遼寧工業(yè)大學電機控制技術(shù)課程設計說明書

1、<p><b>　　遼寧工業(yè)大學</b></p><p>　　電機控制技術(shù)課程設計（論文）</p><p>　　題目： 120V、10KW轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)建模與仿真</p><p>　　院（系）：汽車與交通工程學院</p><p>　　專業(yè)班級：車輛131 </p>

2、<p>　　學號： 131805019 </p><p><b>　　學生姓名：鄢立寶</b></p><p><b>　　指導教師：張大明</b></p><p><b>　　教師職稱：講師</b></p><p>　　起止時間：2016.

3、12.5 -2016.12.23 </p><p>　　課程設計（論文）任務及評語</p><p>　　院（系）：汽車與交通工程學院　教研室：新能源車輛工程</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b&

4、gt;　　一、設計思路2</b></p><p>　　1．雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖2</p><p>　　2. 電流調(diào)節(jié)器的設計思想3</p><p>　　3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計思想6</p><p><b>　　二、設計步驟8</b></p><p>　　1.對電流調(diào)節(jié)

5、器進行設計9</p><p>　　2.對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進行設計12</p><p>　　3.對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算15</p><p>　　三、控制系統(tǒng)的建模以及仿真15</p><p>　　四、基于微控制器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)軟件設計22</p><p>　　1.設計基于H橋電路的功率開關(guān)管導通方法及

6、電路圖22</p><p>　　2.設計基于微控制器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟件流程圖22</p><p>　　3.電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的軟件設計24</p><p><b>　　五、總結(jié)心得25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p>

7、<b>　　附錄Ⅰ27</b></p><p><b>　　附錄Ⅱ27</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，在電氣傳動中應用廣泛。本次課設要求基于工程設計對直流調(diào)速系統(tǒng)進行設計，根據(jù)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作

8、原理，設計一個轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設置了電流檢測環(huán)節(jié)，電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)。主電路采用三相可控晶閘管整流電路整流，用PI調(diào)節(jié)器控制，通過改變直流電動機的電樞電壓從而進行調(diào)壓調(diào)速。控制電路設置兩個PI調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者實行嵌套連接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE，形成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)

9、直流調(diào)速系統(tǒng)。分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，合理的選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，使系統(tǒng)滿足動態(tài)、穩(wěn)態(tài)性能指標的要求。在MATLAB/ Simulink中建立仿真模型，設置各個模塊的參數(shù)，仿真算法和仿真時間，運行得出仿真模型的波形圖。通過對波形圖的分析，說明直流調(diào)速轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)特性。</p><p>　　關(guān)鍵字：直流雙閉環(huán)調(diào)速 MATLAB Simulink轉(zhuǎn)速環(huán) 電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器</p>

10、;<p><b>　　一、設計思路</b></p><p>　　本次課設我們根據(jù)工程設計方法對 ASR 和 ACR 的結(jié)構(gòu)及參數(shù)進行設計設計仿真。按照設計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，先設計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　根據(jù)工程設計方法的基本思路我們首先選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)。因為電流環(huán)

11、作為內(nèi)環(huán)，在穩(wěn)態(tài)特性上我們要求電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，在動態(tài)特性上我們要求實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用下時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素。因而電流環(huán)應以跟隨性能為主。所以本文采用典型Ⅰ型系統(tǒng)。對于轉(zhuǎn)速環(huán)，由于轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，主要要求系統(tǒng)抗干擾性能好和轉(zhuǎn)速無靜差，所以將轉(zhuǎn)速環(huán)設計成典型Ⅱ系統(tǒng)[1]。</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系

12、統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　上圖 1-1是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。因為在電流檢測信號的時候常常含有一些交流分量，我們?yōu)榱瞬皇顾绊懙秸{(diào)節(jié)器的輸入加入了低通濾波。濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)用一階慣性環(huán)節(jié)來表示。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常

13、數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)[2]。其意義是讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延時，使得二者在時間上恰好的配合。</p><p>　　由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　2. 電流調(diào)節(jié)器設計思想</p><p>　?、烹娏鳝h(huán)結(jié)構(gòu)框圖的

