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学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名年月日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于
1、保密□，在_________年解密后适用本授权书
2、不保密□作者签名年月日导师签名年月日目录TOC\o1-3\h\z\u摘要3前言4第1章绪论51．1课题的来源、研究背景及意义
51.2相关课题的发展历史
61.
2.1DCS的发展历程
61.
2.2PLC的诞生和发展
71.
2.3PC技术推动了工控机技术的发展
71.
2.4现场总线控制系统
81.3国内外的主要研究工作和研究成果
81.4本文主要开展的研究工作9第2章方案设计
101.1直流调速方法
101.2直流调速系统可用的可控直流电源
101.3晶闸管整流装置电路接线联结型式的选择
101.4触发电路的选择
111.5调速系统的类型
111.
5.1开环调速系统
111.
5.2闭环调速系统
121.6方案选择14第3章调速系统性能指标
153.1系统对转速控制的要求
153.2调速性能指标（稳态指标）16第4章转速、电流双闭环调速系统原理
174.1转速、电流双闭环调速系统的组成
174.2稳态结构框图和静特性
174.3双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析
204.
3.1晶闸管触发电流和整流装置的数学模型
204.
3.2电流与电压间、感应电势与电流之间的数学模型
214.
3.3测速、电流反馈环节
224.
3.4调速系统的动态结构图
224.
3.5双闭环调速系统突加给定电压时的起动过程
234.
3.6双闭环调速系统的动态性能25第5章主电路计算
255.1变压器参数计算
255.2晶闸管参数计算
275.
2.1晶闸管额定电压
275.
2.2晶闸管额定电流27第6章双闭环系统调节器的设计
296.1确定系统时间常数
296.2电流调节器的设计
296.
2.1电流环的简化
296.
2.2确定时间常数
306.
2.3选择电流调节器的结构
306.
2.4传递函数参数计算
316.
2.4校验近似条件
326.
2.5计算调节器电阻和电容
326.3转速环的设计
336.
3.1确定时间常数
336.
3.2结构选择
336.
3.3传递函数参数计算
346.
3.4校验近似条件和性能指标
346.
3.5计算调节器电阻和电容35第7章调速系统的仿真
367.1仿真模型的建立
367.3转速环的仿真设计38致谢42参考文献43基于V-M的双闭环直流运动控制系统设计及校正学生黄觉鸿指导教师曾孟雄教学单位机械与材料学院摘要本文主要介绍电流、转速双闭环直流调速系统的设计，在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电首先确定整个设计的方案和框图然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数计算最后，重点设计直流电动机调速控制器电路，在系统中设置电流调节器和转速调节器，先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，最后采用MATLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析关键词双闭环；电流调节器；转速调节器；MATLAB/SIMULINK；仿真Double-loop；thecurrentregulator；thespeedregulator；MATLAB/SIMULINK；simulationWhatthisarticleelaboratesisthedesignof“therotationalspeedtheelectriccurrentdoubleclosedloopcocurrentvelocitymodulationsystem”.Inthedesignthemaincircuitcontrolsystemusingthree-phasefullcontrolledbridgerectifiercircuitaselectricitysupply
[1].Firstlydeterminedthedesignschemeanddiagram.Thendeterminedthestructureofpowercircuitandthedesignofcomponentsandtheparametercalculation.FinallyfocusedonthedesignofDCmotorspeedcontrollercircuitThecurrentregulatorandspeedregulatorissetupinthesystematfirstdetermineditsstructurethedesignofvariouscomponentsandthecalculationofitsparameters.FinallyusedMATLAB/SIMULINKtocarryonSimulationAnalysisofthewholecontrolsystem.
[2]前言电机自动控制系统广泛应用于机械，钢铁，矿山，冶金，化工，石油，纺织，军工等行业这些行业中绝大部分生产机械都采用电动机作原动机有效地控制电机，提高其运行性能，对国民经济具有十分重要的现实意义20世纪90年代前的大约50年的时间里，直流电动机几乎是唯一的一种能实现高性能拖动控制的电动机，直流电动机的定子磁场和转子磁场相互独立并且正交，为控制提供了便捷的方式，使得电动机具有优良的起动，制动和调速性能尽管近年来直流电动机不断受到交流电动机及其它电动机的挑战，但至今直流电动机仍然是大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制首选直流电动机因具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛应用晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统）
[3]采用速度、电流双闭环直流调速系统可以充分利用电动机的过载能力获得最快的动态过程，调速范围广，精度高，和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性，动态和静态性能均好，且系统易于控制双闭环系统的转速环用来控制电动机的转速，电流环控制输出电流；该系统可以自动限制最大电流，能有效抑制电网电压波动的影响；且采用双闭环控制提高了系统的阻尼比，因而较之单闭环控制具有更好的控制特性尽当今功率半导体变流技术已有了突飞猛进的发展，但在工业生产中V-M系统的应用还是有相当的比重所以以此为课题进行研究具有一定的实用价值近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开1）采用新型电力电子器件2）应用现代控制理论3）采用总线技术4）内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域本课题基于W-M的双闭环直流运动控制系统设计及校正所涉及的调速方案本质上是改变电枢电压调速该调速方法可以实现大范围平滑调速，是目前直流调速系统采用的主要调速方案但电机的开环运行性能（静差率和调速范围）远远不能满足要求按反馈控制原理组成转速闭环系统是减小或消除静态转速降落的有效途径转速反馈闭环是调速系统的基本反馈形式可要实现高精度和高动态性能的控制，不仅要控制速度，同时还要控制速度的变化率也就是加速度由电动机的运动方程可知，加速度与电动机的转矩成正比关系，而转矩又与电动机的电流成正比因而同时对速度和电流进行控制，成为实现高动态性能电机控制系统所必须完成的工作因而也就有了转速、电流双闭环的控制结构
[4]第1章绪论1．1课题的来源、研究背景及意义许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能而直流调速系统调速范围广、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领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，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的电流或转矩在单闭环系统中，只有电流截止至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，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在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统
1.2相关课题的发展历史控制系统其实从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了控制系统的前身现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，在控制系统的发展史上，称为第三代控制系统，以PLC和DCS为代表，从70年代开始应用以来，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展从90年代开始，陆续出现了现场总线控制系统、基于PC的控制系统等
1.
