双闭环调速系统_课程设计(25页).doc

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1、-双闭环调速系统_课程设计-第 - 25 - 页目录页第一章 绪论2 1-1课题背景，实验目的与实验设备2 1-2国内外研究情况3第二章 双闭环调速系统设计理论3 2-1典型型和典型型系统3 2-2系统的静，动态性能指标4 2-3非典型系统的典型化6 2-4转速调节器和电流调节器的设计7第三章 模型参数测定和模型建立9 3-1系统模型参数测定实验步骤和原理9 3-2模型测定实验的计算分析11 3-3系统模型仿真和误差分析18第四章 工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统22 4-1 设计整定的思路22 4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化23 4-3转速调节器的整定和转速环的校

2、正，简化25 4-4系统的实际运行整定27 4-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨33第五章 设计分析和心得总结34 5-1实验中出现的问题34 5-2实验心得体会35第六章 实验原始数据38 6-1建模测定数据386-2 系统调试实验数据39第一章 绪论1-1课题背景，实验目的与实验设备转速，电流反馈控制的调速系统是一种动静态特性优良的直流调速系统，它的控制规律是建立在经典控制规律的基础上的，用传递函数建立动态数学模型，并从传递函数模型和开环频域特性去总结其控制规律，用跟随和抗扰两个方面的指标去衡量它的动静态性能。转速，电流反馈控制的调速系统是一种串级系统，所以其整定系统参数的方法也借

3、鉴了一般串级系统的差别，但又有不同于一般串级系统的。本次实验的主要目的是针对一套调速系统（包括电源，电机，励磁回路等）建立模型并整定出带滤波的电流调节器和转速调节器参数，投入运行。实验正值暑期实践及国际交流周，我们将用两周的时间来完成参数测定实验，系统建模，调节器整定和系统投入运行。本次实验的实验设备包括：实验装置型号规格备注电力电子传动平台MCL-实验平台示波器TDS-1012带宽100MHZ 最高采样频率1GS/s得到转速，电流波形，调节参数时参考数字万用表GDM-8145测量电阻，电压实验设计的基本要求是：性能指标静态静差率5%调速范围3 (483rpm-1450rpm)动态电流超调量5

4、%转速超调量10%1-2国内外研究情况 虽然目前的直流调速系统已经十分成熟，调速系统的信号给定已经做成集成电路，许多逻辑判断通过嵌入式系统或者工业控制机加入调速系统，但对它乃至电力拖动系统的研究是不会结束的，当前国内外关于电力拖动系统的研究主要集中在 应用现代控制理论，经典控制理论虽然物理概念明确，理论分析直观，但存在不能实现最优控制和大系统控制等问题。随着离散控制器及其理论的发展，现代控制理论有了用武之地。高性能的计算机可以实时完成复杂的运算；系统辨识，参数估计和算法鲁棒性上的应用，大幅改善了控制效果。 研发新型的电力电子器件，随着电力电子器件走向耐高压，大功率，高频化和智能化，新型的电力拖

5、动系统能拥有更可靠的性能，能适应更极端的工作条件。 与嵌入式操作系统结合，嵌入式操作系统的加入能使电力拖动系统拥有更强大的功能，包括联网的云检测故障，大系统的协调工作等，此外，基于Linux的数字伺服系统无疑是目前的研究热点。 第二章 双闭环调速系统设计理论 2-1典型型和典型型系统 双闭环调速系统中，无论是电机还是调节器都被看成一个拉普拉斯变换成的域模型，这些环节通过串并联合反馈连接在一起，构成了系统，要对系统进行分析，就要先清楚一些典型系统的特性。 典型型和典型型系统的区别在于原点处零极点的个数不同，而除原点外其他处的零极点个数则区分了同一典型系统的不同系统。 典型型的开环传递函数结构为