14、化簡</p><p>　　在圖 1-1點劃線框的電流環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響[3]。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠小于機電時間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認為反電動勢基本不變，即，這樣，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變

15、化的動態(tài)影響，得到的電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖如圖 1-2。</p><p>　　圖1-2 忽略反電動勢的動態(tài)影響</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)，如圖1-3。</p><p>　　圖1-3 等效成單位負反饋系統(tǒng)</p><p>　　由于和比小得多，可以當作小

16、慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為：</p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成下圖1-4。</p><p>　　圖1-4 小慣性環(huán)節(jié)近似處理</p><p>　?、齐娏髡{(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　圖1-4表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，顯然應采用PI型的調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成：</

17、p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中--------電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　--------電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇</p><p>　　則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖1-5 所

18、以的典型形式，其中</p><p>　　圖1-5 校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　下圖1-6繪出了校正后電流環(huán)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性.</p><p>　　圖1-6 校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)電流環(huán)開環(huán)對數(shù)幅頻特性</p><p>　　校驗，，是否滿足條件</p><p>　?、请娏髡{(diào)節(jié)器的參數(shù)計算<

19、;/p><p>　　由式可以看出，電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是和，其中已選定，待定的只有比例系數(shù)，它可根據(jù)所需的動態(tài)性能指標選取[4]。</p><p>　　計算電流環(huán)開環(huán)增益：（1-2）</p><p>　　計算電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)：（1-3）</p><p>　　如果實際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標不同，式和可以做相應的改變，然后再次校驗抗擾性能的指標是否滿

20、足。</p><p>　　⑷計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　按含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖1-7[5]，圖中為電流給定電壓，為電流反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。</p><p>　　根據(jù)運算放大器的電路原理計算，，是否滿足要求。</p><p>　　圖1-7 含給定濾波與反饋濾波的PI

21、型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　3. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設計思想</p><p>　　⑴電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　電流環(huán)經(jīng)化簡后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，為此需要求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)，由圖1-5可知：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　忽略高此項，可

22、降階近似為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應等效為：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較

23、小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)[6]。</p><p>　?、妻D(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖1-1中的電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-8所示。</p><p>　　圖1-8 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)</p><p>　　和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定

24、信號改成，再把時間常數(shù)和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可化簡成圖1-9。</p><p>　　圖1-9 等效成單位負反饋和小慣性的近似處理</p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中?，F(xiàn)在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典

25、型Ⅱ系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求[7]。至于其階躍響應超調(diào)量較大，那么線性系統(tǒng)的計算數(shù)據(jù)，實際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低。</p><p>　　由此可見也應該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中--------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)&l

26、t;/p><p>　　--------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)</p><p>　　圖1-10 校正后成為典型Ⅱ系統(tǒng)</p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　（1-8）</b></p><p>　　令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：</p><p>

27、<b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　則（1-10）</b></p><p>　　至于中頻寬為多少，要看動態(tài)性能的要求決定。</p><p>　?、寝D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計算</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：（1-11）</p><p>　　的比例系

28、數(shù)為：（1-12）</p><p><b>　?、刃ｒ?lt;/b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率為：（1-13）</p><p>　?、捎嬎阏{(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　圖1-11 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　根據(jù)圖1-11，計算，，是否滿足要求<

29、/p><p>　　最后對轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量進行校核。</p><p>　　下面根據(jù)第二步的思想進行具體的步驟設計。</p><p><b>　　二、設計步驟：</b></p><p>　　額定功率10Kw，額定電壓120V，額定電流95A，額定轉(zhuǎn)速3000r/min；</p><p>　　=0.0362

30、，電流允許過載倍數(shù)λ=1.5，電力電子轉(zhuǎn)換裝置放大系數(shù)=0.117；</p><p>　　滯后時間=0.005ms，電樞回路總電阻R=120mΩ，電磁時間常數(shù)=0.04s；</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)=0.005s，電流反饋濾波時間常數(shù)=0.002s；</p><p>　　電流反饋系數(shù)=0.01V/A，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.001V·min/r；