2.1DCS的发展历程70年代中期，由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制，它们可以覆盖炼油、石化、化工、冶金、电力、轻工及市政工程等大部分行业1975年前后，在原来采用中小规模集成电路而形成的直接数字控制器DDC的自控和计算机技术的基础上，开发出了以集中显示操作、分散控制为特征的集散控制系统DCS由于当时计算机并不普及，所以开发DCS应强调用户可以不懂计算机就能使用DCS;同时，开发DCS还应强调向用户提供整个系统此外，开发的DCS应做到与中控室的常规仪表具有相同的技术条件，以保证可靠性、安全性在以后的近30年间，DCS先与成套设备配套，而后逐步扩大到工艺装置改造上，与此同时，也分成大型DCS和中小型DCS两类产品，使其性能价格比更具有竞争力DCS产品虽然在原理上并没有多少突破，但由于技术的进步、外界环境变化和需求的改变，共出现了三代DCS产品1975年至80年代前期为第一代产品，80年代中期至90年代前期为第二代产品，90年代中期至21世纪初为第三代产品
1.
2.2PLC的诞生和发展在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable是世界上公认的第一台PLC由于第一代PLC是为了取代继电器的，因此，采用了梯形图语言作为编程方式，形成了工厂的编程标准这些早期的控制器满足了最初的要求，并且打开了新的控制技术的发展的大门在很短的时间，PLC就迅速扩展到食品、饮料、金属加工、制造和造纸等多个行业20世纪70年代初出现了微处理器人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30-40%在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展
1.
2.3PC技术推动了工控机技术的发展 历史上，VME总线工业控制机一直是许多嵌入式应用的首选机型1981年，Mostek、Motorola、Philip和Signetics公司发明了VME总线，1996年的新标准VME64ANSI/VITA1-1994将总线数据宽度提升到64位，最大数据传输速度为80Mbps由ForceComputers制定的VME64x总线规范将总线速度提高到了320MbpsVME总线工控机是实时控制平台，大多数运行的是实时操作系统，并由OS制造商提供专用的软件开发工具开发应用程序VME总线最新产品已经采用了500MHz的PentiumⅢ处理器 由于用户希望使用与所熟悉的桌面PC机相同的操作系统和开发工具，导致了开放式桌面PC在工业环境中的直接应用除了VME总线工控机外，产生了一系列基于PC的、与ISA/PCI总线标准兼容的嵌入式工控机，其中比较有代表性的是CompactPCI/PXI总线、AT96总线、STD总线、STD32总线、PC/104和PC/104-Plus总线嵌入式工业控制机1995年6月PCISIG正式公布了PCI局部总线规范
2.1版，同时PICMG推出了第一个标准PCI/ISA无源背板总线标准为了将PCISIG的PCI总线规范用在工业控制计算机系统，1995年11月PCI工业计算机制造者联合会PICMG颁布了CompactPCI规范
1.0版由于CPCI总线工控机良好地解决了可靠性和可维护性问题，而且基于Microsoft的软件和开发工具的价位比较低，所以，CPCI工控机得以迅速打入嵌入式产品市场但相对于PCI/ISA加固型工控机而言，由于总体成本高、技术开发难度大、无源背板定义并不完全统一导致模板配套性差、电磁兼容性设计要求高等因素，CompactPCI工控机在工业过程控制领域并未得到实际应用，反而在电信市场获得广泛应用
1.
