《电力拖动与控制系统》课程设计-V-M双闭环直流调速系统建模与仿真2

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1、学 号： 0121111350632课 程 设 计题 目V-M双闭环直流调速系统建模与仿真2学 院自动化学院专 业电气工程及其自动化班 级电气1106班姓 名指导教师2014年6月9日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 电气1106班 指导教师： 工作单位： 自动化学院 题 目: V-M双闭环直流调速系统建模与仿真2 全套设计加扣 3346389411或3012250582初始条件：1技术数据及技术指标： 直流电动机：PN=55KW , UN=220V , IN=287A , nN=1500r/min , Ra=0.1，最大允许电流 Idbl=1.5IN ,三相全控整流装置：Ks=30 ,电

2、枢回路总电阻 R=0.15 ，电动势系数：系统主电路：Tm=0.12s ，Tl=0.012s，滤波时间常数：Toi=0.002s , Ton=0.012s，其他参数：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=10V， i5% , n10%。要求完成的主要任务: 1技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 2设计内容：(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 根据双闭环直流调速系统原

3、理图, 分析转速调节器和电流调节器的作用, (3) 通过对调节器参数设计, 得到转速和电流的仿真波形，并由仿真波形通过MATLAB来进行调节器的参数调节。(4) 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图） (5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书时间安排：课程设计时间为一周半，共分为三个阶段：（1） 复习有关知识，查阅有关资料，确定设计方案。约占总时间的20%（2） 根据技术指标及技术要求，完成设计计算。约占总时间的40%（3） 完成设计和文档整理。约占总时间的40%指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录1 V-M双闭环

4、直流调速系统11.1 V-M双闭环直流调速系统概述11.2 转速调节器21.2.1 转速调节器的工作原理21.2.2 转速调节器的作用21.3 电流调节器21.3.1 电流调节器的工作原理21.3.2 电流调节器的作用31.4 V-M双闭环直流调速系统设计思路32 设计任务及要求42.1 设计任务42.2 设计要求42.2.1技术要求42.2.2设计内容43 系统设计53.1 调节器的工程设计方法53.2 电流调节器的设计53.2.1 电流环动态结构图及简化53.2.2 时间常数的计算63.2.3 电流调节器结构的选择73.2.4 电流调节器参数的计算73.2.5 检验近似条件73.2.6 计

5、算电流调节器电阻和电容83.3 转速调节器的设计93.3.1 电流环的等效闭环传递函数93.3.2 时间常数的计算93.3.3 转速调节器结构的选择103.3.4 转速调节器参数的计算103.3.5 检验近似条件113.3.6 检验转速超调量113.3.7计算转速调节器电阻和电容124 系统建模与仿真实验134.1 双闭环模型的建立134.2 仿真模型的建立144.3 仿真模型144.4 模块参数的设定164.5 仿真模型的运行164.5.1空载时仿真波形164.5.2 满载时仿真图形174.6 增加转换开关的设计184.6.1 空载时仿真波形184.6.2 满载时仿真波形195 V-M双闭环

6、不可逆直流调速系统电气原理总图216 总结与体会22参考文献23附录1 典型型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系24附录2 典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系24附录3 典型型系统阶跃输入跟随性能指标24摘 要电力拖动自动控制系统实现了电能与机械能之间的能量变换，它被广泛应用于一般生产机械需要动力的场合，也被广泛应用于精密机械等需要高性能电气传动的设备中，用以控制位置、速度、加速度、转矩等机械量。现代化的工业生产过程中，几乎无处不使用电力传动装置，因此调速系统成为当今电力拖动自动控制系统中应用最广泛的一种系统。随着生产工艺、产品质量要求不断提高和产量的增长，使得越来越多的生产机械

7、要求能实现自动调速，对运动控制系统提出新的更为复杂的要求。双闭环直流调速系统具有良好的稳态和动态性能，它已经成为应用非常广泛的一种调速系统。在该系统中，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具有输入、输出限幅电路PI调节器，且转速与电流都采用负反馈闭环。由于调整系统的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。在双闭环直流调速系统中设置了两个调节器，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电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，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

