可逆直流调速系统的研究

1 绪论

1.1 运动控制系统概述

运动控制系统是以机械运动的驱动设备——电动机为被控对象，以电力电子功率变换装置为执行机构，以控制器为核心，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统，这类系统将电能转换为机械能，能在控制电动机的转矩、转速和转角的同时实现机械的运动控制。

回忆运动控制系统的发展历程，其中交流和直流两大电气传动技术同时存在于各个工业领域中，虽然再每个时期中，科学技术的不断发展使它们所处的地位、所起的作用都会有不同，但是它们始终是随着工业技术的发展，尤其是电力电子和微电子技术的发展，在不断的相互竞争和相互促进中不断地完善并发生着极大的变化。由于在历史上最早被发明出来，最早被利用的是直流电动机，因此在19世纪80年代以前，直流电气传动都是唯一的有效可用的电气传动方式。直到19世纪末，才出现了交流电动机且解决了三相制交流电的输送和分配中遇到的各种问题，并在此基础上制成了经济适用的鼠笼式异步电动机，这样，经过了一段时期的技术变革和进步，交流电气传动在工业中才逐步地得到应用，并广泛的推广开来。

随着生产世界电气和各项技术的发展，对电气传动在启制动、调速精度、正反转以及、静态特性、雕塑范围、动态响应等各方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用调速系统。由于直流电动机在调速性能和转矩控制性能中的效果要比交流电动机的好，所以从20世纪30年代起，世界就开始又大量的开始使用直流调速系统。它的发展过程是由最早的旋转变流机组控制发展为励磁放大器、放大机控制；再随着科学技术的进步，因为晶闸管的发明，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速开始广泛的得到应用；再到后来，开始用可控蒸馏和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使得系统的快速性、经济性、可靠性不断提高。调速性能的不断提高和优化，使直流调速系统的应用越来越广泛。

直流双闭环调速系统是工业生产过程中应用最广泛的电气传动装置之一。广泛的应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切割机床等很多领域的自动控制中。它在以计算机做为工具的仿真系统应用时不仅省钱，而且安全，周期短、见效快。

近年来，交流调速系统发展很快，然而直流调速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度来看，它又是交流调速系统的基础[1]，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。

现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备。在各种高精工业生产中，工作可靠、速度控制精度高，并且不受环境温度等条件的影响、具有参数自整定、故障报警、故障记忆等功能，给用户的使用、维护提供极大方便的调速系统成为了当今的热门。而计算机和直流双闭环调速系统的结合体，刚好具有以上特点。应而，将来相当长的一段时间内，它将具有不可替代的优势

1.2 直流调速控制系统发展概述

在运动控制系统中，应用最普遍、最广泛的就是自动调速系统。在实践和工程中，有许多的生产机械都要求要在一定的可调范围内进行速度的平滑调节，并且要求有优良的静、动态性能。

直流调速系统的主要优点式就在于静差率小，调速范围广、稳定性好以及具有良好的动态性能。在需要高性能系统的拖动技术领域中，有相当长时期都是使用的直流电力的拖动系统。按供电方式不停，它可分为交流拖动的直流发电机机组供电、水银整流器供电、晶闸管供电和脉宽调制电源（PWM）供电等类型。

目前我国直流调速控制的发展趋势主要有以下几个方面：

1）系统的单机容量的提高。

2）在电力电子期间提高生产水平，使变流器的结构变得更加简单、紧凑。

3）提高系统的控制单元的水平，使其具有控制、保护、监视、诊断及自复原等的功能

1.3 控制系统的计算机仿真

计算机具有强大的功能。在控制系统中的需要用到的计算机仿真技术就是基于计算机中的是一门涉及计算机技术、控制理论和数学的一门综合性新型学科，它的基础是建立的控制系统的数学模型，并以计算机为辅助工具，对系统进行仿真的实验研究的一种科学方法。数学模型是控制系统的基础，是以计算机为辅助工具，对系统进行一系列的仿真的实验研究的一种方法。系统仿真就是用数学模型代替实际系统进行的实验和研究，并且运用计算机仿真能够更加的方便和简洁有效，数学模型也更加廉价和灵活、可靠。因此，凡是要用各种模型来进行实验