2.4现场总线控制系统现场总线技术是从80年代后期诞生的网络通信技术，经历十几年左右的发展，国际上出现了几个有代表性的现场总线标准和几个系列产品，较流行的有:1Profibus现场总线 它是作为德国国家标准和欧洲国家标准的现场总线标准该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的它采用OSI模型的物理层、数据链路层2控制局域网ControlAreaNetwork，CAN控制网络 最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间数据通信 此外还值得一提的是，可寻址远程传感器数据公路HighwayAddressableRemoteTransducer，HART协议，它是由美国Rosemount公司最早推出的一种兼容4~20mA模拟信号和调制数字信号的现场总线协议在当前的过渡时期具有较强的竞争力，得到了较快的发展3基金会现场总线FoundationFieldbus在现场总线标准的研究制订过程中，出现过多种企业集团或组织，通过不断的竞争，到1994年在国际上基本上形成了两大阵营，一个以Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议；另一个以Honeywell公司为首，联合欧洲150家公司制订的WorldFIP协议这两大集团于1994年合并，成立现场总线基金会FieldbusFoundationFF，致力于开发国际上统一的现场总线协议4LonWorkLocalOperatingNetwork局部操作网现场总线 它是由美国Echelon公司于1990年正式推出的它采用ISO/OSI模型的全部7层协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其最大传输速率为
1.5Mbps传输距离为2700m，传输介质可以是双绞线、光缆、射频、红外线和电力线等
1.3国内外的主要研究工作和研究成果近30年来，电力拖动系统得到了迅猛的发展但技术革新是永无止尽的，为了进一步提高电动机自动控制系统的性能，有关研究工作正围绕以下几个方面展开1）采用新型电力电子器件电力电子器件的不断进步，为电机控制系统的完善提供了物质保证，新的电力电子器件正向高压，大功率，高频化和智能化方向发展智能功率模块（IPM）的广泛应用，使得新型电动机自动控制系统的体积更小，可靠性更高传统直流电动机的整流装置采用晶闸管，虽然在经济性和可靠性上都有一定优势，但其控制复杂，对散热要求也较高电力电子器件的发展，使称为第二代电力电子器件之一的大功率晶体管（GTR）得到了越来越广泛的应用由于晶体管是既能控制导通又能控制关断的全控型器件，其性能优良，以大功率晶体管为基础组成的晶体管脉宽调制（PWM）直流调速系统在直流传动中使用呈现越来越普遍的趋势2）应用现代控制理论在过去，人们感到自动控制理论的研究发展很快，但是在应用方面却不尽人意但近年来，现代控制理论在电动机控制系统的应用研究方面却出现了蓬勃发展的兴旺景象，这主要归功于两方面原因第一是高性能处理器的应用，使得复杂的运算得以实时完成第二是在辨识，参数估值以及控制算法鲁棒性方面的理论和方法的成熟，使得应用现代控制理论能够取得更好的控制效果3）采用总线技术现代电动机自动控制系统在硬件结构上有朝总线化发展的趋势，总线化使得各种电动机的控制系统有可能采用相同的硬件结构4）内含嵌入式操作系统的控制器正在进入电动机控制领域当今是网络时代，信息化的电动机自动控制系统正在悄悄出现这种控制系统采用嵌入式控制器，在嵌入式操作系统的软件平台上工作，控制系统自身就具有局域网甚至互联网的上网功能，这样就为远程监控和远程故障诊断及维护提供了方便目前已经有人研制成功了基于开放式自由软件Linux操作系统的数字式伺服系统
1.4本文主要开展的研究工作根据本课题的实际情况，宜从以下几个方面入手分析1）直流双闭环调速系统的工作原理及数学模型；2）双闭环直流调速的工程设计；3）应用MATLAB软件对设计的系统进行仿真和校正；本设计要求基于V-M的双闭环直流运动控制系统的设计和校正，从要求出发，本文先介绍各种调速方案中选择电流、转速双闭环调速系统的原因，再重点阐述该系统的动态、静态性能和结构特点运用所给定的参数对系统的各环节进行设计计算并校验，最后通过建立调速系统的模型应用仿真软件进行仿真测试第2章方案设计
1.1直流调速方法直流电动机的转速调节方法主要有以下几种1）改变电枢回路电阻调速法保持直流电动机外加电枢电压与励磁磁通为额定值，改变电枢回路电阻而实现调速，调速过程中，直流电动机的理想空载转速不变，但在相同的转矩下，直流电动机转速降落将随外加电阻的增大而增大，机械特性的斜率就越大2）减弱磁通调速法保持电枢电压为额定值，电枢回路不加入附加电阻，而减小直流电动机的励磁电流以减弱磁通弱磁调速只能在额定转速以上的范围内调节转速3）调节电枢电压调速法保持直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串入外加电阻，仅改变电动机电枢外加电压，实现直流电机的调速以上3种调速方法，改变电枢回路电阻调速只能对电动机的转速作有极的调节，转速的稳定性差，调速系统效率低弱磁调速能够实现平滑调速，但只能在基速（额定转速）以上的范围内调节转速调压调速所得到的认为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速（额定转速）以下实现平滑调速所以直流调速系统往往以调压调速为主，只有当转速要达到基速以上时才辅以弱磁调速根据负载性质来选定对起动、制动及调速有较高要求的产机械，宜选用直流他励时电动机；而需要较大起动转矩和恒功率调速的机械如电车，蓄电池车，牵引机械等常用直流串励电动机或直流复励电动机由于该设计对起动、制动及调速精度要求较高，故选用直流他励电动机
[5]
1.2直流调速系统可用的可控直流电源1）旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压这种调速系统叫做发电机-电动机系统，简称G-M系统2）静止可控整流器用静止的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压3）直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用直流斩波或脉宽调制的方法产生可调的直流平均电压
[5]
1.3晶闸管整流装置电路接线联结型式的选择一般说来，在整流器功率很小时（4kW以下），用单相整流；功率较大时，用三相整流电路，故选用三相整流电路
[6]在三相整流电路中，三相零式电路突出的优点是电路简单，用的晶闸管少、触发器少，对需要220V电压的用电设备直接用380V电网供电，而不需要另设整流变压器
[2]但缺点是要求晶闸管耐压高，整流输也电压脉动大，需要平波电抗器容量大，电源变电器二次电流中有直流分量，增加了发热和损耗因零线流过负载电流，在零线截面小时压降大，往往需要从车间变压器单独敷设零线而三相桥式整流电路，在输出整流电压相同时，电源相电压可较三相零整流电路小一半，困此显著减轻了变压器和晶闸管的耐压要求，变压器二次绕组电流中没有直流分量、利用率高输出整流电压脉动小，所以平波电抗器容量就可小一些三相桥式整流电路的缺点是整流器件用得多，全控桥需要六个触发电路，需要220V电压的设备也不能用380V电网直接供电，而要用整流变压器三相半控桥式整流电路，虽然只用三只晶闸管、三个触发电路，但整流输出电压脉动大，且不能用于需要有源逆变的场合，故在要求较高的场合应选择三项全控桥式整流电路由于电机的容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案电动机额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相降压变压器将电源电压降低，为避三次谐波电动势的不良影响，三次谐波电流对电源的干扰，主变压器采用Δ/Y接法
1.4触发电路的选择门极电压又叫触发电压晶闸管
[7]的触发电路种类很多，为使线路简单、工作可靠、装置体积小宜选用KJ004组成的六脉冲集成触发电路其优点是体积小、功耗低、调试方便、性能稳定；缺点是移相范围小于180°，为保证触发脉冲对称度，要求高流电网波形畸变率小于5%，广泛应用于各种晶闸管装置中
1.5调速系统的类型
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5.1开环调速系统该系统中，只通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的，都属于开环控制的调速系统在开环调速系统中，控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，即控制是单方向进行的，输出的转速并不影响控制电压，控制电压直接由给定电压产生已知系统当电流连续时，在额定负载下的转速降落为开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为已远远超过了5%的要求，更何况满足调速范围最低转速的情况以及考虑电流断续时的情况如果要满足D=10，S=5%的要求，额定负载下的转速降落可以根据公式求得显然，简单的开环调速系统不能满足生产机械工艺要求，这就应采用负反馈控制，构成闭环调速系统从电动机运行特性的立场分析，闭环系统能大大提高稳速性能的原因是系统在负载变化时可通过闭环调节使电枢电压自动跟踪负载变化，补偿电枢电流在回路电阻上的压降损失，从而维持转速基本不变稳速原理可从图1-1所示的闭环与开环转速特性间的关系得到理解图1-1闭环与开环转速特性间的关系
1.