31、</p><p>　　總飛輪力矩=6N·m2</p><p>　　1、對電流調(diào)節(jié)器進行設計</p><p><b>　　1.1確定時間常數(shù)</b></p><p>　　⑴整流裝置滯后時間常數(shù)。</p><p>　　三相橋式電路的平均失控時間為。</p><p>　

32、　⑵電流濾波時間常數(shù)。由條件可知</p><p>　?、请娏鳝h(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p><b>　　=</b></p><p>　　1.2選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設計要求，在保證穩(wěn)態(tài)電流無差的前提下，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器[9]。電流環(huán)控制對象是雙慣性的，因此可

33、用型電流調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　檢查PI電流調(diào)節(jié)器電流電壓的抗擾性能：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　表2-1典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　

34、　參照表2-1典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能[13]，各項指標都是可以接受的。</p><p>　　1.3計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：</p><p>　　表2-2典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　電流開環(huán)增益：要求時，根據(jù)[15]，按表2-2應取</p>&l

35、t;p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　因此（2-4）</b></p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　1.4校驗近似條件</b><

36、/p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　(1)閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p>　?。?-7）滿足近似條件。</p><p>　　(2)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p

37、><p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　(3)電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　滿足近似條件[16]。</p>

38、;<p>　　1.5計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　圖2-1含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　由圖2-1可知計算各電阻和電容值，其中</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取取</b></p><p&

39、gt;　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標（見表2-2），滿足設計要求[17]。</p><p>　　2、對轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器進行設計</p><p><b>　　2.1確定時間常數(shù)</b></p><p>　?。?）電流環(huán)等效時間常數(shù):有前面的計算可</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：根據(jù)測速發(fā)電機的

40、紋波可知可知</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，取。</p><p>　　2.2選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照設計要求，選用PI調(diào)節(jié)器[18]，其傳遞函數(shù)表達式為</p><p><b>　　（2-10）</b></p><p>　　2.3計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)&

41、lt;/p><p>　　按跟隨和抗擾性能都比較好的原則，取,則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p>　?。?-11）轉(zhuǎn)速開環(huán)增益</p><p><b>　　（2-12）</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)</b></p><p><b>　?。?-

42、13）</b></p><p><b>　　2.4檢驗近似條件</b></p><p>　　由公式可得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</p><p>　?。?-14）（1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b&g

43、t;　　滿足簡化條件。</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p><b>　　滿足簡化條件。</b></p><p>　　2.5計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　圖2

44、-2 含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　根據(jù)圖2-2已知</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　取</b></p><p&g

45、t;　　2.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　表2-3典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標</p><p>　　當時，由上表2-3查得，，不能滿足設計的要求[19]。實際上，由于上表是按線性系統(tǒng)計算的，而突加階躍給定時，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應該按ASR退飽和的情況計算超調(diào)量。</p><p>　　3、對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算</p&

46、gt;<p>　　設理想空載啟動時，已知數(shù)據(jù)有，，，，，，</p><p>　　表2-4典型II型系統(tǒng)動態(tài)抗干擾性能指標與參數(shù)關(guān)系</p><p>　　當h=5由表2-4[20]查得</p><p><b>　　，帶入</b></p><p>　　得，可以滿足設計要求。</p><p&g

47、t;　　三、控制系統(tǒng)的建模以及仿真</p><p>　　通過以上對直流電機轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)的計算與選擇，我們使用Maltlab/Simulink平臺搭建直流電機雙閉環(huán)系統(tǒng)的模型，調(diào)試相關(guān)參數(shù)來達到設計的要求。</p><p>　　圖3-1 使用Simiink軟件建模出的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　分別在空載及額定負載的情況下，使電機轉(zhuǎn)速的給定信號由零階躍為額定轉(zhuǎn)速

48、值，進行的計算機仿真：</p><p>　　圖3-2空載無電網(wǎng)擾動的轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　曲線分析：轉(zhuǎn)速曲線由開始逐漸上升，經(jīng)過短暫的升速達到峰值，經(jīng)過一段超調(diào)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速到達穩(wěn)定，為3313r/min。</p><p>　　圖3-3空載無電網(wǎng)擾動的電流曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線快速上升，且在0.0125s時達到峰值