仿真的，差不多都可以用计算机仿真来研究系统的工作特点。在试验中可以随意的变换仿真参数并选择最佳参数，最后设计出最合理的系统的方案。随着科学技术的逐渐的进步和计算机的仿真技术的发展，先建立数学模型再仿真，计算机仿真已经越来越受到科学研究的欢迎，并且也越来越多地取代了高消耗和拙的纯物理的仿真。它为控制系统的计算和研究以及分析、综合设计以及自动控制系统的计算机辅助教学提供了科学、经济、快速和更有用的手段。

目前，在计算机系统的富含真软件中最受欢迎的就是控制系统仿真软件是MATLAB及其Simulink工具箱。以控制系统的传递函数为基础，使用LATLAB 中的Simulink工具箱对其进行计算机仿真是使用MATLAB对控制系统进行计算机仿真的主要方法。在本次研究中，将会用到一种全新的SimPower System 工具箱进行调速系统的仿真。

2 有环流可逆直流调速系统的工作原理

2.1 系统主电路的工作原理

系统主电路原理图如图1所示。主电路由两组三相桥式晶闸管全控型整流器反并联组成，并共用同一路三相电源。为了限制环流的大小，在主电路中加入了四个环流电抗器，用于限制环流。运用了两个脉冲触发器各自保证正反组晶闸管的准确出发。并在控制回路中使用了双闭环反馈控制电路。电流反馈与转速反馈共同保证了回路的准确性和稳定性。根据正反向运行的需要，给定电压应有正负极性，由继电器KF和KR切换，KF接通时电机正转，KR接通时电机反转。速度测量元件为直流测速发电机TG，电流测量元件TA为霍尔电流变换器，转速反馈错误！未找到引用源。和电流反馈错误！未找到引用源。均有正负极性的变化。

图1 系统主电路原理图

2.2系统主回路分析

相对大功率的可逆直流调速系统，多采用晶闸管整流器——电动机（V-M）

调速系统，大大提高了系统的快速性。

系统主回路如图2所示。本次研究采用了两组晶闸管整流装置反并联的方法实现系统的可逆运行。运行模式为：

a、电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电。反组晶闸管不导通。

b、电动机反转时，由反组晶闸管装置VR供电。正组晶闸管不导通。

当两组装置的整流电压同时出现时，则会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流——环流，这便会加重晶闸管的负担，甚至导致晶闸管损坏。于是在两组晶闸管之间加上了4个环流电抗器（L1、L2、L3、L4）来抑制环流。平波电抗器Ld用于减少电动机电枢电流的脉动，减少电枢电流的断续区，改善电动机的机械特性。

图2 系统主回路原理图

2.3 系统控制回路分析

系统的控制回路框图如图3所示。控制回路采用了典型的转速电流双闭环系统，速度调节器ASR和电流调节器ACR均为反向输入式运算放大器组成的PI调节器，都设置了双向输出限幅，用来限制最大的动态电流和最小控制角αmin与最小逆变角βmin。因为电流反馈信号不仅要能反映电流的大小，也要反映电流的方向，因此电流反馈一般用直流电流互感器或者霍尔电流变换器，在电枢端取电流的信号。为了确保两组整流装置的工作状态相反，电流调节器的输出分成两

路，一路经正组桥触发器GTF 控制正组桥的工作，另一路经反向器AR 、反组桥触发器GTR 控制反组桥的工作。速度测量元件为直流测速发电机TG 。

图3 系统控制回路原理图

1）双环调节器电路：为了实现闭环控制，必须对被控量进行采样，然后与给定值进行比较，从而控制调节器的输出。

2）转速检测电路：与电动机同轴安装一台测速电发电机，从而引出与被调量成正比的负反馈电压Un ，与给定电压*n U 相比较后，得到转速偏差电压Un 输送给转速调节器，测速发电机输出电压不仅表示转速的大小，还包含了转速的方向测速电路如图4所示。