8、形成转速、电流反馈控制直流双闭环调速系统。关键词：电力拖动自动控制，直流调速，V-M双闭环直流调速系统武汉理工大学电力拖动与控制系统课程设计说明书V-M双闭环直流调速系统建模与仿真21 V-M双闭环直流调速系统1.1 V-M双闭环直流调速系统概述转速反馈控制直流调速系统用PI调节器实现转速稳态无静差，消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。但是转速单闭环系统并不能充分按照理想要求控制电流的动态过程。由于主电路电感的作用，电流不可能突变，为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理

9、量的负反馈就可以保持该量基本不变，采用电流负反馈就能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈作用。为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套连接，如图1-1所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。这就形成了转速,电流反馈控制直流调速系统。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。转

10、速、电流反馈控制直流调速系统原理图如图1-1所示。图1-1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机TA电流互感器 UPE电力电子变换器 转速给定电压转速反馈电压 电流给定电压 电流反馈电压1.2 转速调节器1.2.1 转速调节器的工作原理在主电机上安装一电流测速发电机，发出正比于主电机转速的电压，此电压与给定电压相比较，其偏差送到转速调节器ASR中去，如欲调整，可以改变给定电压。例如提高，则有较大加到ASR输入端，ASR自动调节GT，使触发脉冲前移（减小），整流电压提高，电动机转速上升，与此同时，也相应增加。当等于或接近给定值时，系统达到平衡，电

11、动机在给定数值下以较高的转速稳定转动。如果电动机负载或交流电压发生变化或其它扰动，则经过速度反馈后，系统能起到自动调节和稳定作用。比如，当电机负载增加时，转速下降，平衡状态被破坏，调节器输出电压增加，触发脉冲前移（变小），提高，电动机转速上升。当其恢复到原来数值时，又等于给定电压，系统又达到平衡状态。如果扰动不是来自负载而是来自交流电网，比如交流电压下降，则系统也会按上述过程进行调节，使电动机转速维持在给定值上运行。同样道理，当电动机负载下降，或交流电压提高时，系统将按与上述相反过程进行调节，最后仍能维持电动机转速近似不变。1.2.2 转速调节器的作用（1） 转速调节器是调速系统的主导调速器，

12、它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。（2） 转速调节器可以对负载变化起扰动作用。因为负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动作用。（3） 转速调节器的输出限幅值决定电动机允许的最大电流。1.3 电流调节器1.3.1 电流调节器的工作原理电流调节器有两个输入信号。一个是转速调节器输出反映偏差大小的主控信号，一个是由交流互感器测出的反映主回路电流反馈信号，当突加一个很大的给定速度输入值，其输出整定在最大饱和值上，与此同时电枢电流为最大值，从而电动机在加速过程中始终保持在最大转距和最大加速度，使起、制动过程时间最短。如果

13、电网电压发生突变（如降低）时，整流器输出电压也会随之变化（降低），引起主回路电流变化（减小），由于快速性好，立即使调节器的输出变化（增大），则也变化（变小），最后使整流器输出电压又恢复（增加）至原来的数值，这就抑制了主回路电流的变化。也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。同样，如果机械负载或电枢电流突然发生很大的变化，由于采用了频率响应较好的快速电流负反馈，当整流器电流侧发生类似短路的严重故障时，电流负反馈也及时的把电流故障反馈到电流控制回路中去，以便迅速减小输出电压，从而保护晶闸管和电流电动机不致因电流过大而损坏。1.3.2 电流调节器的作用（1） 电流调

14、节器作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2） 电流调节器还对电网电压的波动起及时抗扰的作用。由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才反馈回来，因而使抗扰性能得到改善。（3） 在转速过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。 （4）当电动机过载甚至堵转时，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，系统立即自动恢复过程。 1.4 V-M双闭环直流调速系统设计思路用工程设计方法来设计转速、电流反馈控制直流调速系统的原则是先内环后外环。步骤是：先从电流环

15、（内环）开始，对其进行必要的变换和近似处理，然后根据电流环的控制要求确定把它校正成哪一类典型系统，再按照控制对象确定电流调节器的类型，最后按动态性能指标要求确定电流调节器的参数。电流环设计完成后，把电流环等效成转速换（外环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环。在实际系统的设计和调试时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。传统的调试方法是将整个系统按理论设计的结果建立一个实际系统，然后将系统分成若干个控制单元，并对每个控制单元进行调试，最后将各个单元构成一个完整的系统，并进行调试，这种传统的调试方法在使用过程中不仅费时、费力且不易