49、，經(jīng)過超調(diào)調(diào)整后，電流穩(wěn)定在138A一段時間，隨后慢慢下降直至將至為0A。</p><p>　　圖3-4空載無電網(wǎng)擾動的轉(zhuǎn)速和電流曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線開始時逐漸上升，電機幾乎不轉(zhuǎn)，當達到電流限幅值后，電流保持不變，轉(zhuǎn)速快速上升，當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，電流下降至0，此時電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在3313r/min，電流為0A。</p><p>　　圖3-5空載無電

50、網(wǎng)擾動的ASR輸入、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： ASR輸入、輸出信號開始時，輸入信號快速達到2.93。隨后緩慢下降至-0.312之后一直保持不變，ASR輸出信號開始時為1.42，在5.9秒時降至為0之后保持不變。</p><p>　　圖3-6空載無電網(wǎng)擾動的ACR輸入、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： ACR輸入、輸出信號開始時，輸入信號在1s

51、時開始上升至1.42保持到6秒時開始下降至0隨后保持不變。ACR輸出信號開始時會有一個超調(diào)調(diào)節(jié)隨后上升至1025并保持不變。</p><p>　　圖3-7額定負載無電網(wǎng)擾動的轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　曲線分析：轉(zhuǎn)速曲線由開始逐漸上升，達到峰值，經(jīng)過短暫超調(diào)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速到達穩(wěn)定2998r/min。隨后保持不變。</p><p>　　圖3-8額定負載無電網(wǎng)擾動的電流

52、曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線快速上升，達到峰值，經(jīng)過短暫超調(diào)調(diào)整后，電流穩(wěn)定在允許的最大電流值一段時間，隨后慢慢下降至額定電流并保持不變。</p><p>　　圖3-9額定負載無電網(wǎng)擾動的轉(zhuǎn)速和電流曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線開始時逐漸上升，電機不轉(zhuǎn)，當達到負載電流值后，轉(zhuǎn)速開始上升，當電流達到限幅值后，電流保持不變，轉(zhuǎn)速快速上升，當

53、轉(zhuǎn)速經(jīng)過超調(diào)穩(wěn)定后，電流下降至額定電流并保持不變。</p><p>　　圖3-10額定負載無電網(wǎng)擾動ASR輸入、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： ASR輸入、輸出信號開始時，輸入信號快速達到2.98。隨后緩慢下降至0.02之后一直保持不變，ASR輸出信號開始時為1.42，并保持不變。</p><p>　　圖3-11額定負載無電網(wǎng)擾動ACR輸入、輸出曲線<

54、;/p><p>　　曲線分析： ACR輸入、輸出信號開始時，輸入信號在3s時開始上升至0.47并保持不變。ACR輸出信號開始時會有一個超調(diào)調(diào)節(jié)隨后上升至1025并保持不變。</p><p>　　圖3-12空載 電網(wǎng)電壓擾動的轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　曲線分析：轉(zhuǎn)速曲線由開始逐漸上升，達到峰值，經(jīng)過短暫超調(diào)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速到達穩(wěn)定3313r/min。在5秒時加電網(wǎng)電壓擾動

55、，轉(zhuǎn)速開始下降至2981r/min并保持不變。</p><p>　　圖3-13空載 電網(wǎng)電壓擾動的電流曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線快速上升，達到峰值，經(jīng)過超調(diào)調(diào)整后，電流穩(wěn)定在允許的最大電流值一段時間，隨后慢慢下降0A，在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，電流下降至-73A隨后恢復到0A并保持不變。</p><p>　　圖3-14空載 電網(wǎng)電壓擾動的轉(zhuǎn)速和電流曲

56、線</p><p>　　曲線分析：電流曲線開始時迅速上升，電機不轉(zhuǎn)，當達到負載電流值后，轉(zhuǎn)速開始上升，當電流達到限幅值后，電流保持不變，轉(zhuǎn)速快速上升，當轉(zhuǎn)速經(jīng)過超調(diào)穩(wěn)定3313r/min保持不變，電流下降至0A并保持不變。在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，電流下降至-73A隨后恢復到0A并保持不變，轉(zhuǎn)速開始下降至2981r/min并保持不變。</p><p>　　圖3-15空載電網(wǎng)電壓擾動ASR輸入

