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图3.11 设计完成的双闭环控制系统

第四章 系统调试

由于本文只进行了理论性设计，故在系统安装与调试阶段只对控制电路部分进行了MATLAB仿真，以分析直流电机的启动特性。采用MATLAB中的simulink工具箱对系统在阶跃输入和负载扰动情况下的动态响应（主要为转速和电枢电流）进行仿真。仿真可采用面向传递函数的仿真方法或面向电气系统原理结构图的仿真方法，本文采用面向传递函数的仿真方法。系统仿真结构如图4.1所示。

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图4.1 系统仿真结构图

在仿真过程中，Matlab设置很多不同的算法，而不同的算法，对仿真出来波形影响很大。对于用数值方法求解常系数微分方程(Ordinary Differential Equation,简写为ODE)或微分方程组，MATLAB提供了七种解函数，最常用的是ODE45。ode45可用于求解一般的微分方程，他采用四阶、五阶龙格-库塔法。仿真结果如图4.2-4.3所示。

图4.2 双闭环调速系统仿真结果

图上部为电机转速曲线，中部为扰动电流曲线，下部为电机电流曲线。加电流启动时电流环将电机速度提高，并且保持为最大电流，而此时速度环则不起作用，使转速随时间线性变化，上升到饱和状态。进入稳态运行后，转速换起主要作用，保持转速的稳定。在第二秒时，外加一扰动信号，此时转速受扰动信号影响有所下降，但因为转速环的作用重新将转速拉入稳定值。

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图4.3转速开环调速系统仿真结果

图上部为转速曲线，下部为电流曲线。因为开环系统中没有反馈信号，而电机在带载的一瞬间要有一个做功的过程，也就是建立系统带载状态下的稳定状态的过程，这部分功需要增大电机的电流来补偿，同时也会牺牲一部分动能，也就是电机的转速，所以产生了静态速降。

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第五章 设计总结

双闭环直流调速系统突加给定电压由静止状态启动时，转速和电流的动态过程如仿真图4.2所示。由于在启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，即电流上升阶段、恒流升速阶段和转速调节阶段。从启动时间上看，第二阶段恒流升速是主要的阶段，因此双闭环系统基本上实现了电流受限制下的快速启动，利用了饱和非线性控制方法，达到“准时间最优控制”。带PI调节器的双闭环调速系统还有一个特点，就是转速必超调。在双闭环调速系统中，ASR的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态是无静差，其输出限幅决定允许的最大电流。ACR的作用是电流跟随，过流自动保护和及时抑制电压的波动。通过仿真可知：启动时，让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流保持最大，使转速线性变化，迅速达到给定值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定电压的变化而变化，电流内环跟随电流外环调节电机的电枢电流以平衡负载电流。

第六章 总结与体会

通过这次的课程设计，我发现自己无论是专业方面的知识还是其他方面的能力都有了显著的提升。在刚开始做课设时，会有许多的问题弄不懂，但通过自己查阅资料和请教老师、同学把原来自己不懂的地方慢慢搞清楚，发现这种感觉还是挺好的！而且在这个过程中，使我把所学的专业方面相关的知识很好的衔接起来了。在后期，用到了MATLAB仿真软件，也使我初步掌握了该软件的使用方法。在这次的课程设计中，我遇到了许多的困难，以致我曾想要放弃，通过同学们的帮助使我战胜了这些困难，同时也让我明白了团队协助是多么的重要，明白了互相沟通的重要性！最后，我要感谢李老师在这次课设中对我的帮助，也是您的鼓励使我坚持了下来。谢谢！

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7参考文献

[1]王兆安，等.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000. [2]张广溢，等.电机学[M].重庆：重庆大学出版社，2002. [3]王军.自动控制原理[M].重庆：重庆大学出版社，2008.

[4]导向科技.Protel DXP电子电路设计培训教程[M].北京：人民邮电大学出版社，2003. [5]周渊深.交直流调速系统与Matlab仿真[M].北京：中国电力出版社，2004. [6]陈伯时.电力拖动自动控制系统（第2版）[M].北京： 机械工业出版社. 2005

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