广场智能化工程与系统集成的设计毕业论文.doc

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1、安徽建筑工业学院 毕 业 设 计(论 文)系 别 电子与信息工程学院 专 业 电子信息工程 班 级 08建筑电气与智能化（1）班 学生姓名 学 号 0 设计课题 某金融广场智能化工程与系统集成的设计与研究 总体方案设计与集成指导教师 2012年6月10日摘要转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直流调速系统。根据晶闸管的特性，通过调节控制角大小来调节电压。基于设计题目，直流电动机调速控制器选用了转速、电流双闭环调速控制电路。在设计中调速系统的主电路采用了三相全控桥整流电路来供电。本文首先确定整个设计的方案和框图。然后确定主电路的结构形式和各元部件的设计，同时对其参数的计算，包括

2、整流变压器、晶闸管、电抗器和保护电路的参数计算。接着驱动电路的设计包括触发电路和脉冲变压器的设计。最后，即本文的重点设计直流电动机调速控制器电路，本文采用转速、电流双闭环直流调速系统为对象来设计直流电动机调速控制器。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈，二者之间实行嵌套联接。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称做外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。先确定其结构形式和设计各元部件，并对其参数的计算，包括给定电压、转速调节器、电流调节器、检测电路、触发电路和稳压电路的参数计算然后最后采用MA

3、TLAB/SIMULINK对整个调速系统进行了仿真分析，最后画出了调速控制电路的电气原理图。关键词： 双闭环； 转速调节器；电流调节器abstract Speed and current double closed-loop D.C governor system is a D.C speed controlled system which has fairly good performance and the most extensive apply. Based on the characteristic of thyristor, it adjusts voltage by regula

4、ting the trigger angle “” of SCR. In paper, D.C motor speed controller is using of current and speed double closed-loop speed control circuit. The energy of power circuit is supplied of three-phase full-bridge controlled rectifier. Firstly, determines the entire design the plan and the diagram. Seco

5、ndly, make sure the structure of power circuit and the design of elements , and calculate the element parameter，including rectifier transformer, thyristor, reactor and protection circuit. Thirdly, actuates the electric circuit the design including to trigger the electric circuit and the pulse.Last,

6、The paper mainly focuses on the design of speed controller circuit. In order to realize the rotational speed and the electric current two kind of negative feedbacks, may establish two regulators in the system, adjusts the rotational speed and the electric current separately, namely introduces the ro

7、tational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately, between the two implements the nesting joint.Make sure the structure of the circuit and design the elements firstly, then, calculate the element parameter, including the settling voltage, speed regulator, current

8、 regulator, trigger circuit, detection circuit and Voltage-Stabilizing Circuit. Secondly , the paper simulate the speed control system with MATLAB/SIMULINK. At last draw the electric diagram of the speed control circuit.key words：two closed-loop; current regulator ; speed regulator 目录一、前言- 1 -1、智能建筑

9、概念及系统分类- 1 -2、智能建筑的兴起- 1 -3、智能建筑在国内的发展现状- 1 -4、展望- 2 -二、项目概况- 3 -三、设计原则- 4 -四、设计依据- 5 -五、结构化综合布线- 6 -5.1、系统概述- 7 -5.1.1系统总体设计- 7 -5.2系统功能需求分析- 7 -5.3系统详细设计- 8 -5.3.1设备间子系统- 8 -5.3.2管理间子系统- 9 -5.3.3垂直干线子系统- 10 -5.3.4水平子系统- 11 -5.3.5工作区子系统- 11 -六、安全防范系统- 12 -6.1系统概述- 12 -6.1.1系统总体设计- 12 -6.2系统功能需求分析-

10、13 -6.3系统详细设计- 14 -6.3.1 闭路电视监控系统- 14 -6.3.2 防盗报警系统- 15 -6.3.3 电子巡更系统- 16 -6.3.4 停车管理系统- 16 -七、总结- 17 -八、致谢- 18 -九、参考文献- 18 -一、前言1、直流调速系统的概述三十多年来，直流电机调速控制经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，