5.2闭环调速系统1）转速单闭环直流调速图1-2带转速负反馈的闭环直流调速系统原理图如图是带有比例放大器的转速反馈闭环调速系统，是一种基本的反馈控制系统，它具有以下基本特征，也就是反馈控制的基本规律
（1）只有比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的从静特性中可以看到闭环控制系统的调速性能比开环系统有了很大的提高，而提高的程度与闭环系统的开环放大系数K有关
（2）闭环系统具有较强的抗干扰能力对于一切被负反馈环包围的前向通道上的扰动作用，都能被反馈控制系统有效地加以抑制
（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测精度高精度的调速系统必须有更高精度的给定稳压电源和高精度的检测原件应用电流截止负反馈，能够解决转速负反馈闭环系统启动和堵转时电流过大的问题，引入了限制电枢电流的环节，关键时候维持电流基本不变引入PI调节器，在系统静特性指标和稳定性发生矛盾的情况下，能改变系统的结构使它能同时满足稳定性与稳态误差两方面的要求
[5]2）转速、电流双闭环直流调速系统图1-3转速、电流双闭环直流调速系统ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—转速测量装置TA—电流互感器UPE—电力电子变换器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，二者之间实行串级联接这就是说，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；转速调节环在外边，叫做外环这样就形成了转速、电流双闭环调速系统对于转速调节器
（1）使被调量转速跟随给定转速变化，保证稳态无静差
（2）其稳态输出值正比于电动机稳态工作电流值（由负载大小而决定），输出限幅值取决于电动机允许最大电流值（或负载允许最大转矩）
（3）对负载扰动起抗扰作用对于电流调节器
（1）启动过程保证电动机能获得最大允许的动态电流
（2）在启动过程，使电流跟随电流给定值而变化
（3）对交流电网电压的波动有较强的抗扰能力
（4）有自动过载保护作用，且在过载故障消失后能自动恢复正常工作
1.6方案选择方案一采用直流开环调速系统由以上的计算得知，不能满足要求方案二采用转速单闭环直流调速系统应用了PI调节器后可实现转速无静差控制，应用了电流截至负反馈环节来限制电流的冲击，避免出现过电流现象作为转速负反馈控制系统，系统的被调量是转速，所检测的误差是转速，它要消除的也是扰动对转速的影响所以转速单闭环系统不能控制电流（或转矩）的动态过程但是在调速系统忠有两类情况对电流的控制提出了要求一是启、制动的时间控制问题，二是负载扰动的电流控制问题方案三采用转速、电流双闭环控制系统，虽然相对成本较高，但保证了系统的可靠性能，保证了对生产工艺的要求的满足，既保证了稳态后速度的稳定，同时也兼顾了启动时启动电流的动态过程在启动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用，既能控制转速，实现转速无静差调节，又能控制电流使系统在充分利用电机过载能力的条件下获得最佳过渡过程，很好的满足了生产需求1）速度闭环中，速度反馈回路如开路，转速将升至该系统设计的最高转速，俗称飞车2）在单闭环调速系统中用一个调节器综合多种信号，各参数间相互影响，难于进行调节器动态参数的调整，系统的动态性能不够好3）系统中采用电流截止负反馈环节来限制启动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应，即最佳过渡过程为了获得近似理想的过度过程，并克服几个信号综合于一个调节器输入端的缺点，最好的方法就是将被调量转速与辅助被调量电流分开加以控制，用两个调节器分别调节转速和电流，构成转速、电流双闭环调速系统所以本文选择方案三作为设计的最终方案而由于电机上网容量较大，又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案第3章调速系统性能指标
3.1系统对转速控制的要求1）调速在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；2）稳速以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；3）加、减速频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳
3.2调速性能指标（稳态指标）直流调速系统主要性能指标是衡量调速性能好坏的标准，也是直流调速系统设计和实际运行中考核的主要指标直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标两部分
（1）调速范围D调速范围D是指电动汽车电机在额定负载下，电动机的最高转速与最低转速之比，即其中和一般指额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可以用实际负载时的转速在设计调速系统时，通常视为电动机的额定转速 2静差率S静差率S是指电动机在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定负载时所产生的转速降与理想空载转速之比，常用百分数表示显然，静差率表示调速系统在负载变化下转速的稳定程度，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定程度就越高