16、产生满意的结果。因此我们采用计算机仿真技术。计算机仿真可以不运行实际系统，只要在计算机上建立数字仿真模型，模仿被仿真对象的运行状态及其随时间变化的过程。2 设计任务及要求2.1 设计任务本设计要求结合给定的初始条件来完成直流双闭环调速系统的设计，其中包括分析和绘制该调速系统的原理图，确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，选择调节器结构并且计算其参数，最后对设计的系统进行matlab仿真并对系统参数进行相应的调试。要实现直流双闭环调速系统的设计需先对控制系统的组成及工作原理有一定深入的理解，弄清楚调速系统每个组成部分的作用，弄清楚转速环和电流环的工作原理，合理选择调节器的参数以便进行合理的工

17、程设计。 技术数据及技术指标如下： 直流电动机：PN=55KW , UN=220V , IN=287A , nN=1500r/min , Ra=0.1，最大允许电流 Idbl=1.5IN ,三相全控整流装置：Ks=30 ,电枢回路总电阻 R=0.15 ，系统主电路：Tm=0.12s ，Tl=0.012s，滤波时间常数：Toi=0.002s , Ton=0.012s，其他参数：Unm*=8V , Uim*=8V , Ucm=10V， i5% , n10%。2.2 设计要求2.2.1技术要求 (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机不可逆运行，具有较宽的调速范围（D10），系统在工作范围内

18、能稳定工作。 (2) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续。2.2.2设计内容(1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 。(2) 根据双闭环直流调速系统原理图分析转速调节器和电流调节器的作用。(3) 对调节器参数进行设计,通过MATLAB对系统进行仿真和参数的调节。(4) 绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图。(5) 整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书。3 系统设计3.1 调节器的工程设计方法现代的电力拖动自动控制系统，除电动机外，都是由惯性很小的电力电子器件、集成电路等组成的。经过合理的简化处理，

19、整个系统可以近似为低阶系统，而用运算放大器或微机数字控制可以精确地实现比例、积分、微分等控制规律，于是就有可能将多种多样的控制系统简化或近似成少数典型的低阶结构。在设计时，只要把实际系统校正或简化成典型系统，就可以利用现成的公式和图标来进行参数计算，设计过程就要简便得多，这就是工程设计方法。调节器工程设计方法所遵循的原则是：（1） 概念清楚、易懂；（2） 计算公式简明、好记；（3） 不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向；（4） 能考虑饱和非线性控制的情况，同样给出简单的计算公式；（5） 适合于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统。如果要求更精确的动态性能，在典型系统设计的基础上，利用

20、MATLAB/SIMULINK进行计算机辅助分析和设计，也可以设计出实用有效的控制系统。作为工程设计方法，首先要使问题简化，突出主要矛盾。简化的基本思路是，把调节器的设计过程分成两步：第一步，先选择调节器的结构，以确保系统的稳定，同时满足所需的稳态精度。第二步，再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。以上两步就把稳、准、快、抗干扰之间互相交叉的矛盾问题分成两步来解决，第一步先解决主要矛盾，即动态稳定性和稳态精度，然后在第二步中再进一步满足其他动态性能指标。3.2 电流调节器的设计3.2.1 电流环动态结构图及简化电流环结构图如图3-1所示。图3-1 电流环的动态结构图由于突加给定阶跃后，

21、速度调节器输出马上打到饱和限幅值，电流环投入工作使电机电枢电流很快上升，相对电流来说，速度变化很缓慢。因此，可以认为反电势产生的影响很小，则图3-1通过结构图变换，简化为图3-2所示。图3-2 电流环动态结构图的化简（1） 查表得三相桥式全控平均失控时间，电流滤波时间常数，电磁时间常数 ，与和都比小得多，可以当作小惯性环节处理，看成一个惯性环节，取 则电流环结构图最终简化成图3-3。图3-3 电流环动态结构图的化简（2）3.2.2 时间常数的计算（1） 整流装置滞后时间常数三相桥式电路的平均失控时间。（2） 电流滤波时间常数任务书内已给出电流滤波时间常数，。（3） 电流环小时间常数之和按小时间

