔s滩内就结束了，豆抗扰动过程亦刷非常短暂，系甚统转速外环已啄经感觉到扰动武，但抬经漏0.2示s抖扰动响应的过匆程已经结束。欠说明既系统事的抗扰性能好世转速环频域分脸析完的镰MATLA牵B纸计算及仿真泰频域分析是运改用闭环系统的盆开环频率特性剑曲线来分析闭兴环系统的响应木与性能的。频扇域分析的主要享内容是绘福制载Bo