[5]第4章转速、电流双闭环调速系统原理
4.1转速、电流双闭环调速系统的组成图4-1双闭环直流调速系统原理图如图4-1所示为转速、电流双闭环调速系统的原理框图在启、制动过程中，电流闭环起作用，保持电流恒定，缩小系统的过渡过程时间一旦达到给定转速，系统自动进入转速控制方式，转速闭环起主导作用，而电流内环则其跟随作用使实际电流快速跟随给定值（转速调节器的输出），以保持转速恒定转速、电流双闭环调速系统原理图如图所示，其中，为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器在图上标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置GT的控制电压Ur为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用图中还表示出，两个调节器的输出都是带限幅的，转速调节器ASR的输出限幅饱和电压是U*im，它决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压是Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值
4.2稳态结构框图和静特性如图所示为双闭环调速系统的稳态结构框图，图中带限幅的输出特性表示了PI调节器a为转速反馈系数，b为电流反馈系数图4-2双闭环直流调速系统的稳态结构框图α—转速反馈系数β—电流反馈系数分析静特性的关键是掌握带输出限幅PI调节器的稳态特征存在两种状况
（1）转速调节器不饱和在正常负载情况下，转速调节器不饱和，电流调节器也不饱和，稳态时，依靠调节器的调节作用，他们的输入偏差电压都是零因此系统具有绝对硬的静特性（无静差），即得且从而得到双闭环调速系统的静特性图中的—A段由于转速调节器不饱和，，所以这表明，—A段静特性从理想空载状态（=0）一直延续到电流最大值，而一般都大于电动机的额定电流这是系统静特性的正常运行段
（2）转速调节器饱和当电动机的负载电流上升时，转速调节器的输出也将上升，当上升到某一数值时，转速调节器输出达到限幅值，转速环失去调节作用，呈开环状态，转速的变化对系统不再影响此时只剩下电流环起作用，双闭环调速系统由转速无静差系统变为一个电流无静差的单闭环恒流调节系统稳态时因而是所对应的电枢电流最大值，由设计者根据电动机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度选定这时的静特性为图中的A-B段，呈现很陡的下垂特性由以上分析可知，双闭环调速系统的静特性在负载电流时表现为转速无静差，这时ASR起主要调节作用当负载电流达到之后，ASR饱和，ACR起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外连个闭环的效果，这样的静特性显然比带电流截至负反馈的单闭环调速系统的静特性要强得多图4-3双闭环调速系统的静特性图根据各调节器的给定值和反馈值可计算出相应的反馈系数转速反馈系数电流反馈系数
4.3双闭环直流调速系统的数学模型与性能分析
4.
3.1晶闸管触发电流和整流装置
[8]的数学模型晶闸管触发与整流装置的放大系数可以通过两种方法得到分析放大系数的方法的前提是把整个调速范围工作点都落在晶闸管触发和整流装置的特性的近似线性范围内，并有一定的调节余量1实验法晶闸管触发和整流装置的输入量是，输出量是，则放大系数图4-4晶闸管触发与整流装置的输入输出特性2估算法根据装置的参数估算，在设计中，取控制电压Uc的调节范围是0~10V，对应的整流电压Ud的变化范围是0~220V，则可取晶闸管触发和整流装置是一个纯滞后环节，其滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的通过输入阶跃信号1（t），得到晶闸管触发与整流装置的输入输出关系式，再经过拉式变换得到其原始传递函数是一个非最小相位系统，最后依据工程近似处理的原则，忽略高次项，可把整流装置近似看作一阶惯性环节，其传递函数可以表示为其动态结构框图如图4-5所示图4-5晶闸管触发与整流装置动态结构图
4.
3.2电流与电压间、感应电势与电流之间的数学模型如图表示了他励直流电动机在额定励磁下的等效电路，假定主电路电流连续，则主电路电压的微分方程为图4-6他励直流电动机在额定励磁下的等效电路式中R—主电路的总电阻，L—主电路的总电感，在额定励磁下，，忽略摩擦力和弹性变形，电力拖动系统运动的微分方程为式中Te—电磁转矩（）—包括电动机空载转矩在内的负载转矩（）—电力拖动系统这算到电动机轴上的飞轮惯量（）在额定励磁条件下，式中—电动机的转矩系数再定义电枢回路电磁时间常数，电力拖动系统机电时间常数它们分别表示了电气与机械惯性的影响应用以上各式，再运用拉式变换
[9]，即可得到电流与电压间的传递函数为感应电势与电流之间的传递函数为
4.
3.3测速、电流反馈环节测速、电流反馈环节的响应时间是瞬时的，传递函数就是它们的放大系数，即
4.
3.4调速系统的动态结构图用和分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数
[10]，应用得到的各环节传递函数，得到双闭环直流调速系统的结构框图如下所示考虑到，增加了一个比例环节图4-7双闭环直流调速系统的动态结构框图
4.