6、,分别为系统的惯性时间常数和开环增益。 典型型的开环传递函数结构为 为一个比例微分因子，附带了惯性环节，比例微分因子存在的的作用是把系统的相频特性提升到线以上，保证系统的稳定。 典型型的闭环传递函数结构为 为系统的自然振荡频率 为系统的阻尼比 典型型的闭环传递函数结构为 为斜率为的中频段宽度。对于型系统而言，开环增益K越大，截至频率也越大，系统的响应也越快，但是相角裕量裕量会变小，在响应上的表现就是调节时间变短，但是振荡会加剧。2-2系统的静，动态性能指标 在控制系统中设置调节器是为了改善系统的静，动态性能，而要衡量调节器的设置和调整是否恰当，就需要一些相应的指标。这些指标包括两大类，在下表中

7、列出跟随性能特性名称备注上升时间输出量第一次上升到稳态值所用的时间超调量输出量超过稳态值最大时与稳态值差值比上稳态值峰值时间输出量上升到最大值所用时间调节时间输出量稳定在稳态值附近一定范围内所用时间抗扰性能特性动态降落稳态运行时突加负扰动造成的输出量降落恢复时间稳态运行时突加扰动后输出稳定在一定范围的时间表2-1 性能指标及其定义型系统的闭环系统是一个二阶系统，它的暂态响应特性指标与系统的阻尼比和自然振荡频率有关，并且可以归纳成下表 表2-2 典型型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系型系统的闭环系统是一个三阶系统，可以将它用主导零极点法简化成二阶系统进行分析，它的跟随性能指标也可以归纳

8、为 表2-3 典型型系统阶跃输入跟随性能指标2-3非典型系统的典型化实际控制对象的传递函数多种多样，往往受很多参数影响，并且直接由微分方程建立的是高次模型。为了构造成低阶的典型系统，需要做许多近似处理，包括，1.高频段小惯性环节的近似处理当高频段有几个小时间常数（,）时，用一个小时间常数来代替，并且有2. 高阶系统降阶近似处理考察一般情况下的高阶系统 系统稳定，即存在 则忽略系统的高次项，将系统简化为3. 低频段大惯性环节近似处理当系统中存在时间常数特别大的惯性环节时，存在近似条件,或者则惯性环节可以等效为，事实上，等效后的相角裕量减小了，也就是说如果等效后的系统可以稳定的话，等效前的系统一定

9、稳定，这也充分证明了这种等效是可用的。2-4转速调节器和电流调节器的设计 1.设计内环的电流调节器首先要对电流内环进行简化，忽略反电动势的影响，再将内环等效为单位负反馈，进行小惯性环节近似处理，可以得到图2-2 电流内环的简化其中 和 一般都比小得多，可以近似为一个惯性环节，其时间常数为设计出电流调节器后将电流环作等效处理 而内环可以简化为典型型环节，从而在稳态性能上得到电流无静差，在暂态性能上有较强的跟踪能力。系统参数要求满足由性能指标就可以求出系统的开环增益和调节器的比例增益系数由增益和时间常数设计出调节器图2-3 ACR和ASR所用的带滤波PI调节器 最后将电流环简化成一个典型型系统，作

10、为外环的一个环节 2.设计转速调节器 进行小时间常数近似处理图2-4 简化后的转速环将转速环校正为典型系统，以保证转速环的抗扰动能力。再计算转速调节器的比例增益和时间常数从而得到转速调节器的电阻和电容值第三章 模型参数测定和模型建立3-1系统模型参数测定实验步骤和原理名称测量方法注意事项实测值电枢内阻接通电源，施加给定，使电枢电流保持在1A，但是断开励磁回路和负载回路，在电机静止的状态下，手动旋转电机转轴，在互成夹角的三点测出电枢内阻的大小，然后取平均值。1. 理论上在不加励磁磁通时电机是不会旋转的，但有时电机会因为剩磁而出现缓慢旋转，这时要反接励磁磁通去掉剩磁载接回原来的电路。2. 三次测量