图4 转速检测电路

控制回路个部件说明： ASR ——速度调节器 ACR ——电流调节器

GTF 、GTR ——正反组整流装置 TG ——测速发电机 AR ——反号器

2.3.1电流调节器和转速调节器的作用 （1）电流调节器ACR 的作用

a ）启动时，在ASR 的饱和作用下，同感ACR 的调节，使电枢电流保持允许的最大值Idm ，加快过度过程，实现快速启动。

b ）通过设置ASR 的饱和限幅值，依靠ACR 的调节作用，可限制最大电枢电流Idm<=U*im/β。

c ）在电网波动时，通过ACR 的调节，使电网电压的波动几乎不对转速产生影响。

d ）在电动机过载甚至堵转时，一方面限制过大的电流，起到快速保护作用；另一方面，使转速迅速下降，实现了“挖土机”特性。

（2）速度调节器ASR 的作用

a ）起转速调节作用，使转速n 跟随给定电压Un*变化。稳态运行时，稳定转速，使转速保持在n=Un*/α的数值上，无静差。

b ）在负载变化而使转速出现偏差时，靠ASR 的调节作用来消除转速偏差，保持转速恒定。

c ）ASR 的输出限幅值决定了系统允许的最大电流，作用与ACR ，以获得较快的动态响应。

2.3.2双闭环调速系统各变量的稳态工作点和稳态参数计算

当系统的ASR 和ACR 两个调节器都不饱和且系统处于稳态时，各变量间的关系为

**0d d d U U U n α-=-= （1）

**0i i i dl U U U I β-=-= （2）

*0d e dl e n dl ct s s s

U C n I R C U I R

U K K K α++=== （3） 从上式可知，再稳态工作点上，转速n 由给定电压*n U 决定，而转速调节器的输出量*i U 由负载电流dl I 决定，控制电压ct U 由转速n 和d I 的大小决定。很明显比例积分调节器与比例调节器不同，它的输出与输入无关，而是由它后面所接的环节决定。

转速反馈系数

*

m a x

nm U n α= （4）

电流反馈系数

*

im dm

U I β=

（5）

其中，*nm U 和*im U 是最大转速给定电压及转速调节器的输出限幅电压。

2.4 系统控制方式

采用同步信号为锯齿波的出发电路时，移项控制特性时线性的，两组触发装置的控制特性如图5所示

图5 触发装置的移项控制特性

该系统基本关系是r α+f α=0180，把o α90≥后的控制角用o -180α来表示，并令其等于β。r α=f β，f α=r β，r α和f α分别为正组和反组晶闸管控制角，r β和f β分别为正组和反组晶闸管逆变角。当控制电压Uc 为0时，r α和f α都调整在o 90。为了防止晶闸管装置再逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现逆变颠覆现象，所以必须再控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角min β保护。同时，对α也实施min α保护，所以通常取min α=min β=30o 。这就是α=β控制。再此状态下，负载电流可以快速的从正向换到反向以及从反向换到正向，再任何时候都只有一组晶闸管在工作，另一组处在等在状态。这就避免了出现直流平均环流。

2.5 工作过程

系统在工作过程中分为停转、正转、反转，各状态下人情况如下表： 停转 Uc=0 090==r r βα 0==dr df U U

正转

Uc>0

090

0>df U

VF 整流 Uc'<0

090

Uc'>0

090dr U

VR 整流 Uc<0

090

0

VF 逆变

晶闸管VR 或VF 只要是整流或待整流其极性为正，只要是逆变或待逆变其极性相反。负载电流Id 流过正组时，其电流反馈电压Ui 为正，Id 流过反组时，Ui 为负。转速调节器ASR 和电流调节器ACR 均具有倒相作用，同时都设置双向输出限幅以及限制最小控制角min α和最小逆变角min β。

3 α=β控制的直流可逆调速系统的仿真模型和分析

3.1 MATLAB的介绍

（1）MATLAB产生的历史背景

20世纪70年代中期，Cleve Moler博士和他的同事在美国国家科学基金的赞助下开发了调用EISPACK和LINPACK的FORTRAN子程序库。EISPACK是关于特征值求解的FORTRAN程序库，LINPACK是和解线性方程相关的程序库。这两个程序库在当时就代表了矩阵运算的最高的水平。

到20世纪70年代后期，Cleve Moler教授在美国New Mexico大学任计算机系系主任，一天，他在给他的学生讲线性代数的课程时，想教学生如何使用LINPACK和EISPACK的程序库，但他突然发现学生在用FORTRAN子程序库编写接口程序时很费时间，于是他便自己动手，利用所有的业余时间编写了EISPACK 和LINPACK的接口程序。Cleve Moler教授于是就给这个接口的程序给取名为MATLAB，该名来源于矩阵（matrix）和实验室（laboratory）这两个英文单词的前三个字母。在以后的很多年里，MATLAB在很多所的大学里被作为教师教学的辅助软件使用，并作为面向群众的免费的软件而广为流传。