57、、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： ASR輸入、輸出信號開始時，輸入信號快速達到2.93。隨后緩慢下降至-0.312之后一直保持不變，ASR輸出信號開始時為1.42并保持不變。在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，ASR輸入上升至0.0186并保持不變，輸出一直不變。</p><p>　　圖3-16空載電網(wǎng)電壓擾動ACR輸入、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： AC

58、R輸入、輸出信號開始時，輸入信號在1s時開始上升至1.42保持到5秒擾動時上升至2.15之后下降至1.42隨后保持不變。ACR輸出信號開始時會有一個超調(diào)調(diào)節(jié)隨后上升至1025并保持不變。</p><p>　　圖3-17額定負載 電網(wǎng)電壓擾動的轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　曲線分析：轉(zhuǎn)速曲線由開始逐漸上升，達到峰值，經(jīng)過短暫超調(diào)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速到達穩(wěn)定2998r/min。在5秒時加電網(wǎng)電壓擾動，

59、轉(zhuǎn)速開始下降至2666r/min并保持不變。</p><p>　　圖3-18額定負載 電網(wǎng)電壓擾動的電流曲線</p><p>　　曲線分析：電流曲線快速上升，達到峰值，經(jīng)過超調(diào)調(diào)整后，電流穩(wěn)定在允許的最大電流值一段時間，隨后慢慢下降95A，在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，電流下降至-21.95A隨后恢復到95A并保持不變。</p><p>　　圖3-19額定負載 電網(wǎng)電壓擾

60、動的轉(zhuǎn)速和電流曲線</p><p>　　曲線分析：轉(zhuǎn)速曲線由開始逐漸上升，達到峰值，經(jīng)過短暫超調(diào)調(diào)整后，轉(zhuǎn)速到達穩(wěn)定2998r/min。在5秒時加電網(wǎng)電壓擾動，轉(zhuǎn)速開始下降至2666r/min并保持不變。電流曲線快速上升，達到峰值，經(jīng)過超調(diào)調(diào)整后，電流穩(wěn)定在允許的最大電流值一段時間，隨后慢慢下降95A，在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，電流下降至-21.95A隨后恢復到95A并保持不變。</p><p&

61、gt;　　圖3-20額定負載電網(wǎng)電壓擾動ASR輸入、輸出曲線</p><p>　　曲線分析： ASR輸入、輸出信號開始時，輸入信號快速達到2.98。隨后緩慢下降至0.002之后一直保持不變，ASR輸出信號開始時為1.42并保持不變。在第5秒加電網(wǎng)電壓擾動，ASR輸入上升至0.333并保持不變，輸出一直不變。</p><p>　　圖3-21額定負載電網(wǎng)電壓擾動ASR輸入、輸出曲線</p

62、><p>　　曲線分析： ACR輸入、輸出信號開始時，輸入信號在3s時開始上升至0.47保持到5秒擾動時上升至1.2之后下降至0.47隨后保持不變。ACR輸出信號開始時會有一個超調(diào)調(diào)節(jié)隨后上升至1025并保持不變。</p><p>　　四、基于微控制器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　1、設計基于H橋電路的功率開關(guān)管導通方法及電路圖</p>&

63、lt;p><b>　　圖4-1H橋電路圖</b></p><p>　　2、設計基于微控制器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的軟件流程圖</p><p>　　圖4-2 主程序框圖圖4-3 電流反饋程序框圖</p><p>　　圖4-4轉(zhuǎn)速環(huán)流程圖</p><p>　　3、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)器的軟件設計</p><

64、p>　　C語言程序見附錄Ⅱ。</p><p><b>　　五、心得總結(jié)</b></p><p>　　本次課設設計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)讓我對直流電機的轉(zhuǎn)速控制和電流控制有了更深刻的了解，同時在課設期間學習了如何運用MATLAB中的Simulink進行模型搭建和計算仿真。課設初期還不確定要校正哪一類典型系統(tǒng)，后來通過仔細閱讀課本及查詢資料以及請教老師，知道了