11、的差值反映了电机制作的规整度，主要收电机的转轴偏离中心程度和换向片和电刷的接触电阻。电枢端电压,电源端电压电枢电流电动势转速系数利用电机的机械特性方程联立，消去未知的电枢回路电阻，仅由两次测量的电压差值和转速差值求出电动势转速系数1. 两组数据通过改变给定电压得到，只需要测端电压和转速，不需要关心电枢电流，励磁回路也要。2. 不需要关心电枢电流的前提是测量几组数据时电枢回路的电阻不能改变，特别是串接的起动电阻。3. 磁通量显然会影响转速系数，也不能改变。电源端电压电机转速电源等效内阻断开励磁回路，固定给定电压在0.2A到0.8A间（实验中是0.5A），改变电枢串联回路的阻值，得到两组端电压和电

12、枢电流的值1. 励磁回路和负载回路要断开。2. 测电源内阻的方法是伏安法，电枢的端电压和电流的端电压也是电源等效内阻的端电压和端电流，用两组数据联立电源端电压电枢电流电源放大系数保持励磁回路断开，分级调节给定电压，并保持电枢电流始终小于1A（实验中为了计算方便，保持电枢电流始终在0.5A），利用求出一组，再取平均值1. 断开励磁后要小心调整给定电压，否则很容易过流。2. 记录每一次测出数据时的电流。3. 测量组数分布要调整好，例如如果要研究电源的饱和现象要在电压都较大时多取点。电枢电流电源端电压给定电压平波电感内阻不通电的情况下，用万用表直接测电感的阻值。1. 不能通电，此时是由万用表本身供电

13、的。电感内阻电枢回路总电阻电磁时间常数用电感表测出电枢回路的总电感再除以总电阻，即1.测量电感时所测电感在的回路要断开，否则就会偏小，相当于并联了其他电感电枢电感平波电感电枢回路总电阻机电时间常数连上励磁回路，断开负载回路，突加给定使电机的峰值电枢电流达到堵转电流（实验中是1.4A），记录转速n和时间t的波形图，利用以下公式可以计算出机电时间常数1. 分别为堵转电流和空载时的电流。2. 计算图中阴影部分的面积，方法为3. 机电时间常数的计算就可以等效为阴影部分面积和堵转电流与空载电流差的商。突加给定的转速变化图表3-1 各模型参数的测量方法3-2模型测定实验的计算分析(1) 测量参数测量结果1

14、测量结果2测量结果3平均值标准差22.6422.2822.3522.4233 0.1909相对偏差0.966%-0.639%-0.326%表3-2 电枢内阻的测量结果测量结果的不同主要是由于电机转轴的偏心，导致换向片和电枢间接触或紧或松，接触电阻或小或大，实际电机运行中还存在气隙偏心等问题，但是只要对电枢电阻的影响小于就可以忽略。如上表，三次测量结果和均值的相对偏差都小于1%，考虑三次测量的位置互成，转子偏心对电枢内阻的影响可以抵消，所求的电枢内阻平均值是可信的(2)测量参数 计算公式计算参数/v/v偏差1117560.5440.145515910860.8331.68%0.142118712

15、831.063-0.70%0.141722215301.458-0.98%0.1431平均电动势系数表3-3 电动势系数的测量结果 电动势转速系数是电动机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称为发电系数或感应电动势系数。电动势系数直接反映了励磁的强弱，实验中没有改变励磁回路的电阻，所以这个电动势系数是一直适用的。 本组数据是仅有的一组既测量了 又同时加了励磁的数据，这就意味着这组数据可以在某种程度上用来检验建立后模型的准确性。 原始数据中的和建立模型后仿真得到的结果又较大差异，这一点有可能是励磁变化导致的，在后面的模型偏差分析中会做较详细的讨论。 (3)电源等效