在当今的30多个数学类的科技应用的软件中，就和软件数学处理相关的原始的内核而言，可分为两大类。一类是关于数值的计算型软件，如 Gauss、Xmath 、MATLAB、等，这类软件的特点就是对数值计算比较专长，在处理大批的数据时效率会很高；另一类则是数学分析型软件，如Maple、Mathematica等，符号的计算时这类软件的专长，能给出任意精度解和解析解，其缺点则是在处理大量的数据时效率较低。因此MathWorks公司顺应了多功能需求的潮流，在其卓越的图示能力和数值计算的基础上，又率先在专业水平上开拓了它的文字处理、符号计算、实时控制能力和可视化建模，开发了适合于多学科、多部门要求的全新的一代科技应用软件MATLAB。经过多年的国际竞争，MATLAB 已经占据了数值型软件市场的主导地位。

时至今日，经过了Math Works公司的不断完善，MATLAB已经发展成为了适合于多种工作平台、多学科的功能强劲的大型软件。在国外，MATLAB已经经受了很多年的考验。在欧美等高校，MATLAB已经成为自动控制理论、线性代数、数字信号处理、数理统计、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研

究单位和工业部门，MATLAB被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。

（2）MATLAB功能简介及应用范围

MATLAB是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的简称。它除了拥有非常出色的数值计算能力外，还提供了非常专业的符号计算、文字处理、实时控制和可视化建模仿真等功能。

矩阵时MATLAB的基本数学单位，它的指令表达式与数学和工程中常用的形式都十分相似,所以用MATLAB来解算问题的话就要比用C或者FORTRAN等语言完成相同的事情要简捷得多。

当前流行的MATLAB 5.3/Simulink 3.0包括了数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)。其中工具包又可以分为功能性的工具包和学科性的工具包。功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。学科性工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它的数值计算能力在数学类科技应用软件中非常出色。MATLAB能够进行多种运算，例如：矩阵的运算、函数和数据的绘制、算法的实现、用户界面的创建、与其他编程语言的程序的连接等，这些都主要应用于工程的计算、信号的检测、控制的设计、信号处理与通讯、图像的处理以及金融的建模设计与分析等领域。

矩阵作为MATLAB的基本数据单位，它的指令表达式与数学和工程当中经常使用的形式十分相似，所以如果用MATLAB来解算问题的话就要比用C或者FORTRAN等语言完成相同的事情要简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple 等软件的优点,这样就使MATLAB成为一个非常强大的数学软件。在新的MATLAB 版本中，工程师也加入了对JAVA，C，C++，FORTRAN的支持，用户可以直接调用,同时也可以将自己编写的程序导入到MATLAB函数库当中，自己以后调用时就显得非常方便，此外还有许多的MATLAB爱好者也编写了一些经典的程序，这些程序都是正确的。用户直接进行下载就可以使用。

MATLAB有着强大的功能，可以用它来进行多种复杂的工作，具体如下：数值和符号计算、控制系统的设计与仿真、数值分析、数字图像处理技术、工程与科学绘图、数字信号处理技术、财务与金融工程、通讯系统设计与仿真等。

MATLAB 的应用范围非常广，包括控制系统设计、信号和图像处理、通讯系统设计、财务建模和分析、测试和测量以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用 MATLAB 函数集）扩展了 MATLAB 环境，可以解决在这些应用领域内的特定类型的一些问题。

（3）MATLAB的语言特点

MATLAB被称为第四代计算机语言，他拥有及其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB的最的的特点就是简洁。MATLAB用更符合人们思维习惯、更直观的的代码，代替了C和FORTRAN语言的相对冗长的代码。下面就简单介绍一下MATLAB的主要特点。

①使用比较方便灵活、语言比较简洁紧凑、库函数极其丰富。MATLAB程序的书写形式比较自由，编程人员利用其丰富的库函数非常巧妙地避开了繁杂子程序编程任务，这样就压缩了一切多余的编程工作。由于库函数都由这个领域的专家编写的，用户大可不必担心函数的正确性和可靠性。

②运算符极其丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，并且提供了和C语言几乎一样多的运算符。如果能灵活的使用MATLAB的运算符的话，程序将变得非常简短。