3.5双闭环调速系统突加给定电压时的起动过程1过程分析设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想的起动过程因此有必要探讨它的起动过程双闭环调速系统突加给定电压；由静止状态起动时，转速和电流的过渡过程示于图图4-8双闭环直流调速系统启动过程的转速和电流波形由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三个阶段，整个过渡过程也就分成三段，在图中分别标以I、和III第1阶段0一t1是电流上升的阶段突加给定电压后，通过两个调节器的控制作用，电动机开始转动由于机电惯性的作用，转速的增长不会很快，因而转速调节器ASR的输人偏差电压数值较大，其输出很快达到限幅值，强迫电流Id迅速上升当Id≈Idm时，Ui≈Uim，电流调节器的作用使Id不再迅猛增长，标志着这一阶段的结束在这一阶段中，ASR由不饱和很快达到饱和，而ACR一般应该不饱和，以保证电流环的调节作用第Ⅱ阶段t1～t2是恒流升速阶段从电流升到最大值Imd开始，到转速升到给定值为止，属于恒流升速阶段，是起动过程中的主要阶段在这个阶段中，ASR一直是饱和的，转速环相当于开环状态，系统表现为在恒值电流给定U*im作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定电流可能超调，也可能不超调，取决于电流调节器的结构和参数，因而拖动系统的加速度恒定，转速呈线性增长与此同时，电动机的反电动势正也按线性增长对电流调节系统来说，这个反电动势是一个线性渐增的扰动量，为了克服这个扰动，Ud0和Ud也必须基本上按线性增长，才能保持Id恒定由于电流调节器ACR是PI调节器，要使它的输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说，Id应略低于Idm此外还应指出，为了保证电流环的这种调节作用，在起动过程中电流调节器是不能饱和的，同时整流装置的最大电压Ud0m也须留有余地，即晶闸管装置也不应饱和，这些都是在设计中必须注意的第III阶段t2以后是转速调节阶段在这阶段开始时，转速已经达到给定值，转速调节器的给定与反馈电压相平衡，输入偏差为零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值，所以电动机仍在最大电流下加速，必然使转速超调转速超调以后，ASR输入端出现负的偏差电压，使它退出饱和状态，其输出电压即ACR的给定电压立即从限幅值降下来，主电流Id也因而下降但是，由于Id仍大于负载电流IdL，在一段时间内，转速仍继续上升到Id=IdL时，转速n达到峰值此后，电动机才开始在负载的阻力下减速，与此相应，电流Id也出现一段小于IdL的过程，直到稳定设调节器参数已调整好在这最后的转速调节阶段内，ASR与ACR都不饱和，同时起调节作用由于转速调节在外环，ASR处于主导地位，而ACR的作用则是力图使Id尽快地跟随ASR的输出量，或者说，电流内环是一个电流随动子系统2双闭环调速系统的起动过程的特点特点一饱和非线性控制随着ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态当ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统；当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环则表现为电流随动系统在不同情况下表现为不同结构的线性系统，这就是饱和非线性控制的特征决不能简单地应用线性控制理论来分析和设计这样的系统，可以采用分段线性化的方法来处理分析过渡过程时，还必须注意初始状态，前一阶段的终了状态就是后一阶段的初始状态如果初始状态不同，即使控制系统的结构和参数都不变，过渡过程还是不一样的特点二准时间最优控制起动过程中主要的阶段是第Ⅱ阶段，即恒流升速阶段，它的特征是电流保持恒定，一般选择为允许的最大值，以便充分发挥电机的过载能力，使起动过程尽可能最快这个阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制，或称“时间最优控制”但整个起动过程与理想快速起动过程相比还有一些差距，主要表现在第I、III两段电流不是突变不过这两段的时间只占全部起动时间中很小的成份，已无伤大局，所以双闭环调速系统的起动过程可以称为“准时间最优控制”过程如果一定要追求严格最优控制，控制结构要复杂得多，所取得的效果则有限，并不值得采用饱和非线性控制方法实现准时间最优控制是一种很有实用价值的控制策略，在各种多环控制系统中普遍地得到应用特点三转速超调由于采用了饱和非线性控制，起动过程结束进入第Ⅲ段即转速调节阶段后，必须使转速调节器退出饱和状态按照PI调节器的特性，只有使转速超调，ASR的输人偏差电压为负值，才能使ASR退出饱和这就是说，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调在一般情况下，转速略有超调对实际运行影响不大如果工艺上不允许超调，就必须采取另外的控制措施最后，应该指出，晶闸管整流器的输出电流是单方向的，不可能在制动时产生负的回馈制动转矩因此，不可逆的双闭环调速系统虽然有很快的起动过程，但在制动时，当电流下降到零以后，就只好自由停车如果必须加快制动，只能采用电阻能耗制动或电磁抱闸同样，减速时也有这种情况类似的问题还可能在空载起动时出现这时，在起动的第Ⅲ阶段内，电流很快下降到零而不可能变负，于是造成断续的动态电流，从而加剧了转速的振荡，使过渡过程拖长，这是又一种非线性因素造成的
4.
3.6双闭环调速系统的动态性能一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能
[11]1动态跟随性能双闭环调速系统在起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的条件下，表现出很快的动态跟随性能在减速过程中，由于主电路电流的不可逆性，跟随性能变差对于电流内环来说，在设计调节器时应强调有良好的跟随性能2动态抗扰性能抗负载扰动负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰作用因此，在突加减负载时，必然会引起动态速降升为了减少动态速降升，必须在设计ASR时，要求系统具有较好的抗扰性能指标对于ACR的设计来说，只要电流环具有良好的跟随性能就可以了抗电网电压扰动电网电压扰动和负载扰动在系统动态结构图中作用的位置不同，系统对它的动态抗扰效果也不一样单闭环调速系统中，电网电压扰动和负载电流扰动都作用在被负反馈环包围的前向通道上，仅就静特性而言，系统对它们的抗扰效果是一样的但是从动态性能上看，由于扰动作用的位置不同，还存在着及时调节上的差别负载扰动作用在被调量的前面，它的变化经积分后就可被转速检测出来，从而在调节器ASR上得到反映电网电压扰动的作用点则离被调量更远，它的波动先要受到电磁惯性的阻挠后影响到电枢电流，再经过机电惯性的滞后才能反映到转速上来，等到转速反馈产生调节作用，已经嫌晚在双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，这个问题便大有好转由于电网电压扰动被包围在电流环之内，当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时的调节，不必等到影响到转速后才在系统中有所反应因此，在双闭环调速系统中，由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统中小得多第5章主电路计算
5.1变压器参数计算一般情况下，晶闸管变流装置所要求的交流供电电压与电网电压是不一致的，所以需要变流变压器，通过变压器进行电压变换，并使装置于电网隔离，减少电网于晶闸管变流装置的互相干扰主变压器采用Δ/Y接法为二次侧电压，是一个重要参数，选择过低，无法保证输出额定电压选择过高，又会造成控制角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本在要求不高的场合或近似估算时，可用以下公式近似计算，式中A—理想情况下，α=0°时整流电压与二次侧电压之比，即，B—控制角为α时，输出电压与之比，即，ε—电网波动系数，通常取ε=
0.9；1～
1.2——考虑各种因素的安全系数由查表得A=
2.34，取ε=
0.9；α角考虑30°裕量表5-1变流变压器的计算参数整流电路单相双半波单相半控桥单相全控桥三相半波三相半控桥三相全控桥带平衡电抗器的双反星形
0.