65、電流環(huán)應以跟隨性為主，應選用Ⅰ型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對象是雙慣性的，要校正成Ⅰ型系統(tǒng)應采用PI型的電流調(diào)節(jié)器。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面增加了一個積分環(huán)節(jié)，所以轉(zhuǎn)速環(huán)共有兩個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)就選擇Ⅱ型系統(tǒng)了。再設計轉(zhuǎn)速電流控制環(huán)時發(fā)現(xiàn)它們有很多的共同點：結(jié)構(gòu)框圖化簡、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選擇、調(diào)節(jié)器參數(shù)計算、調(diào)節(jié)器實現(xiàn)、近似條件的檢驗等步驟。在沒有設計前對雙閉環(huán)的一些參數(shù)和表示符號總是混淆，但是通過親自設計、通過自己反復模擬仿真，

66、逐漸地明白了各個參數(shù)的關(guān)系及來龍去脈和它們的對應關(guān)系，同時大大提高了我對MATLAB的操作的熟練程度。</p><p>　　這次課程設計提高了我獨立思考，查閱資料的能力，是我更熟練掌握課本知識，將書本內(nèi)容結(jié)合到實際應用中，對我的能力是一個很大的提升。在此非常感謝張大明老師和張麗萍老師的悉心指導。</p><p><b>　　參考文獻</b></p>&l

67、t;p>　　[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng). 機械工業(yè)出版社,2003</p><p>　　[2]王成元主編.現(xiàn)代電機控制技術(shù). 機械工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[3]陳堅.電力電子技術(shù). 高等教育出版社,2004</p><p>　　[4]王兆安.電力電子技術(shù)(第4版). 機械工業(yè)出版社,2011</p><p

68、>　　[5]孫亮.自動控制原理(第三版). 高等教育出版社,2011</p><p>　　[6]胡壽松.自動控制原理(第6版). 科學出版社,2013</p><p>　　[7]湯蘊璆.電機學(第四版). 機械工業(yè)出版社,2011</p><p>　　[8]彭鴻才.電機原理及拖動(第二版). 機械工業(yè)出版社,2007</p><p>　

69、　[9]馮明義. 設計自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的震蕩指標.信息與控制，1978（2） </p><p>　　[10]謝宗安.自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[11]Texas Instruments Second Generation TMS320 User`s Guide,1995</p><p>　　[12]周德澤，電氣傳動控制系統(tǒng)的設計. 機械

70、工業(yè)出版社,1985</p><p>　　[13]賴福新. 電機控制系統(tǒng).上海交通大學出版社,1995</p><p>　　[14]Leonhard,W.Control of Electrical Drives 3rd ed.Springer- verlag,2001 </p><p>　　[15]Bord D.M. Novotny D.W.Cyrrent

71、 Control of VSI-PWM Inverter.IEEE Trans.IA,1985,21(2)</p><p>　　[16]王離九.電力拖動制動控制系統(tǒng).中華理工大學出版社，1991</p><p>　　[17]蘇彥民.電力拖動系統(tǒng)的微型計算機控制.西安交通大學出版社，1988 </p><p>　　[18]Depenbrock M.Direct Sel

72、f Control(DSC) of Inverter-fed Induction Machine.IEEE Trans.PE,1988(4)</p><p>　　[19]王曉明.電動機的單片機控制.北京航空航天大學出版社, 2011</p><p>　　[20]孫立志.PWM與數(shù)字化電動機控制技術(shù)應用.中國電力出版社,2008</p><p><b>　　

73、附錄Ⅰ</b></p><p>　　含有動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中各參數(shù)的M文件</p><p>　　Ton=0.005;</p><p>　　Toi=0.002;</p><p><b>　　Ks=0.117;</b></p><p>　　Ts=0.000005;</p><p

74、><b>　　R=0.12;</b></p><p><b>　　Tl=0.04;</b></p><p>　　Tm=0.1534;</p><p>　　Ce=0.0362;</p><p><b>　　b=0.01;%A</b></p><p>

75、　　a=0.001; %A</p><p>　　Kn=30.816;</p><p>　　A=684.04;%Kn/On</p><p>　　Ki=1023.1;</p><p>　　B=25577.5;%Ki/Oi</p><p><b>　　附錄Ⅱ</b></p><p&g