16、内阻 计算公式计算内阻/电源端电压/V电枢电流/A2050.5102040.6202020.7202000.8101990.9101981.014平均电源内阻表3-4 电源内阻的测量结果 通过联立电枢回路的KVL方程，利用转速为0，电枢电流与电源端电压的关系，消去转速和电枢回路电阻，求电源内阻。但是实验时求取的电枢电流不够精确，导致求不出精确的电源内阻，根据经验，电源内阻在1020之间，所以所得的电阻值可以勉强使用。(4)电源放大系数计算公式计算结果给定电压/V电源端电压/V电枢电流/A0.437370.5250.0000.525590.5230.0880.638850.5197.6740.7

17、241020.5178.5710.8361220.5151.1630.9221350.5155.3401.0251510.5132.0751.1311650.5113.8211.2541790.5106.0601.3201860.595.2381.5092040.575.5561.7342210.569.7671.8632300.551.8292.1912470.539.5142.5202600.52.6462.8982610.5表3-5 电源放大系数的测量结果饱和区死 区线性区 图 期望的电源放大系数关系 给定电压和电源输出电压的关系只有在一定范围内才可以被看成一个比例关系，过小的给定电压，

18、输出处于死区，而过大的给定电压又会使输出饱和，输出电压的值不再随给定电压的增加而增加。通常系统工作在死区和饱和区中间的线性区内。由于实验中给定电压的范围没有选好，导致给定电压较小时的死区特性没有明显的表示出来。此外实验区线中的线性区也远不如期望曲线那样直。 实际上触发角控制电压的关系如下整流输出的瞬时电压和平均电压为其中为脉冲触发延迟角 整流输出的最大电压 为一个周期内的脉动个数结合影响触发角的原理，输出电压不仅由于器件存在饱和现象和不灵敏现象，同时受电感变化和谐波的影响，使得Ks即使在线性段也有较大的变化。在的关系中表现为两者的斜率，这个斜率应该随着的增加而先变大后变小，但在为1V时出现了一

19、些反复，这应该是由于测量过程中的误差带来的，是由于在记录这一点数据时没有将电枢电流调回0.5A导致的。要得到模型中放大系数，可以用线性区中几组的平均值。线性区平均250.000151.163106.060153.2353230.088155.34095.238197.674132.075178.571113.821表3-6 的线性化(5) 直接测量得到的量平波电抗器直流电阻/平波电抗器电感/电枢电感/11.67758318测得平波电抗器的电阻后就可以得到电枢回路的总电阻 由直接测量得到的两个电感值和电枢回路总电阻就可以得到电机的电磁时间常数(6) 示波器采集到的转速-时间波形图 3-1 突加给

20、定后的电机电流响应由以上的波形图可以大致求出系统的机电时间常数求出阴影部分的面积为纵坐标一格代表 1.4A/4=0.35A机电时间常数为综上，典型话后系统各结构的系数为电动势系数电源放大倍数电磁时间常数机电时间常数失控时间（三相桥式）0.1431 153.23530.02240.15310.00167表3-7 模型参数的取值系统的动态结构框图为图3-2 V-M系统结构框图3-3系统模型仿真和误差分析 利用求取电动势系数的转速-给定表和，不同电枢电流对应的电源放大系数表可以对已经建立的模型进行检验，虽然求电源放大系数时没有加入励磁磁通，电机没有转速，但鉴于转速和转速带来的反电动势不影响电源环节的

21、输入输出，所以和的关系是可以使用的。 在已经建立的晶闸管-电动机系统模型中改变的值，可以得到/v/v/A/v/0.544835820.741117560.8331278911.1215910861.06316311371.4818712831.458223156022221530模型仿真结果实验结果表3-8 模型静特性与测得的特性对比图3-3 模型响应和实验结果的对比比较可知，由参数测定得到的模型在转速和电源电压上偏小，由下面通过仿真探讨模型误差可能的来源。晶闸管整流器输出的电源电压较大时，也是电机转速较高的时候，对应的给定电压也较大，可以看到，实验数据和通过实验数据建立的模型仿真结果又较大的