11、走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的角

12、度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 2、电力电子技术的发展艺水平的不断提高，电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展，是电力电 子技术的又一自上世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台 ，以此为基础开发的可控硅整流装置， 是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从 旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。进入70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，普通 晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论

13、研究 和制造工次飞跃，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET 等自关断全控型第二代电力电子器 件。而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件， 开始向大容易高频率、响 应快、低损耗方向发展。而进入90 年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智能化、 功率集成的方向发展， 以此为基础形成一条以电力电子技术理论研究，器件开发研制，应用 渗透性， 在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。进入90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说， 当我们将50Hz的标

14、准二频大幅的提高之后， 使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。3、MATLAB在直流电机调速系统中的应用 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于

15、算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。第1章 晶闸管直流调速系统开环特性1.1 直流调速系统的动态指标对于一个调速系统，电动机要不断地处于启动、制动、反转、调速以及突然加减负载的过渡过程，此时，必须研究相关电机运行的动态指标，如稳定性、快速性、动态误差等。这对于提高产品质量和劳动生产率，保证系统安全运行是很有意义的。动态指标代表了系

16、统发生过渡过程时的性能，动态指标分跟随指标和抗扰动指标。（1）跟随指标：系统对给定信号的动态响应性能，称为“跟随”性能，一般用最大超调量，超调时间ts和震荡次数N三个指标来衡量，图2.1是突加给定作用下的动态响应曲线。最大超调量反映了系统的动态精度，超调量越小，则说明系统的过渡过程进行得平稳。不同的调速系统对最大超调量的要求也不同。一般调速系统可允许10%35%；轧钢机中的初轧机要求小于10%，连轧机则要求小于2%5%，；而在张力控制的卷曲机系统（造纸机），则不允许有超调量。调整时间ts反映了系统的快速性。例如，连轧机ts为0.2s0.5s，造纸机为0.3s。振荡次数也反映了系统的稳定性。例如

17、，磨床等普通机床允许震荡3次，龙门刨与轧机则允许振荡1次，而造纸机不允许有振荡。图2.1突加给定作用下的动态响应曲线（2）抗扰指标：对扰动量作用时的动态响应性能，称为“抗扰”性能。一般用最大动态速降nmax，恢复时间tf和振荡次数N三个指标来衡量。用图2.2是突加负载时的动态响应曲线。最大动态速降反映了系统抗扰动能力和系统的稳定性。由于最大动态速降与扰动量的大小是有关的，因此必须同时注明扰动量的大小。恢复时间反映了系统的抗扰动能力和快速性。振荡次数N同样代表系统的稳定性与抗扰动能力图1.2突加负载时的动态响应曲线跟随指标与抗扰指标都表征系统过渡过程的性能，之所以要分别列出，时由于对同一个调速系

18、统，其跟随指标和抗扰动指标并不相同，不同的生产机械对这两类指标的要求也是不一样的。此外，当系统过渡过程结束后，稳态误差反映了系统的准确性。一般来说，总是希望最大超调和最大动态速降小一点，振荡次数少一些，调整时间及恢复时间短一点，稳态误差小一点，即希望能达到稳，快，准。事实上，这些指标要求，在同一系统中往往是相互矛盾的，因此需要具体对象所提出的要求，首先满足主要方面的性能指标要求，而适当降低其他方面的指标。3，直流调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系：在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速nN作为最高转速，若额定负载下的转速降落为nN，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应

19、该是最低速时的静差率，即于是，最低转速为：而调速范围为：将上面的代入上式中，得 （式2.1）式（2.1）表示变压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统， 值一定，由式（2.1）可见，如果对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。1.2 晶闸管电动机直流调速系统存在的问题图1.3 V-M系统的运行范围晶闸管整流器也有它的缺点。首先，由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。由半控整流电路构成的V-M系统只允许单象限运行（图1.3a），全控整

20、流电路可以实现有源逆变，允许电动机工作在反转制动状态，因而能获得二象限运行（图1.3b）。必须进行四象限运行时（图1.3c），只好采用正、反两组全控整流电路，所用变流设备要增加一倍。晶闸管的另一个问题是对过电压、过电流和过高的 与 都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏器件，因此必须有可靠的保护电路和符合要求的散热条件，而且在选择器件时还应留有适当的余量。现代的晶闸管应用技术已经成熟，只要器件质量过关，装置设计合理，保护电路齐备，晶闸管装置的运行是十分可靠的。最后，谐波与无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。当系统处于深调速状态，即在较低速运行时，