76、t;<b>　　C語言程序：</b></p><p>　　#include <hidef.h></p><p>　　#define dataportb</p><p>　　#define data _dir ddrb</p><p>　　#define uint unsigned int</p>

77、<p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　void delay_xms(int a); </p><p>　　double f,g,h,i,j,k,s ;</p><p>　　void delay_xms(int a) </p><p><b>　　{</b>

78、</p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<x;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void setbus_64M()</p><p><b>　　{</b><

79、;/p><p>　　CLKSEL=0x00;</p><p>　　PLLCTL_PLLON=1;</p><p>　　SYNR=0xc3;</p><p>　　REFDV=0xc0;</p><p>　　POSTDIV=0x00;</p><p>　　_asm(nop);</p>&l

80、t;p>　　_asm(nop);</p><p>　　while(!(CRGFLG_LOCK==1));</p><p>　　CLKSEL_PLLSEL=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ad_init()</p><p><b>　　{&

81、lt;/b></p><p>　　ATD0CTL2=0xc0;</p><p>　　ATD0CTL3=0x08;</p><p>　　ATD0CTL4=0x0f;</p><p>　　ATD0CTL5=0xa0;</p><p><b>　　}</b></p><p>

82、;　　void pit_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PITMTLD0=200;</p><p>　　PITCFLMT|=0x83;</p><p>　　PITMUX&=0xfe;</p><p>　　PITLD0=16000;</p>

83、;<p>　　PITINTE|=0x01;</p><p>　　PITFLT|=0x01;</p><p>　　PITCE|=0x01;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void pwm_init()</p><p><b>　　{</b&

84、gt;</p><p>　　PWMCLK=0x00;</p><p>　　PWMPRCLK=0x66;</p><p>　　PWMCAE=0x00;</p><p>　　PWMPOL=0xff;</p><p>　　PWMPER0=201;</p><p>　　PWMDTY0=41;</p

85、><p>　　PWME=0x01;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void ECT_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PACTL_PAEN=0;</p><p>　　PACTL_PAMO

86、D=0;</p><p>　　PACTL_PEDGE=0;</p><p>　　PACTL_CLK1=0;</p><p>　　PACTL_CLK0=0;</p><p>　　PACTL_PAOVI=0;</p><p>　　PACTL_PAI=0;</p><p><b>　　PAC

87、NT=0;</b></p><p>　　PAFLG_PAOVF=1;</p><p>　　PAFLG_PAIF=1;</p><p>　　PACTL_PAEN=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NO

88、N_BANKED</p><p>　　void interrupt 66 pit0()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　PITTF=0x01;</p><p>　　while(!ATD0STAT0_SCF);</p><p>　　AD_data =ATD0DR0H ;&

89、lt;/p><p>　　PACTL_PAEN=0;</p><p><b>　　f=PACNT;</b></p><p><b>　　PACNT=0;</b></p><p>　　PACTL_PAEN=1;</p><p><b>　　}</b></p

90、><p>　　void main(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　Ton=0.005;Kn=30.816; Fn=0.312;Toi=0.002;</p><p>　　Ki=1023.1;Fi=0.05; Ks=0.117;Ts=0.005;</p><p>

91、　　R=0.12;Tl=0.05;Tm=0.1534;Ce=0.1005;</p><p>　　A=0.0008;B=0.02;</p><p>　　DisableInterrupts;</p><p>　　setbus_64M();</p><p>　　ad_init();</p><p>　　pit_init();

92、</p><p>　　pwm_init();</p><p>　　ECT_init();</p><p>　　EnableInterrupts;</p><p>　　delay_xms(1000);</p><p>　　c=f*A/(Ton*s+1);</p><p>　　d=AD_data*B

93、/(Toi*s+1);</p><p>　　e=(1/(Ton*s+1)-g)*Kn*(Fn*A+1)/(Fn*s)/(Toi*s+1);</p><p>　　f=(i-h)*Ki*(Fi*s+1)/(Fi*s)*Ks/(Ts*s+1); </p><p><b>　　for(;;) </b></p><p><