调节器的比例放大系数和领先时间常数. 其中τi = T1 = 0. 018s ,为满足的要求,应取K1TΣi = 0. 5 因此: K1 =0.5/ TΣi= 74.63s- 1 ,于是可以求得ACR 的比例放大系数Ki =K1τi R/βKs=0.29故电流调节器的传递函数WACR (s) =0.29(0.018 s + 1)/0.018s,经过校验,满足晶闸管整流装置传递函数近似条件,也满足电流环小时间常数近似处理条件,设计后电流环可以达到的动态指标σi = 4. 3 % ≤5 %满足设计要求。
6.3 速度调节器的设计
电流环等效时间常数:2 TΣi = 0. 0134s.转速环小时间常数: TΣn = 2 TΣi + Ton = 0. 0318s. 在转速调节器设计时,可以把已经设计好的电流环作为转速环的控制对象. 为了实现转速无静差,提高系统动态抗扰性能,转速调节器必须含有积分环节,又考虑到动态要求,因此把转速环设计成典型II 型系统,其传递函数为:WASR ( s) = Kn(τns + 1)/τns式中Kn ,τn 分别为转速调节器的比例放大系数和领先时间常数. 取中频宽h = 5 ,则ASR 的领先时间常数:τn = hTΣn = 0. 159s ,按Mrmin 准则确定参数关系,转速环开环放大系数:KN =(h + 1)/2 h2 T2Σn= 118.67s- 1则ASR 的比例放大系数为:Kn =KNτnβCe TmαR=( h + 1)βCe Tm/2 hαRTΣn,则Kn =11.15。
经过校验,满足电流环传递函数等效条件,也能满足转速环小时间常数近似处理条件,转速超调量σn = 8. 3 % ≤10 % 满足设计要求. 为保证电流调节器与转速调节器中的运算放大器工作在线性特性段以及保护调速系统的各个元件、部件与装置不致损坏,在电流调节器与转速调节器的输出端设置了限幅装置,幅值限制为- 6～+ 6.
6.4 仿真实验和结果分析
当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。在MATLAB 的模型窗口打开“Simulation”菜单，点击“Start”命令后，系统开始进行仿真，仿真结束后可输出仿真结果。根据图6的模型，系统有两种输出方式：当采用“示波器”模块观察仿真输出结果时，只要在系统模型图上双击“示波器”图标即可；当采用“out1”模块观察仿真输出结果时，可在MATLAB 的命令窗口输入绘制plot(tout，
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yout)即可得到未经编辑的“Figure No.1”输出的图形，对“Figure No.1”图形编辑后得到的转速、电流双闭环系统仿真图形如图所示．根据原理图和上面计算出的相关参数 ,建立双闭环直流调速系统的Matlab/Simulink 动态仿真模型，转速n波形图及仿真结果如图所示。
图6-3 双闭环调速系统的模块图
图6-4 仿真结果
仿真结果可以看出，它非常接近理论分析的波形，说明系统的建模与仿真是
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成功的．下面对仿真的结果作一分析．启动过程的第一阶段是电流上升阶段。突加给定电压，ASR 的输入很大，其输出很快达到限幅值，电流也很快上升，接近其最大值。 第二阶段，ASR 饱和，转速环相当于开环状态，系统表现为恒值电流给定作用下的电流调节系统，电流基本上保持不变，拖动系统恒加速，转速线性增长。第三阶段，当转速达到给定值后，转速调节器的给定与反馈电压平衡，输入偏差为0，但是由于积分的作用，其输出还很大，所以出现超调。转速超调之后，ASR 输入端出现负偏差电压，使它退出饱和状态，进入线性调节阶段，使速度保持恒定，实际结果基本上反映了这一点．由仿真计算结果表明，利用MATLAB的simulink对各调速系统进行仿真设计，可以迅速直观地分析出系统的跟随性能、抗扰性能及稳定性，使得对系统进行分析、设计及校正变得更简单方便，大大缩短了系统调试周期，提高了开发系统效率。对于调速系统的设计，MATLAB的simulink确实是个经济、简单、快速、高效的工具。
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参考文献
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附录 系统电路图
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