③MATLAB既具有结构化的控制语句（如、while循环、和if语句、for循环、break语句），又具有面向对象编程的特性。

④语法限制放面不严格，程序设计自由度比较大。例如，在MATLAB里面，用户根本无需对矩阵进行预定义就可轻松使用。

⑤程序的可移植性很好，基本上不用做任何修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上进行运行。

⑥MATLAB自带的图形功能非常的强大。在C语言和FORTRAN里，绘图始终是个不简单的问题，但在MATLAB里面，运用图形功能，数据的可视化则变得非常的简单。

⑦MATLAB的缺点是，与其他的高级程序相比的时候，MATLAB的程序执行速度明显要显得比较慢。这是因为MATLAB的程序不用编译等预处理步骤，也不生成可执行文件，程序为解释执行，这样程序的速度就自然变得相对慢很多。

⑧拥有功能强劲的工具箱是MATLAB的又一个重大特色。MATLAB内包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又可分为两类：学科性工具箱和功能性工具箱。学科性工具箱是专业性比较强的，如control、signal processing toolbox toolbox、、communication toolbox等。

⑨源程序的开放性。开放性是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，MATLAB的所有核心文件和工具箱文件都是既可以读又可以改的源文件，用户可以直接通过对源文件的修改和加入自己的文件来以此来构成新的工具箱。（4）Simulink简介

Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行仿真和分析和建模的MATLAB软件包。支持离散、连续以及两者混合的线性以及非

线性系统。Simulink提供了丰富的仿真模块。它的主要功能就是实现对动态系统的建模、仿真与分析，并可以预先对系统进行各种仿真分析，按仿真的最佳效果来调试和整定控制系统的参数。Simulink仿真与分析的主要步骤依次为:从模块库中选择所需要的基本功能模块，建立结构图模型，设置仿真参数，进行动态仿真并观看输出结果，针对输出结果进行分析和比较。

Simulink模块库为用户提供了丰富的描述系统特性的典型环节，接收模块库（Sinks），有信号源模块库(Source) , 离散系统模块库（Discrete），连续系统模块库（Continuous），，非连续系统模块库（Signal Routing），数学运算模块库（Math Operations），信号属性模块库（Signal Attributes），逻辑和位操作库（Logic and Bit Operations）等等，此外还有一些特定学科仿真的工具箱。

Simulink为用户提供了一个图形化的用户界面（GUI）。对于用方框图表示的系统，可以通过图形编辑界面，利用鼠标的单击和拖拉的方式，这样建立系统模型就变会得非常简单，它与传统仿真软件包相比，具有更方便、更直观、更灵活的优点。不但实现了可视化的动态仿真，也实现了与其他语言甚至和硬件之间在数据上的传递，大大扩展了它的功能。

3.2建立仿真模型

3.2.1 电力系统（Power System）工具箱

电力系统的工具箱以Simulink为运行的环境，涵盖了电工的学科中所有的常用的基本元件库。它由电源、基本的原件、电力电子、电机、连接件、测量等6个模块组成，根据自己的需要可以组合和封装出常用的更为复杂的实用模块，添加到有关模块库中。

本实验采用MATLAB7.0.1版本中模块库，其控制的子模块库中有6脉冲的触发器、三相子模块的库中有晶闸管的三相全控桥模块、电机的子模块库中有直流电机的模块，如图6所示。

图6 六脉冲触发器、三相晶闸管整流桥、直流电动机

3.2.2 系统的主要模块介绍

组成α=β配合控制的直流可你调速系统的主要的子模块有：三相交流电源，直流电源，直流电动机，正、反并联晶闸管三相整流桥，六脉冲触发器，速度调节器（ASR ），电流调节器（ACR ）倒相器，移相控制器，PI 调节器，常数模块。各模块如图7所示：

图7 交流电源模块、反相器模块、常数模块、六脉冲触发器模块、直流电动机模块、 正

反并联晶闸管三相整流桥模块

其中，PI 调节器和移相控制器需要自己封装。 （1）PI 调节器的封装：

双闭环调速系统的转速和电流连个调节器都是带有饱和特性和输出限幅的PI 调节器，为了充分反映再饱和限幅影响下调速系统的工作情况，需要构建带有考虑了饱和输出限幅的PI 调节器。 PI 调节器的传递函数为