22、差异，可能有以下一些原因带来了模型偏差 实验中励磁磁通可能改变了，导致测量转速时的励磁磁通和建立模型某一参量时的励磁磁通不相匹配，也就是说在这一模型中电动势系数是不合适的。实验中电枢电压测量存在偏差，由于电源电压的测量精度不够等原因，会影响到模型中电机的机械特性，从而改变给定电压和转速之间的关系。电源放大系数的非线性性带来模型的偏差，由之前的模型计算可以看出，电阻和电感的测量都是相对精确的，但是测量计算得到的电源放大系数却随给定电压的变化存在明显的非线性性，这会导致模型中的电源端电压和实验中的电源端电压不一致，从而影响电机的转速。下面对以上三种可能的原因进行讨论我们试着改变电动势系数,观察在同

23、样给定下电机转速的变化图3-4 改变励磁后的电机起动 可以看到随着电动势系数减小，也就是励磁磁通减小，电机稳定后的转速会有所上升，在0.833V的给定电压时，实验得到的转速是1086rpm，电压为159V，而理论仿真得到的转速和电压分别为867rpm，和178V，按照我们在电机拖动中德知识，弱磁后系统电压减小，在一定范围内转速提高，并符合模型偏差量，结合，给定电压较大时（1.465V）时的情况，可以初步判断，有可能是励磁磁通变化带来模型误差。改变电枢电阻，观察转速的变化图3-5 改变电枢电阻后的电机起动（空载/负载）可以看到，在存在负载时，电枢电阻偏大会降低最后的转速，但是计算模型时的电阻只包

24、括电枢内阻，电抗阻值和电源内阻，实验时还存在起动电阻没有完全切除的可能，所以电阻测量的偏差不是模型误差的来源。改变模型中的电源放大系数，考虑到模型电源放大系数的非线性性， 图 3-6 改变电源放大系数对转速的影响仿真和实验时给定电压0.833V时的转速分别为867rpm和1086rpm，由上图可以看到Ks的偏大会使转速偏大，实际转速较模型仿真出的转速偏大，可能是模型电源放大系数偏小带来的，但这是不合理的，因为在计算平均放大系数时所用线性段放大系数都是偏大的，很难想象模型的放大系数还会出现偏小的情况。综上所述，模型的偏差是由于得到参数的实验和得到转速的实验励磁磁通不同带来，这是可以接受的，因为实

25、际中励磁磁通本来就会不断改变。第四章 工程设计方法设计和整定转速，电流反馈调速系统4-1 设计整定的思路双闭环调速系统是一个典型的串级系统，其整定方法和其他串级系统类似，有三种整定方法，一步整定法，两步整定法和逐步逼近法，本次课程设计用的是两步整定法，先整定电流内环，后整定转速外环。电流内环的要求主要是快速跟随，转速外环的主要要求是抗扰动，消除转速静差，由此确定内环简化为典型型系统，外环为典型型。实际系统和理论系统不同，实际系统必须有滤波环节以减少高频干扰信号，在这个双闭环调速系统中还必须有电流滤波，转速滤波和给定滤波三个环节，同时为了保证综合点处参与运算的量相位相同，同样的滤波（一阶惯性）环

26、节加在反馈回路是有必要的。4-2 电流调节器的整定和电流内环的校正，简化已经计算得到的系统模型参数如下电动势系数电源放大倍数/s电磁时间常数/s机电时间常数/s失控时间（三相桥式）/s电枢回路总电阻/0.1431 153.23530.02240.15310.0016748表4-1 模型参数要求的性能指标和已知条件如下性能指标静态静差率5%调速范围3动态输入超调量5%扰动超调量10%已知条件限幅值最大速度给定5V最大电流给定5V电流反馈强度5V/1.4A速度反馈强度5V/1450rpm滤波环节调节起输入电阻 调节器滤波电容表4-2 性能指标由 所以电流内环简化为电流调节器的传递函数为检查电源电压

