武汉理工大学《运动控制系统》课程设计
转速调节器输出Ui*波形
图3-6
电流调节器输出电压（整流装置输入电压Uct）波形
图3-7
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电机电枢电压Ud0波形
图3-8
3.3 仿真结果分析
3.3.1启动过程分析
设置双闭环控制的一个重要目的是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。
双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于下图。
图3-9 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形
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第Ⅰ阶段，突加给定电压，电流上升。由于机电时间常数Tm比电磁时间常数Tl得多，即电机机械惯性比电磁惯性大得多，所以转速仍然为0,则转速n=0，转速反馈电压Un=0，因而转速偏差电压ΔUn = Un* - Un很大，使转速调节器WASR进入饱和状态，转速调节器输出达到限幅值Uim*。此阶段电流调节器试图按照电流设定值Ui*将电枢电流Id调节到电流最大值Idm，所以电流迅速上升，而转速的增加较小。
第Ⅱ阶段，恒流升速阶段。经过电流调节器的调节作用，电枢电流被调节到Idm，以充分利用电动机的过载能力，使电机产生最大转矩加速。电机转速迅速上升。此阶段由于转速小于给定值，Un*大于Un，误差ΔUn始终小于零，所以转速调节器一直处于饱和状态，其输出一直保持Uim*。电流调节器给定一直为Uim*，因此在电流环定值控制作用下，Id保持Idm，电磁转矩保持最大值，电机恒加速度升速。
第Ⅲ阶段，转速调节阶段。上一阶段结束时，电机转速到达给定值，由于电机保持最大转矩，电机继续加速，当速度大于给定值时，ΔUn 反号，因此转速调节器逐渐退出饱和，电流环给定值变小，这时电机电枢电流在电流调节器作用下迅速变小。在Id减小到负载电流Idl之前，电磁转矩大于负载转矩，电机加速过程变慢，但仍然处在升速过程。Id减小到Idl时，转速到达第一次峰值，随后，Id减小到Idl以下，因而电机电磁转矩小于负载转矩，转速减小。在经过一段调节过程后，转速调节器完全退饱和，发挥其控制作用维持转速恒定；而电流调节器则保持电枢电流与负载电流平衡。
由以上的分析过程可以看出，在电机启动阶段，双环系统利用电机过载能力，将电枢电流调节到最大值，从而产生最大的加速电磁转矩，使系统获得极好的加速性能；而调节器的限幅作用，还使电机的电枢电流得到限制，从而防止电机过载、超过电机的过载能力而导致电机烧毁。
3.3.2 负载变化扰动的调节过程
从图1-3（双闭环直流调速系统的动态结构图）可以看出，负载电流Idl在电流环之外，因此其扰动作用无法被电流调节环抑制，而是依赖于转速调节环的调节作用。
当负载电流Idl突然增大时，电枢电流Id小于Idl，电磁转矩小于负载转矩，电机减速。转速反馈电压Un减小而小于转速给定电压Un*，转速偏差ΔUn变正，转速调节器减大，使得电流调节环的给定值迅速增大，在电流调节器的作用下电枢电流迅速增大到负载电流Idl以上，从而使电磁转矩大于负载转矩，电机加速。由于电流调节器的及时
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调节作用，电机的转速还没有减速超过给定太大，即在系统调节作用下加速。电机转速增大到给定以上时，转速调节器又降低电流调节器的给定值Ui*，使电枢电流被调节到负载电流附近。经过系统的调节作用，转速最终恢复到给定值，而电枢电流与负载电流平衡而使转速不再变化。
从以上分析过程可以看出，转速环将负载电流扰动包含其中，从而有效抑制了负载电流变化对电机转速的干扰作用。
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4.心得体会
经过两个多星期的努力，我终于完成了这次运动控制系统的课程设计。通过这么多天的工作，我得到了很多收获，也发现了很多自己的不足之处。
如果说考试是验证学习收获的手段，那么课程设计就是对学习的升华。每次做课程设计，我都从中学到了不少有用的东西，这不光有有关课程的，还有许多课外的知识。这次也不例外，我不光对直流双环系统有了更深刻的理解，同时对WORD，PROTELL等工具的运用也更加熟练。
课程设计中应用了调节器的设计，尤其是Ⅰ型系统和Ⅱ型系统的设计，通过分析系统开环传递函数的动态特性参数，确定调节器的传递函数，并最终用运算放大电路实现所设计的调节器。在设计过程中系统的降阶处理也是至关重要的，通过处理，控制对象的数学模型大大简化，从而方便了后续设计的进行。
回想做课设的这些天，我感觉重要的是过程而不是结果，也许我的设计有很多缺陷或者错误，但是在做的过程中我学到了很多平时的学习中无法学到的知识和思考方法。这才是课设的价值所在。老师常说考试不是目的只是手段，我觉得做完课设也不是目的只是手段。它给我们提供了一个自己学习独立思考的机会，这是其他课堂或考试都做不到的。其实我们目前的知识还是十分有限的，有很多东西或许我们现在根本就理解不了的。可这并没有关系，关键是我们认真的去思考了，并且我们在这思考过程中得到了锻炼与提高。另外，这次课设让我认识到了运动控制的复杂性以及在工业应用中的重要性。我感到仅仅是课本上的那点知识是很有限的，我只是刚刚入门，还有很多东西要去学。
在这设计过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
5.参考文献
1.刘金琨，先进PID控制及其MATLAB仿真，电子工业出版社，2003 2.陈伯石，电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，1999 3.赵影，电机与电力拖动，国防工业出版社，2005
4.苏金明，MATLAB使用教程，电子工业出版社，2000
5.周渊深，交直流调速系统与MATLAB仿真，中国电力出版社，2000
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本科生课程设计成绩评定表
姓 名 专业、班级 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 性 别 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年 月 日
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