21、晶闸管的导通角很小，使得系统的功率因数很低，并产生较大的谐波电流，引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，这就是所谓的“电力公害”。在这种情况下，必须添置无功补偿和谐波滤波装置。1.3 晶闸管开环直流调速系统与开环机械特性图1.4晶闸管直流调速系统电气原理图图1.5闸管触发与整流装置动态结构图晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。在本系统中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压Uct，改变Ug的大小即可改变控制角，从而获得可调电压，以实现直流电动机的调速。系统原理如图1.4。1，系统的组成及调节

22、原理系统的组成图如2.5，调节改变移相角改变Udn改变2，触发脉冲的相位控制调节触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形，以及输出平均电压 Ud 的数值。如果把整流装置内阻移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理想空载瞬时值 ud0 和平均值 Ud0 来表示，瞬时电压平衡方程：（式2.2）式中E为电动机反电动势；id为整流电流瞬时值；L为主电路总电感；R主电路等效电阻；对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0 。用触发脉冲的相位角a 控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。Ud0与触发脉冲相位角

23、 a 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud0 = f (a) 可用下式表示：（式2.3）式中a为从自然换相点算起的触发脉冲控制角；Um为 a = 0 时的整流电压波形峰值；m为交流电源一周内的整流电压脉波数；对于三相全波整流电路，其中U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值，Um=，m=6，。当 0 a 0 ，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧； 当 p/2 a amax 时， Ud0 0 ，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。3，晶闸管-电动机系统的机械特性：当电流连续时，V-M系统的机械特性方

24、程式为n=(Ud0-IdR)= (Um-sincosa- IdR)（式2.4）式中Ce = KeFN 电机在额定磁通下的电动势系数。式（2.4） 等号右边 Ud0 表达式的适用范围如触发脉冲相位控制中所述。（1）电流连续情况：改变控制角a，得一组平行直线，这和G-M系统的特性很相似，如图2.6所示。图中电流较小的部分画成虚线，表明这时电流波形可能断续，公式（2.4）已经不适用了。上述分析说明：只要电流连续，晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。图1.6电流连续时V-M系统的机械特性（2）电流断续情况：当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方程要复杂得多。以三相半波整流电路构成的V-

25、M系统为例，电流断续时机械特性须用下列方程组表示：n=（式2.5）Id=cos()-cos(+)- n（式2.6）式中 =arctan；q 为一个电流脉波的导通角。（3）电流断续机械特性计算：当阻抗角j 值已知时，对于不同的控制角 a，可用数值解法求出一组电流断续时的机械特性。对于每一条特性，求解过程都计算到 q = 2p/3为止，因为q 角再大时，电流便连续了。对应于 q = 2p/3 的曲线是电流断续区与连续区的分界线。图1.7 完整的V-M系统的机械特性图 图1.8断续段特性的近似计算（4）V-M系统机械特性的特点：图2.7绘出了完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区。由图

26、可见：当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。机械特性的近似处理方法：在电流连续段：把特性曲线与纵轴的直线交点n0作为理想空载转速。在断续特性比较显著的情况下，可以改用另一段较陡的直线来逼近断续段特性。或直接用连续段特性的延长线来逼近断续段特性。一般可近似的只考虑连续段。n=（Udo-IdR）=n0-n（式2.7）其中：n为转速降，n越小，机械特性的硬度越大。n= IdR/Ce，n取决于电枢回路电阻R及所加的负载大小。图1.9断续段特性的近似计算第2章 晶闸管开环直流调速系统仿真2.1 系统的建模和参数设置p晶闸管开环直流调速系统的原理在本文第三

27、章已经介绍过了。本系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2.1是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。图2.1晶闸管开环直流调速系统仿真模型1，各模块的提取路径直流电源：SimulinkSimpowerSystemElectrical SourcesDC Voltage Source交流电源：SimulinkSimpowerSystemElectrical SourcesAC Voltage Source接地源：SimulinkSimpowerSystemElements Ground电压测量：SimulinkSimpowerSy