（6）

式中，KP 为比例系数；Ki 为积分系数；i P K K =τ。

模型中比例积分分为了两个通道，其中积分器的限幅表示为调节器的饱和的限幅值，而调节器的输出的限幅值则由饱和模块Saturation 来设定。当该调节器被用作转速器ASR 的时候，再启动中由于转速的偏差大，调节器的输出很快就达到了输出限幅值，再转速超调后应首先积分器退出饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。为了使系统模型更简洁，利用了Simulink 的打包功能，将调节器模型变为一个模块。如图7所示：

S

S K S K K s W p

i p pt ττ+=+=11

)

(

图8 带饱和输出限幅的PI 调节器组成及子模块

（2）移相控制器的封装：

触发器的控制角经过移相控制环节进行控制，其中移项控制环节的输入信号是Uc,输出信号是控制角，移相控制信号Uc 由常数模块设定。移项特性的数学表达式为：

（7）

移相控制器的模块如图9：

图9 移动控制器模块

在本模型中取0min 30=α ，V U cm 10+= , 所以)6(90U *-=α 。 3.2.3 直流可逆调速系统整体的建模

各个模块的封装做好以后，将个封装和个子模块根据系统的原理图组合在一起。同时再电动机的负载转矩输入端TL 接入阶越信号（STEP ）模块，用于设置负载转加载的时刻，和用于限制负载转矩的最大值。整体建模附录所示。

3.3 系统仿真的主要参数设置

仿真中所选择的算法为ode23t ；仿真Start time 设为0，Stop time 设为12，其他与上述系统相同。

控制电路的有关参数设置如下：

电流反馈系数设为0.1；速度反馈系数设为1。 电源：交流220V 50HZ ，直流220V ；

电机参数：电枢电阻Ra=0.6Ω；电枢电感为La=0.012H ；转动惯量

c

c U U ααmin

min 0

09090--

=

J=1.29kg.m ；励磁电阻Rf=240Ω；励磁电感Lf=120H 励磁与电枢绕组互感Laf=1.8H ；

电抗器Lc1~Lc4为0.002H ，Ld 的值为0.035H 。 其他没说明的为系统默认参数。

其中电流和速度调节器的具体参数设置为： （1）电流调节器的参数设置 确定时间常数

(1) 整流装置滞后时间常数s T

三相桥式电路的平均失控时间s s 017.0=T (2) 电流滤波时间常数oi T

三相桥式电路每个波头的时间是 3.33ms ，为了基本滤平波头，应该有

ms oi 33.3)2~1(=T ,因此取s oi 002.0=T 。

(3)电流环的小时间的常数按小时间常数处理，取

00370.ΤΤΤoi s i =+=∑ 电流调节器的结构选择：

电流调节器选用的是比例积分调节器（PI ），其传递函数为：

（8）

电流调节器的参数的选择：

电流调节器超前时间常数s i 03.01=T =τ； 电流的开环增益：取5.01=T K ∑i ,因此：

则电流调节器(ACR)的比例系数为： 013.5==βτs i I i K R K K 2、速度调节器参数的设置 时间常数的确定： (1) 电流环等效时间常数为：

(2) 转速滤波的时间常数on T 根据所用的测速发电机的纹波情况， 取s on 01.0=T ；

(3) 转速环的小时间常数为n ∑T 。按小时间常数的近似处理，取

s

τ)

s (τK (S)W i i i ACR 1+=

11.1355.0-∑=T =s K i I s .ΤΚΤon Σn 0174011

=+=s Κi 0074.021

1

=T =∑

转速环的设计：

由于设计的要求为转速得无静差，而转速调节器则必须要求含有积分环节；又根据系统的动态设计的要求，应按典型的 II 型系统来设计转速环。因此转速调节器则选择用比例积分调节器(PI)，它的传递函数为

（9）

转速调节器参数的选择为5h =

按照它跟随和抗扰的性能都较好的原则,系统转速调节器的超前时间常数为 s h n n 0087.00174.05=?=T =∑τ

转速的开环增益是

因此系统的转速调节器(ASR)的比例系数为：

3.4 模块属性设置

图 11 直流电动机属性设置

s

s K S W n n

n ASR ττ)1()(+=2

224.39621

-∑=T +=K s h h n

n 71121.h ααR Τ)ββ(h ΚΣn

m

e n =+=

图12 转速调节器ASR属性设置

图13 电流调节器ACR属性设置

4 仿真波形及其分析

4.1 仿真波形

图14 整流电压波形图

图15 正转过程转速曲线

图16 正转过程电流曲线

图17 反转过程转速曲线

图18 反转过程电流曲线