90.
90.
91.
72.
342.
341.17C
0.
7070.
7070.
7070.
8660.
50.
50.
50.
707110.
5780.
8610.
8610.289取U2=130V变比由表查的=
0.816，即可得二次侧电流的有效值一次侧电流有效值变压器一次侧容量S
1、二次侧容量S
2、变流变压器的平均容量S由公式计算式中、为一次侧、二次侧绕组的相数，对不同接线方式可由表查得m1=3，m2=3设计时留取一定的裕量，可以取容量为的整流变压器
5.2晶闸管参数计算
5.
2.1晶闸管额定电压在已知U2的条件下，由表可得晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以2～3倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压UTN取UTN=800V
5.
2.2晶闸管额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使晶闸管允许通过的额定电流有效值大于实际流过晶闸管电流最大有效值，即表2晶闸管额定电压、电流线路图元件承受峰值电压控制角K其中为电流计算系数，可由表查得K=
0.
367.考虑
1.5～2倍的裕量取，可选KP100-7晶闸管元件
[12]第6章双闭环系统调节器的设计用工程设计方法设计转速、电流双闭环调速系统的两个调节器，先内环后外环，即从内环开始，逐步向外扩展首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个小惯性环节，再设计转速调节器图6-1双闭环调速系统的动态结构框图Toi—电流反馈滤波时间常数Ton—转速反馈滤波时间常数
6.1确定系统时间常数电枢回路的电磁时间常数电力拖动系统的机电时间常数晶闸管触发和整流装置的失控时间
6.2电流调节器的设计
6.
2.1电流环的简化电流环结构图的简化如上图所示反电动势E与电流反馈的作用相互交叉，给设计带来麻烦，须简化因电磁时间常数Tl远小于机电时间常数Tm，转速变化比电流变化慢得多，因此，对电流环的电流瞬变过程来说E基本不变，△E≈0，即暂且把E的作用去掉，得到忽略E影响的电流环近似结构图如下图所示，等效简化后得图4‑2电流环的动态结构框图及其化简
6.
2.2确定时间常数1）整流装置滞后时间常数由已知=
1.67ms，查表知，为三相桥式电路的平均失控时间表6-1晶闸管整流器的失控时间（f=50Hz）
[5]最大失控时间平均失控时间单相半波2010单相桥式（全波）105三相半波
6.
673.33三相桥式
3.
331.672）电流滤波时间常数三相桥式电路每个波头的时间是
3.3ms，为了基本虑平波头，应有（1~2）=
3.3ms，因此取=2ms=
0.002s3）电流环小时间常数之和按小时间常数近似处理，=+=
3.67ms
6.
2.3选择电流调节器的结构从动态要求来看，电流环的一项重要作用就是保持电动机电枢电流在动态过程中不超过允许值，即在突加控制作用时不希望有超调，或者超调越小越好从这一考虑出发，应该把电流环校正为典型I型系统电流环的另一个重要作用是对电网电压波动的及时调节，从提高抗扰性能的观点出发又希望吧电流环校正成典型II型系统在一般情况下，当电流环控制对象的两个时间常数之比时有表可知典型I系统的恢复时间还是可以接受的检查对电源电压的抗扰性能，参看下表的典型I系统动态抗扰性能，可以查得各项指标表6-2典型II型系统动态抗扰性能指标与参数的关系
2.
83.
43.
84.
014.
721.
728.
730.4所以电流环按典型I系统设计，电流调节器选用PI调节器，其传递函数为
6.
2.4传递函数参数计算为了将电流环校正为典型I系统，电流调节器的领先时间常数应对消控制对象中的大惯性环节时间常数，即取取电流超调量，则有因此于是可以求得ACR的比例放大系数，其中电流反馈系数
6.
2.4校验近似条件1晶闸管整流装置传递函数近似条件为现在，而显然满足近似条件2电流环小时间常数近似处理条件而显然也满足近似条件3）忽略反电动势对电流环影响的条件，而满足近似条件设计后电流环可以达到动态指标
6.
2.5计算调节器电阻和电容电流调节器原理如图5-3所示，按所用运算放大器取各电阻和电容值计算如下图5-3含滤波环节的PI型电流调节器取35（取
0.5）（取
0.2）按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标，满足设计要求
6.3转速环的设计
6.
3.1确定时间常数1）电流环等效时间常数由于电流环按典型I型系统设计，且参数选择为，因此电流环等效时间常数为2）转速滤波时间常数根据所用测速发电机纹波情况选取=
0.01s.3）转速环小时间常数
6.