28、stemMeasuremants Voltage measurement通用整流桥：SimulinkSimpowerSystemPower Electronics Universal Bridge同步6脉冲发生器：SimulinkSimpowerSystemExtra library Synchronized 6 Pulse Generator直流电机：SimulinkSimpowerSystemMachines DC Machin常量输入：Simulinksourcesconstant阶跃信号模块：Simulinksourcesstep分路器：SimulinkCommonly Used Bl

29、ocksDemux示波器：SimulinkSinksscope由图2.1可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成，由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥式不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论。2，三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分别改为“A相”，“B相”、“C相”，然后从连接器模块组中分别选取“Ground”元件和“Bus Bar”，元件。为了得到三相对称交流电压源，双击A相交流电压源图标，打开电压源参数对话框

30、，在A相交流电源参数设置中，幅值取220V，初相位设置成0，频率为50Hz，其他未默认值，如图2.2所示。B、C相交流电源参数设置方法与A相基本相同，除了将初相位设置成互差120外，其他参数与A相相同。由此可得到三相对称交流电源。3，平波电抗器建模和参数设置。首先从元件模块组中选取“Series RLC Branch”模块，然后打开平波电抗器参数设置对话框，参数设置，平波电抗器电感式通过仿真实验比较后得到的优化参数。4，晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取“Universal Bridge”模块，然后双击模块图标，打开SCR整流桥参数设置对话框，参数设置如图6.4。当采用三

31、相整流桥时，桥臂数取3，A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子元件选择晶闸管。参数设置的原则如下，如果是针对某个具体的变流装置进行参数设置，对话框中的、应取该装置中晶闸管元件的实际值，如果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可以取默认值进行仿真。若仿真结果理想，就可认可这些设置的参数，若仿真结果不理想，则通过仿真实验，不断进行参数优化，最后确定其参数。这一参数设置原则对其他环节参数设置也适用的。图2.2 A相电源参数设置图2.3平波电抗器参数设置图2.4 SCR整流桥参数设置5，直流电动机的建模和参数设置。首先从电机系统模块组中选取“DC Machine”模块。直流电动机

32、的励磁绕组“F+F-”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源模块，并将电压参数设置为220V，电枢绕组“A+A-”经平波电抗器接晶闸管整流桥的输出，电动机经TL端口接转矩负载，直流电动机的输出参数有转速n、电枢电流Ia、励磁电流If、电磁转矩Te，通过示波器模块观察仿真输出图形。电动机参数设置步骤如下，双击直流电动机图标，打开直流电动机的参数设置对话框，直流电动机参数设置如图2.5所示。参数设置的原则与晶闸管整流桥相同。6，同步脉冲触发器的建模和参数设置。同步脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两个部分。6脉冲触发器可以从附加控制（Extra Control Blocks）

33、子模块获得。6脉冲触发器需用三相线电压同步，所以同步电源的任务是将三相交流电源的相电压转换成线电压，6脉冲触发器必须接有两个常量输入信号，一个为一项控制信号，即触发角。另一个为开关信号，当开关信号为“0”时，开放触发器，开关信号为“1”时，封锁触发器。6脉冲触发器的设置如图2.6所示。图2.5直流电动机参数设置图2.6 6脉冲触发器参数设置7，控制电路的建模和参数设置：电动机经TL端口接负载转矩信号。本系统中负载转矩1s前为50Nm，1s后为100Nm。触发角的输入为50之后改为30加以对比。晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可从输入源模块组中选取“constant”和“Step

34、”模块，然后双击该模块图标，打开参数设置对话框，将参数设置为50rad/s,或者用阶跃信号给定。实际调速时，给定信号是在一定范围内变化的。8，系统的仿真参数设置：在MATLAB的模型窗口打开“Simulation”菜单，单击该菜单下的“Configuration Parameters”，选项进行设置。仿真时间设为2s，仿真算法采用Ode23tb。其他为默认参数。Simulink仿真参数的设置如图2.7所示。2.2系统的仿真、仿真结果的输出及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，单击“Start Simulation”命令后，系统开始仿真，仿真介绍后可输出仿