27、的抗扰能力查看抗扰能力表可知，可以满足题目的要求电流调节器超前时间常数要求起动超调量小于5%，查表，取(为电流环开环增益）所以电流调节器的开环增益为得到电流调节器的传递函数为电流内环的闭环传递函数时间常数又有查表可知电流内环等效的典型型系统超调量 满足系统要求而对于电流调节器有所以 图4-1 电流内环的起动波形4-3转速调节器的整定和转速环的校正，简化电流环等效时间常数根据测速发电机的纹波情况，可以取确定转速环的小时间常数转速调节器的传递函数为要求的跟随和抗扰动性能较好，选取系统开环传函的中频带宽，则ASR的超前时间常数为同时求出转速环开环增益为得到转速调节器的传递函数为对于转速调节器有所以由

28、中频带宽h=5查表得到转速超调量为37.6%，但实际上由于转速调节器在起动时出现饱和，其超调量远远达不到37.6%图 4-2 转速环的起动波形图转速超调量得到计算出的转速电流调节器参数ACR ASR 而在双闭环调速系统中两个调节器都是PI调节器，电路图可以参考图2-34-4系统的实际运行整定计算得到理论的参数后，进行simulink仿真发现转速和电流的超调量都满足系统性能要求，进入实验室，对系统进行整定。 +-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd+-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE图 4-3 双闭环调速系统步骤整定对象和目

29、的具体方法注意事项1设定ACR的输出限幅值将手动的负给定直接施加给构成ACR的运放反向端。计算ACR的限幅值，等于最大控制电压除以它对应的电源放大系数调节运放反向端和输出端所连的电阻，直到运放输出端输出电压恰好为预设的限幅值。.这个环节是单元测试，除了ACR以外的环节都不接入给定.ACR的给定值多大不重要，但必须是负给定，这样在正式运行时的限幅值才会正确。2设定ASR的输出限幅值方法和步骤1相同，只是限幅值不同，是5V。.对ASR施加的给定必须是正给定。3调节好电流反馈系数计算电流内环的反馈系数将手动给定接入ACR的反向输入端，ACR输出端接晶闸管电源，电机不施加励磁。手动给定一个电压，等于最

30、大给定的一半，待内环稳定后测量电枢电流，调节三相互感传感器的阻值使电枢电流为堵转电流的一半即可.接入ACR的手动输入须为负给定。.调节反馈系数所用的给定电压只是最大给定电压的一半，这样防止了过大的电流冲击系统，它的依据是传感器的输入输出关系一定是基本线性的。4系统投入运行并调整转速反馈系数通过改变阻值和容值将ASR和ACR的增益和时间常数设置好，先用预先计算出的参数，系统投运后再修改。将双闭环系统的各个环节按图连接好，加入励磁磁通和负载，反馈线也接好。将给定电压调到最大的5V，施加给定，用示波器观察电枢电流的波形是否稳定，若不稳定则减小ASR给定端输入电阻或增大给定-输出电容值，直到波形稳定，

31、并记录此时的ASR电阻电容值。通过调节负载使电枢电流稳定在大约1.05A，也就是额定工作点，然后调节速度反馈阻值，直到转速稳定在1450rpm处完成。.连接系统时，要注意无论是电流环还是转速环都要构成负反馈，也就是反馈，输入给定要反号，电流环给定为-，反馈为+即可；转速环给定为+，则转速反馈须与ASR端反接才能构成负反馈。.系统须要稳定运行，也就转速不出现持续的等幅振荡，否则整个系统的参数都会不断振荡。.系统要保证稳态精度，也就是两个PI调节器的增益不能太小5.整定系统的转速和电流暂态响应系统投入运行后在线调整ASR的比例和积分参数，振荡剧烈时要减小ASR输入端电阻，减小增益，超调量大时则要增