22、常数近似处理，取。3.2.3 电流调节器结构的选择根据设计要求，并保证稳态电流误差，可按典型型系统设计电流调节器。电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数为（3-1）检查对电源电压的抗扰性能：（3-2）KT=0.5时，查表（见附录2）的典型型系统动态抗扰性能，得各项指标都是可以接受的。3.2.4 电流调节器参数的计算电流调节器超前时间常数：（3-3）电流环开环增益：要求时，按表（见附录1）的典型型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系，应取，因此（3-4）电流反馈系数：电流调节器限幅值为8V，则 (3-5)于是，ACR的比例系数为 （3-6）3.2.5 检验近似条件

23、电流环截止频率：（3-7）（1）校验晶闸管装置传递函数近似条件：（3-8） 满足近似条件（2）校验忽略反电动势对电流环影响的条件：（3-9）满足近似条件（3) 校验电流环小时间常数近似处理条件：（3-10）满足近似条件3.2.6 计算电流调节器电阻和电容含给定滤波和反馈滤波的PI型电流调节器原理图如图3-4所示。图3-4含给定滤波及反馈滤波的PI型电流调节器其中，为电流调节器的给定电压，为电流负反馈电压，调节器的输出就是触发装置的控制电压。按所用运算放大器取，各电阻和电容值计算如下： （取） （3-11）（取） (3-12) （取) (3-13) 3.3 转速调节器的设计3.3.1 电流环的等

24、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器的一个环节，为此必须求出它的等效传递函数。图3-5给出了校正成典型型系统的电流环的结构图。图3-5 校正成典型型系统的电流环的动态结构图电流环的闭环传递函数为： （3-14）若按选择参数，则（3-15） 已知电流闭环传递函数为（3-16） 因此电流环的等效环节应相应地改成（3-17） 原来电流环的控制对象可以近似看成是个双惯性环节，其时间常数是和，闭环后，整个电流环等效近似为只有小时间常数的一阶惯性环节。这就表明，电流闭环后，改造了控制对象，加快了电流跟随作用。3.3.2 时间常数的计算（1）电流环等效时间常数（3-18）（

25、2） 转速滤波时间常数，根据任务书所给参数（3-19）（3）转速环小时间常数，按小时间常数近似处理，取（3-20）3.3.3 转速调节器结构的选择转速调节系统的动态结构图如图3-6所示。图3-6 转速环的动态结构图与电流环相似，我们可以将转速环结构图化简为图3-7。图3-7 转速环的动态结构图的化简按跟随和抗扰性能都能较好的原则,在负载扰动点后已经有了一个积分环节,为了实现转速无静差,还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节,因此转速开环传递函数应共有两个积分环节，由设计要求，应该设计成典型型系统，选用PI调节器作为转速调节器。其传递函数为（3-21）3.3.4 转速调节器参数的计算ASR超前时

26、间常数：按跟随和抗扰性能都较好的原则，查典型型系统阶跃输入跟随性能指标表（见附录3），取h5，则（3-22）转速环的比例系数：（3-23） 根据已知条件，可估算出电动机的电势常数为（3-24） 转速反馈系数（3-25）于是，ASR的比例系数为（3-26）3.3.5 检验近似条件转速环截止频率为（3-27）（1） 电流环传递函数化简条件（3-28）满足简化条件（3-29）（2） 转速环小时间常数近似处理条件（3-30)满足近似条件（3-31）3.3.6 检验转速超调量如果转速调节器没有饱和限幅的约束，可以在很大范围内线性工作，那么，双闭环调速系统起动时的转速过渡过程的超调量很大（如图3-8 a）

27、。实际上，突加给定电压后不久，转速调节器就进入饱和状态，输出恒定的电压，使电动机在恒流条件下起动，起动电流，而转速n则按线性规律增长（如图3-8 b）。虽然这时的起动过程要比调节器没有限幅时慢的多，但是为了保证电流不超过容许值，这是必须的。a ASR没有饱和限幅值饱和 b ASR有饱和限幅值图3-8 转速环按典型型系统设计的调速系统起动过程设电机容许过载倍数，负载系数（理想空载起动）。当时， ；而（3-32）因此，转速调节器的退饱和超调量为（3-33）符合任务书要求。 3.3.7计算转速调节器电阻和电容含给定滤波和反馈滤波的PI型转速调节器原理图如图3-9所示。图3-9 含给定滤波及反馈滤波的