35、真结果。单击“示波器”命令后，通过“示波器”模块观察仿真输出图形，图6.8为电机转速波形，图6.9为电枢电流波形，图6.10为电机转矩波形，6.11为改变触发角后的转速波形。图2.7 Simulink仿真参数设置图2.8晶闸管开环直流调速系统的转速波形图2.9晶闸管直流调速系统的电枢电流波形图2.10晶闸管开环直流调速系统的转矩波形图2.11改变触发角后的转速波形第3章 单闭环控制的直流调速系统简介3.1转速控制闭环调速系统的调速指标1调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示，即其中和一般都指电机额定负载时的转速。2静差率 当系统在某一转速下运行时，负

36、载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s，即静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定度越高。 调速范围和静差率两项指标并不是彼此孤立的必须同时提才有意义。脱离了对静差率的要求，任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。3调速范围、静差率和额定速降的关系以电动机的额定转速为最高转速，若带额定负载时的转速降落为，则该系统的静差率应该是最低速时的静差，即于是，而调速范围为将上面的式代入，得上式即为调速范围、静差和额定速降之间所应满足的关系。对于一个调

37、速系统，它的特性硬度或值是一定的，如果对静差率的要求越严，也就是s越小，系统能够允许的调速范围也越小。3.2闭环调速系统的组成及静特性转速反馈控制的闭环调速系统，其原理如图。图2 采用转速负反馈的闭环调速系统1忽略各种非线性因素，假定各环节输入输出都是线性的；2假定只工作在VM系统开环机械特性的连续段；3忽略直流电源和电位器的内阻。电压比较环节：放大器：晶闸管整流与触发装置：VM系统开环机械特性：测速发电机：放大器的电压放大系数；晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数；测速反馈系数，单位为Vmin/r;因此转速负反馈闭环调速系统的静特性方程式式中为闭环系统的开环放大系数，这里是以作为电动机环节的

38、放大系数的。静特性：闭环调速系统的电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系。根据各环节的稳态关系画出闭环系统的稳态结构图，如图3所示： 图3 转速负反馈闭环调速系统稳态结构图3.3反馈控制规律从上面分析可以看出，闭环系统的开环放大系数K值对系统的稳定性影响很大，K越大，静特性就越硬，稳态速降越小，在一定静差率要求下的调速范围越广。总之K越大，稳态性能就越好。然而，只要所设置的放大器仅仅是一个比例放大器，稳态速差只能减小，但不能消除，因为闭环系统的稳态速降为只有K=才能使，而这是不可能的。3.4主要部件3.4.1 比例放大器 运算放大器用作比例放大器（也称比例调节器、P调节器），如图4，为放大器

39、的输入和输出电压，为同相输入端的平衡电阻，用以降低放大器失调电流的影响 放大系数为 图4 P调节器原理图 图5 P调节器输出特性3.4.2 比例积分放大器在定性分析控制系统的性能时，通常将伯德图分成高、中、低三个频段，频段的界限是大致的。图6为一种典型伯德图的对数幅频特性。一般的调速系统要求以稳和准为主，对快速性要求不高，所以常用PI调节器。采用运算放大器的PI调节器如图7。 图6 典型控制系统的伯德图 图7 比例积分（PI）调节器PI调节器的传递函数为PI调节器比例放大部分的放大系统；PI调节器的积分时间常数。此传递函数也可以写成如下的形式式中PI调节器的超前时间常数。反映系统性能的伯德图特

40、征有以下四个方面：1.中频段以 -20dB/dec的斜率穿越零分贝线，而且这一斜率占有足够的频带宽度，则系统的稳定性好；2.截止频率越高，则系统的快速性越好；3.频段的斜率陡、增益高，表示系统的稳态精度好（即静差率小，调速范围宽）；4.频段衰减得越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声的能力越强。用来衡量最小相位系统稳定程度的指标是相角裕度和以分贝表示的幅值裕度Lg。稳定裕度能间接的反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大意味着振荡弱、超调小。在零初始状态和阶跃输入下，PI调节器输出电压的时间特性如图8： 图8 阶跃输入时PI调节器的输出特性 图9 PI校正装置在原始系统上 添加部分的对数