32、大电阻，增大电容也有同样的效果，最后要将转速超调量控制在10%内，且保证空载到额定负载系统都能稳定。ACR的调整方式基本相同，主要通过调节电容值使电流的波形呈现矩形状，达到准时间最优控制的目的，电流超调量要控制在5%以内.先整定转速再整定电流。.电机整定后的ASR，ACR参数和理论计算的参数存在相当大的差异，一方面是由于实验电机的特性，如电枢电阻大，电源放大系数的非线性性，另一方面也是由于建模时的简化有不少如小时间常数，线性化，忽略反电动势影响等是不适合于实验中电机的。5测定两条系统的静特性曲线将整定后的参数调整好并记录下来。调节电机的给定分别到5V，改变负载电机串入的电阻值，记录电机的电流和

33、转速。改变电机给定电压到1.67V，将以上步骤重复。静特性数据和曲线见.测定过程中的操作和静特性曲线的定义紧密相关，给定电压，电枢电阻和励磁磁通均不能改变，利用负载电机特性与电机特性的稳定工作点来确定一组静特性。6得到系统的电流，转速起动波形将给定调到最大，突加给定，在示波器上显示转速（)和电枢电流（)的起动波形，得到调整后系统的暂态和稳态参数。转速电流起动波形见.继续调整ASR，ACR的电容得到较光滑的曲线。表4-3 系统的整定测定的静特性数据为/V/A/rpm4.9850.514580.614610.714600.814590.914551.014541.6750.24560.34560.

34、44540.54550.64540.7453表4-4 系统的静特性原始数据图4-3 系统的静特性曲线系统动态起动波形如下转速电流图4-4 双闭环系统的电流转速起动波形调整后的系统的ASR，ACR参数为ASRACR/23.710.852.512.74-5 关于ASR和ACR调节器的进一步探讨图4-5 双闭环调速系统的simulink仿真和起动波形图用计算出来的参数调节测定出的V-M模型，转速，电流超调量都满足要求。ASRACR/计算值3270.2665.34.2最终整定值23.710.852.512.7 通过4-2和4-3中计算得到的ASR和ACR参数和最终整定出的参数有较大的区别，这个区别有可

35、能是计算中的等效和简化造成的，当然实际调试过程中也存在很多偶然性，所以这里只探讨参数数量级上的差别，不探讨具体差多少。为了简化设计工作，我们在计算电流内环传递函数时忽略了反电动势的影响，但是反电动势和转速成正比，双闭环环系统起动过程中反电动势的变化会引起起动电流的波动，并且会给电流带来静差。忽略转速对电流的影响会减少电流波动，影响ACR和ASR的比例，时间常数。忽略反电动势对电流环影响的条件是实验中用到的是小电机，机电时间常数偏小，又由于电枢电流偏小（)，所用的电感值小，电枢电阻大，所以电磁时间常数也较小，所以忽略反电动势的条件可能使不稳定的，会带来较大的误差。小惯性环节的近似，在得到电流内环

36、的简化中小惯性环节近似的条件是由于实际系统阶数比简化系统高，所以简化系统的伯德图截止频率较低，这个条件不一定满足。高阶系统低阶化成为一阶惯性环节，加快了电流的跟随作用，这样设计出来的系统超调量会减小，实际运行会出现更大的超调。计算ASR和ACR参数所用的方法主要是针对大电机的，大电机的电感大，电枢电阻小（以下），电磁时间常数大，机电时间常数也大，而实验中用到的是小电机，电枢电阻大（），而且电枢电流也小，所以计算出的参数只能作为参考。第五章 设计分析和心得总结5-1实验中出现的问题模型参数测定实验和工程方法整定过程中出现的问题都已经在表3-1和表4-1中列出了。投入运行后实验中出现了一系列问题，