28、PI型转速调节器其中，为转速调节器的给定电压，为转速负反馈电压，调节器的输出就是电流调节器的给定电压。按所用运算放大器取，各电阻和电容值计算如下： （取） （3-34）（取） （3-35）（取） （3-36）4 系统建模与仿真实验4.1 双闭环模型的建立在单闭环调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可得到双闭环调速系统的动态结构图，如图4-1所示。图4-1 双闭环调速系统的动态结构图由于电流检测信号中常含有交流分量，须加低通滤波，其滤波时间常数按需要选定。滤波环节可以抑制反馈信号中的交流分量，但同时也给反馈信号带来延滞。为了平衡这一延滞作用，在给定信号通道中加入一个相同时间常数

29、的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是：让给定信号和反馈信号经过同样的延滞，使二者在时间上得到恰当的配合，从而带来设计上的方便。由测速发电机得到的转速反馈电压含有电机的换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道中也配上时间常数为的给定滤波环节。因此，带滤波环节的双闭环调速系统的动态结构图如图4-2所示。图4-2 带滤波环节的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4.2 仿真模型的建立 (1)打开模型编辑窗口：通过单击SIMULINK工具栏中新模型的图标或选择FileNewSimulink Modle菜单项实现。 (2)复

30、制相关模块：双击所需子模块库图标，则可以打开它，以选中所需的子模块，拖入模型编辑窗口。(3)修改模块参数：双击模块图案，则出现关于该图案的对话框，通过修改对话框内容来设定模块的参数。(4)模块连接：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，则在两模块间产生线。当一个信号要分送到不同模块的多个输入端时，需要绘制分支线，通常可把鼠标移到期望的分支线的起点处，按下鼠标的右键，看到光标变为十字后，拖动鼠标直至分支线的终点处，释放鼠标按钮，就完成了分支线的绘制。4.3 仿真模型仿真模型如图4-3所示。图4-3 仿真模型4.4 模块参数的设定在仿真模型中，各模块含义及参数设定如下：（1）由S

31、tep1和Step2设定转速给定和负载电流；（2）Transfer Fcn1为转速给定滤波环节，设定为 ；（3）Gain1、Gain2、Integrator1、Saturation1等元件组成转速调节器的PI调节器结构，其中设定Gain1=11.35；Gain2=117.01；Integrator1中选择Limit output,Upper Saturation Limit:8，Lower Saturation Limit:-8；Saturation1中Upper Limit为8，Lower Limit为-8；（4）Transfer Fcn2为电流给定滤波环节，设定为 ；（5） Gain3、G

32、ain4、Integrator2、Saturation2等元件组成转速调节器的PI调节器结构，其中设定Gain3=0.427；Gain4=35.58；Integrator2中选择Limit output,Upper Saturation Limit:8，Lower Saturation Limit:-8；Saturation2中Upper Limit为8，Lower Limit为-8；（6） Transfer Fcn3为UPE整流装置环节， ；（7）Transfer Fcn4、Transfer Fcn5和Gain3为电动机电路环节，其中Transfer Fcn4为 ，Transfer Fcn5

33、为 ，Gain3为 ；（8）Transfer Fcn6， ；（9）Transfer Fcn7， 。4.5 仿真模型的运行4.5.1空载时仿真波形设置负载电流为0A，启动仿真：点击启动按钮，双击示波器就可以看到仿真波形结果如图4-4所示。图4-4双闭环空载启动波形图观察波形可发现ASR调节器经过了不饱和，饱和，退饱和三个阶段，最终稳定与给定转速，电流最终稳定为0A。电流环和转速环在起动初期产生的超调量都较小，系统相对稳定。整个起动过程只需约0.55秒，系统的快速性较好。图4-5 转速超调部分放大图转速超调部分放大之后波形图如图4-5所示，计算转速超调量约为：（4-1）满足设计要求。4.5.2 满

34、载时仿真图形把负载电流设置为287A，满载启动按照前面步骤启动模型，得到波形如图4-6。图4-6双闭环满载启动波形图根据图形发现启动时间较空载时延长了，退饱和超调量减小了（约为3.5%）。起动过程的三个阶段都能很清楚的看到，电流最后稳定在额定电流值，转速稳定在额定转速。由图4-4、图4-6所示，本设计中转速和电流的波形变化在启动时得变化与理论分析的波形几本一致，且第阶段的时间很短，电流很快就稳定在400A左右，而转速则呈现线性增长的趋势，直到转速超调，进入第阶段。4.6 增加转换开关的设计在本系统中，要使空载时电机电流不为负值，可以在电枢回路环节后面增加一个转换开关环节，当电枢回路电流大于等于