41、幅频特性 将P调节器换成PI调节器，在原始系统上新添加部分的传递函数为其对数幅频特性如图9所示。 由图8可以看出比例积分的物理意义。在突加输入电压时，输出电压突跳到，以保证一定的快速控制作用。但是小于稳态性能指标所要求的比例放大系数的，因为快速性被压低了，换来稳定性的保证。作为控制器，比例积分调节器兼顾了快速响应和消除静差两方面的要求；作为校正装置，它又能提高系统的稳定性。3.4.3额定励磁下直流电动机（主电路，假定电流连续）（额定励磁下的感应电动势）（牛顿动力学定律，忽略粘性摩擦）（额定励磁下的电磁转矩）式中 包括电机空载转矩在内的负载转矩，单位为Nm；电力拖动系统运动部分折算到电机轴上的飞

42、轮力矩，单位为；电动机额定励磁下的转矩电流比，单位为Nm/A；定义下列时间常数：电枢回路电磁时间常数，单位为s；电力拖动系统机电时间常数，单位为；得电压与电流间的传递函数电流与电动势间的传递函数为额定励磁下直流电动机的动态结构图如下：图10 额定励磁下直流电动机的动态结构图3.5稳定条件反馈控制闭环调速系统的特征方程为稳定条件为整理后得上式右边称作系统的临界放大系统，K值超出此值，系统就不稳定。根据上面的分析可知，可能出现系统的临界放大系数都比系统稳态时的比放大系数小，不能同时满足稳态性能指标，又保证稳定和稳定裕度。为此必须再设计合适的校正装置，以改造系统，才能达到要求。3.6稳态抗扰误差分析

43、1.比例控制时的稳态抗扰误差采用比例调节器的闭环控制有静差调速系统的动态结构图如图11。当时，只扰动输入量，这时的输出量即为负载扰动引起的转速偏差n，可将动态结构图改画的形式如图12。图11采用比例调节器的闭环有静差 图12 给定为0时采用比例调节器的调速系统结构图的一般情况 闭环有静差调速系统结构图负载扰动引起的稳态速差：这和静特性分析的结果是完全一致的。2.积分控制时的稳态抗扰误差将图12比例调节器换成积分调节器如图13突加负载时，于是负载扰动引起的稳态速差为可见，积分控制的调速系统是无静差的。3.比例积分控制时的稳态抗扰误差用比例积分调节器控制的闭环调速系统的动态结构如图14。 图13

44、给定为0时采用积分调节器图 图14 给定为0时采用比例积分调节器的闭环调速系统结构图 的闭环调速系统工程结构图则稳态速差为因此，比例积分控制的系统也是无静差调速系统。4.稳态抗扰误差与系统结构的关系上述分析表明，就稳态抗扰性能来说，比例控制系统有静差，而积分控制和比例积分控制系统都没有静差。显然，只要调节器中有积分成份，系统就是无静差的。只要在控制系统的前向通道上在扰动作用点以前含有积分环节，则外扰动便不会引起稳态误差。第4章 单闭环直流调速系统的设计及仿真4.1参数设计及计算4.1.1参数给出1.电动机：额定数据为10kW,220V,52A,1460r/min,电枢电阻=0.5，飞轮力矩GD

45、2=10Nm2。 2.晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次电压=230V，触发整流环节的放大系数=40。3.VM系统主电路总电阻R=1.04.测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1W,110V,0.18A,1800r/min。5.生产机械要求调速范围D=10，静差率s5%.4.1.2 参数计算根据以上数据和稳态要求计算参数如下：1.为了满足D=10，s5%，额定负载时调速系统的稳态速降为2.根据，求出系统的开环放大系数式中 3.计算测速反馈环节的放大系数和参数 测速反馈系数包含测速发电机的电动势转速比和电位器的分压系数，即=根据测速发电机数据，试取，如测速发电机与主电动机直接联接，则在电动机最高转速成1460r/min下，反馈电压为相应的最大给定电压约需用18V。若直流稳压电源为20V，可以满足需要，因此所取的值是合适的