3.2结构选择由于设计有静差要求，因此转速调节器必须含有积分环节，有考虑到动态要求，转速调节器应采用PI调节器，按典型II型系统设计转速环转速调节器的传递函数为
6.
3.3传递函数参数计算综合考虑动态抗扰性能和起动动态性能，取中频宽h=5较好，因为按准则和准则都能满足设计要求，但按准则更好些，所以一下选用准则确定参数关系如按照准则确定参数关系，则ASR的领先时间常数为转速环开环放大系数为于是转速调节器的比例放大系数为
6.
3.4校验近似条件和性能指标1）转速环截止频率为而满足等效条件转速环小时间常数近似处理条件现在满足近似处理条件2）转速超调量由公式，转速超调量为按准则确定参数关系，并取中频宽h=5查表可知=
81.2%，为动态跟随性能指标中超调量的基准值，=1000r/min为电动机允许过载倍数，取=
1.1z为负载系数，设理想空载起动时z=0为调速系统开环机械特性的额定稳态速降，因此可以求得
6.
3.5计算调节器电阻和电容图5-4含滤波环节的PI型转速调节器转速调节器原理如图5-4所示，取，则（取250）取
0.4取1第7章调速系统的仿真
7.1仿真模型的建立进入MATLAB
[13]，单击MATLAB命令窗口工具栏中的SIMULINK图标，打开SIMULINK模块浏览器窗口，如图7-1所示图7-1SIMULINK模块浏览器窗口
（1）单击newmodel图标新建模型编辑窗口
（2）双击Simulink下所需子模块库图标，则可打开，用鼠标左键选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口如图7-2所示图7-2模型编辑窗口修改模块参数和连接模块在模型编辑窗口中双击模块图案，则会出现关于该图案的对话框，通过修改对话框中的内容来设定模块的参数加法器模块Sum因为是负反馈，所以用“|+-”取代原来的符号；控制器模块TransferFcn，按照所需，只需在其分子Numertor和分母Denominator栏目分别填写系统的分子多项式和分母多项式系数，例如
0.002s+1使用向量[
0.0021]来表示注意常数不存在时，可以用0代替TransferFcn3必须进行旋转180度；阶跃输入模块把阶跃时刻Steptime参数从默认得1改为0，把阶跃值Finalvalue从默认的1改为10以鼠标左键单击起点模块输出端，拖动鼠标至终点模块输入端，在两模块中产生带箭头的线段按要求修改好参数且连接好的电流环的仿真模型
[14]如图7-3所示图7-3修改完成得电流环仿真模型
7.2电流闭环控制系统仿真1）仿真参数的设置首先需要对示波器显示格式作一个修改，选中Simulink模型窗口的Simulink菜单下的ConfigurationParameters，在弹出的对话框中将Stoptime栏目中填写的仿真结束时间从
10.0s修改为
0.5s.2）仿真过程的启动单击启动仿真工具条的按钮，则可启动仿真过程，再双击示波器模块就可以显示仿真结果，但是从图中无法对阶跃给定相应的过程有一个清晰的了解，再单击Scope窗口中的Autoscale图标，便能较为清晰的看到仿真曲线如图7-4所示图7-4电流环仿真波形图从图中可以看出，该仿真过程超调量较小
7.3转速环的仿真设计1）建立转速环的仿真模型和参数修改按照前述的电流环的仿真模型建立方法，得到转速环的仿真模型，如图7-5所示在仿真模型中增加了一个饱和非线性模块Saturation，它来自于Nonlinear组，双击该模块，把饱和上界Upperlimit和下界Lowerlimit参数分别设置为所需的限幅值+10和-
10.图7-5设置Saturation模块参数在电流环的仿真模型中，使用TransferFcn模块来仿真PI调节器，在转速环的仿真模型中，做了改变，是用了来自Msth组的Gain模块来仿真比例器，用Continuous组的Integretor模块和Gain模块的串联来仿真积分器，两者通过加法器模块Sum构成了PI调节器图7-6设置Gain模块参数双击Gain模块设置其参数，将Gain栏目中填写的数据改为所需要的转速调节器的比例放大系数Kn其值为
6.06，如图7-6所示；双击Integrator模块打开设置窗口，点选上Limitoutput，并在Uppersaturationlimit和Lowersaturationlimit栏目中将原数据修改为所需的积分饱和值10和-10，如图7-7所示其原因是转速调节器是工作在限幅饱和状态，故要在仿真模型中真实的反应出来图7-7设置Integrator模块参数为了在示波器模块中反映出转速电流的关系，仿真模型中从SignalsSystems组中选用了Mux模块来把几个输入聚合成一个向量输出给Scope在聚合模块的对话框中将Numberofinputs栏目中的数据修改为输入量个数2将所有参数设置完成后，转速环的仿真模型如图7-8所示图7-8设置完成后的转速环仿真模型2）转速环仿真模型的运行双击阶跃输入模块确定阶跃值的大小，当把Step模块对话窗口中的阶跃值Finalvalue定为10时，输出得到高速启动时的波形图，如图7-9所示图7-9Finalvalue为10时的仿真波形图转速稳态值为当把Step模块对话窗口中的阶跃值Finalvalue定为1时，输出得到高速低速启动时的波形图，如图7-10所示图7-10Finalvalue为1时的仿真波形图转速稳态值为调速范围为满足设计要求致谢这篇的毕业设计论文一直是在我的指导教师曾孟雄老师的悉心指导下进行的曾老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲并且在整个毕业设计过程中不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意曾老师在专业教学方面具有丰富的实践经验，对我的实验工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象在此表示深深的谢意参考文献
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