35、0的时候，由双闭环调节控制系统，当电流小于0的时候，转换开关动作，使0输入控制电机运作。仿真模型图如图4-7所示。图4-7 增加转换开关仿真模型4.6.1 空载时仿真波形设置负载电流为0A，启动仿真：点击启动按钮，双击示波器就可以看到仿真波形结果如图4-8所示。图4-8负载电流为0A时仿真波形但是由于在电流降到0A时，不再有负值电流控制电机的运行，所以转速一直保持在峰值，这是理想空载时候的情况，但在实际电机中，由于电机本身固有的机械转矩和惯性，转速应该会自然降落到额定值，如图4-8所示，此时设置负载为15A。最后转速稳定在约1500r/min。图4-8 负载电流为15A时仿真波形4.6.2 满

36、载时仿真波形把负载电流设置为287A，满载启动按照前面步骤启动模型，得到波形如图4-9。图4-9 满载时仿真波形由图4-8、4-9所示，增加转换开关阻止电流变成负值以后，系统最终能稳定于给定转速。在空载时，整个起动过程需约1.4秒，系统的快速性较差。5 V-M双闭环不可逆直流调速系统电气原理总图6 总结与体会这次课程设计是基于任务书所给要求对V-M双闭环直流电机调速系统进行建模与仿真，对系统原理进行理解、分析，然后根据所给条件设计转速调节器和电流调节器，最后运用Matlab进行仿真并对仿真结果进行分析。通过此次课程设计学习，让我对Matlab软件的操作有了很大的提高。通过它们可以进行设计仿真，

37、检验设计的正确性。课设的理论分析还算顺利，但是Matlab仿真软件操作时我遇到了一些难题，在刚开始的时候我对ASR和ACR的Simulink实现方法不太清楚，通过重新查阅课本和参考书籍后我知道了用两个放大器和积分器叠加来组成PI调节器的方法，同时，我也学会了一些Matlab软件的小技巧，比如加法器输入引脚的位置可以通过加“|” 来调整,“ Ctrl+R” 可以实现元器件的旋转。最后仿真实现的时候，我发现仿真图中转速曲线的终值是1600r/min ，而不是任务书要求的1500 r/min，经过对系统原理的分析，我知道是保留位数时候不够精确，8/1600 =0.005，而8/1500 =0.005

38、3，我在求解的时候只取三位小数导致最终转速的偏差，改成0.0053后转速终值为1500r/min。通过上网查阅相关教程，我锻炼了自身的自学能力，也同时与同学相互探讨，培养了自身的协作能力。课程设计为我们提供了把理论转化为实践的机会。在课设过程中，我通过自己独立思考，完成老师布置的题目，学习了很多东西，把自己所学用于实践，是我对自动控制原理有了更深的了解，同时极大的提高了我对本专业的兴趣。课堂学习主要注重于理论知识，而我们更应该将所学知识应用于实际，在此阶段，课程设计便是最好的选择了。通过这次的课程设计，我知道了在当今的信息技术如此发达的世界中，我们必须运用多种渠道，去学习研究，并要很好的运用计

39、算机和一些软件，只有这样，我们才能更好地、精确地、快速地解决问题。还有就是提高了自主解决问题的能力。通过此次课程设计，我还发现自己以前所学的知识不牢固，需要重新细细琢磨和研究。这样才能在面对的问题来临时有一定的思路，并指导我去慢慢逐步完成并解决这些问题。总之，在这次课程设计过程中，我既学习到了电力拖动自动控制系统的知识，又学到了许多书本之外宝贵的分析动手能力，也让我对本专业的知识有了更加深入的了解与掌握，提高了自己的实践能力。参考文献1 陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统 机械工业出版社，2009.2 王万良.自动控制原理.高等教育出版社，2008.3 王兆安，刘进军.电力电子技术第5版.机械工业出版社,2009.4 张静.MATLAB在控制系统中的应用.电子工业出版社，2007.5 周渊深.交直流调速系统与MATLAB仿真.中国电力出版社，2004.附录1 典型型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系附录2 典型I型系统动态抗扰性能指标与参数的关系附录3 典型型系统阶跃输入跟随性能指标26