37、如转速反馈线接反。转速反馈环必须构成负反馈，一旦环内没有一个环节取反，系统就会失去对转速的控制作用，转速很快会上升到2200rpm左右。转速调节器的电容过大。在整定调节器的参数时，为了将系统的波动消除，超调减少，会出现矫枉过正，转速调节器电容过大，积分作用变弱，系统消除静差的能力小时间，最大给定电压时调不到额定转速上。调节器调整不当，引起输出电流和转速波形出现大量纹波，主要是要把握ASR和ACR阻值，容值的大概范围，在这个范围内调整。在给定电压太小时，空载或者负载过轻时出现了电流断续的现象，转速也随之大幅波动。系统的调速范围为3，也就给定电压对应的额定转速不能低于483rpm。同样是空载，加入

38、负载电机，切除负载电阻和直接切除负载电机对系统静特性的影响，即使扣除负载电机存在空载转矩，仍然不同，这可能是负载电机等效成拖动端的模型是一个阻抗模型而不是一个简单的电阻的缘故。 5-2实验心得体会这次实验是一次按部就班的课程设计，但是让我们对平常没有注意到的已知参数有了更多地了解，和更深刻的认识。首先是传递函数模型，以往传递函数模型都是题设中已知的，这次是第一次让我们自己来测量分析双闭环系统各个部分的模型，让我认识到，模型就是对环节主要参数的突出和对次要参数或者复杂参数的忽略，例如电机的模型，我们只抓住了电机的惯性特性（电机的起动需要时间，起动过程电流和转速都有一个变化过程）和电磁特性（电机在

39、电路中就等效为一个实际电感）。对于晶闸管整流电源，我们就抓住了整流类型对输出的影响（平均失控时间）和电源输出电压与控制电压的关系（电源放大系数）。同时，自己建立和化简传递函数模型的过程也使自己加深了对传递函数作用的理解，传递函数的存在可以大致描述但输入单输出的系统，对于可能存在的耦合，传递函数模型无法准确地描述，这也是为什么电流环的简化模型忽略了反电动势。传递函数模型的简化大大降低了描述的精度，特别是对于不合适的简化，例如本次实验中所用的电机，一定程度上不符合所有的简化过程，造成了较大的偏差。然后是工程方法整定调节器，我们第一次对限幅有了体会，实际系统中的积分器一定有饱和，为了防止饱和，有必要

40、人为设置限幅，限幅值的大小取决于输出端的两个正负钳位电阻，与输入无关。然后是电流反馈和转速反馈，都是以前运动控制实验中涉及到的，值得记住的是调节电流反馈系数时所用的方法，利用传感器输入输出的线性性，用一半的输入去调一半的输出，防止电路长时间过流。最后是参数整定，计算得到的调节器参数只能作为参考，实际整定的结果和计算有相当大的差距，这是简化过程和计算偏差带来的，测定静特性方程和动态起动波形图的方法都是以往涉及的的，这次只是再温习罢了。作为本科生涯的最后一次课程实验，我觉得自己还是缺乏准备的，导致实验完成得比较凌乱，对于实验平台也没有去查找资料，做一些理解，以后无论是学习还是工作中遇事还是要多做准

41、备，实验能力相比前两次在同一实验平台的经历还是有所提高的，至少自己试着去寻找问题了，但是由于没有理清实验的思路，只是搬套老师的步骤，这就显得意义不大了，真正的实验应该是自己需要实验验证自己的想法，实验前就要罗列实验中要验证或者寻找的说法。自己要理解老师的实验要求，变成自己在做实验。关于实验报告的完成，这次实验报告相比自己以前的，无论是在排版还是在思路上都有提高，排版上保持实验过程，分析过程，计算推导过程结构化，特别是实验过程，用表格的形式，可以给需要完成实验的人一目了然的说明。在实验报告的思路上，大致顺序是按实验的时间顺序完成的，不过同样实验部分的实验前分析，实验过程和实验结论是写在一起的，便于查阅。然而，实验报告的概括性仍然不够，以后提高的方向是用更少的话写更多地步骤过程和分析想法。在这里还是感谢一下肖勇老师，感谢他在百忙之中为我们悉心指导。第六章 实验原始数据5-1建模测定数据5-2 系统调试实验数据