武汉理工大学《运动控制系统》课程设计说明书
*Un(s)???KN(?ns?1)s2(T?ns?1)n(s)
图3-8 简化后转速环动态结构图
图3-9为含给定滤波及反馈滤波的模拟式PI转速调节器，图中Un*为转速给定电压，调节器的输出就是电流调节器的给定电压Ui*。 ??n为转速负反馈电压，
图3-9含给定滤波及反馈滤波的模拟式PI转速调节器
转速调节器参数计算： ⑴确定时间常数： 1）电流环等效时间常数
1KI。取KIT?i?0.5，则
1KI?2T?i?2?0.002?0.004s
2） 转速滤波时间常数Ton。根据所用测速发电机纹波情况，取
Ton?0.005s
3） 转速环小时间常数T?n。按小时间常数近似处理，取
T?n?Ton?1KI?0.004?0.005?0.009s。
⑵选择转速调节器结构：
根据设计要求?n?20%，并保证稳态转速无差，可用PI型转速调节器。 ⑶计算电流调节器参数：
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h?5，则ASR的超前时间常数为：
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?n?hT?n?5?0.009?0.045s
系统转速开环增益：
KN?h?12hT22?n?5?12?25?0.0092?1481.5s?2
电动机的电动势常数为：
Ce?Unom-InomRannom?48-3.7?2200?0.2V?min/r
ASR的比例系数为:
Kn?(h?1)?CeTm2h?RT?n?6?1.35?0.2?0.22?5?0.05?3?0.009?24
⑷校验近似条件：
转速环截止频率：?cn??N?1??N?n?1481.1?0.045?66.7s?1
1）校验电流环传传递函数简化的条件
13K???i?132500.002?117.8s?1??cn
满足简化条件。
2）校验转速环小时间常数近似处理条件
13???on?132500.005?74.5s?1??cn
满足近似条件
⑸ 计算调节器电阻和电容：
电流调节器原理图如图3-9所示，按所用运算放大器取R0?20k?，各电阻和电容值计算如下：
Rn??nR0?24?20k??480k?，取480k?；
Cn??nRn?0.045480?103F?0.094?F，取0.1?F；
Con?4?onR0?4?0.00520?103F?1?F，取1?F。
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4 Matlab仿真验证
4.1 空载至额定转速仿真分析
根据上面计算的参数数据，使用Matlab的Simulink进行仿真验证，进行双闭环模型搭建。搭建好的双闭环模型如图4-1所示，转速环给定10V，负载设定为0A,即空载启动。仿真时间设为4s，用示波器观察电流及转速波形如图4-2所示。
图4-1 双闭环仿真模型
图4-2 空载启动至额定转速仿真结果
4.2 稳定运行时磁场突然减半仿真分析
由模型中Ce?Ke?，磁场突然间半，只需将模型中的1/Ce与2相乘即可，仿真使用乘法器完成这个过程，3s前阶跃信号为1，3s时突变为2。
仿真模型如图4-3示。仿真时间设为4s，同时增加示波器观察直流电压Ud，ASR、ACR输出电压的波形。
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图4-3稳定运行时磁场突然减半仿真模型
仿真结果如图4-4，4-5，4-6，4-7所示。从图中看出当励磁突然减半时，转速变为原来的2倍，通过转速反馈与给定相减使ASR减到0，电流给定也减到0，电机减速。减速到200r/min以下后，ASR达到饱和，电流给定为最大值2Inom，由于Id?n，则转速下降到一定值后保持不变。
图4-4 稳定运行时磁场突然减半电流、转速波形
图4-5 稳定运行时磁场突然减半ACR输出电压波形
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图4-6 稳定运行时磁场突然减半ASR输出电压波形
图4-7 稳定运行时磁场突然减半Ud波形
实际情况中电机存在机械惯性，转速不可能突变，直流电机提供的最大转矩小于负载转矩，所以转速会直接减小。经验证，当励磁发生变化时，满足最大输出转矩大于负载转矩，直流电机在双闭环的调解下能稳定运行。
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