（a）正常信号能量图（b）故障信号能量图图5正常与故障时的各频段能量频谱图各频段具体能量值如表2所示。表2重构后振动信号正常与故障状态的能量特征值重构后各频段信号占总能量的百分比如表3所示。表3重构后各频段信号占总能量的百分比通过对比表2和表3可以看出，当采煤机减速器发生故障时，信号在750~1125Hz、1125~1500Hz、2250~2625Hz这些频段内能量所占比例明显升高，其他频带子能量所占比例相对降低。通过小波包能量谱分析，不但可以判断出采煤机减速器是否发生故障，而且能够判断出发生故障的具体频段。4结语基于小波包分解与重构的能量分析法，不仅在时域和频域范围内具有局部化的分析功能，能够从复杂的振动信号中分离出故障特征，而且信号能量完整无损。实例表明，该小波包能量分析法应用于采煤机减速器故障诊断中，不但具有很高的实用性，而且对设备的运行管理和检修具有重大的意义。但目前的研究仍处于理论计算与实验仿真阶段，应运于实际工程中还需要进一步研究。参考文献：［1］刘琦.基于小波分析的轴承故障诊断研究［J］.煤，2013，22（7）：12-14.［2］田桂芹，王忠祥.煤矿机械故障监测诊断方法的研究［J］.煤炭技术，2012，31（10）：12-13.［3］谢国民.基于时频联合小波法的采煤机关键部件故障诊断研究［D］.阜新：辽宁工程技术大学，2012.［4］王江萍，孙文莉.基于小波包能量谱齿轮振动信号的分析与故障诊断［J］.机械传动，2011，35（1）：55-58.作者简介：弓晓凤（1989-），女，陕西榆林人，硕士在读，研究方向：控制工程领域，电子信箱：857095749@qq.com.责任编辑：郑万才收稿日期：2014－02－100引言直流电动机具有灵巧、启动、制动性能好、调速重构信号S30S31S32S33正常41.063634.002010.206526.6046故障35.610430.991818.840428.7743重构信号S34S35S36S37正常7.470412.72205.433511.3762故障7.464312.321913.469414.6876直流电动机PID调速系统仿真研究*张业伟（枣庄学院机电工程学院，山东枣庄277000）摘要：分析了直流电动机的数学模型，建立其一阶滞后特性的传递函数。运用Z-N参数整定方法确定比例、微分和积分参数，并在Matlab/Simulink中搭建其PID调速系统的仿真模型。通过具体实例，对时域性能指标如调节时间、稳态误差、超调量等及响应曲线进行了对比分析。同时给出了电机在不同控制器调节下的仿真结果，验证了其可行性和有效性。关键词：直流电动机；传递函数；PID调速；参数整定；仿真研究中图分类号：TM33文献标志码：A文章编号：1008－8725（2014）07－0199－03SimulationResearchonPIDRecoveringSystemforDCMotorZHANGYe-wei（CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，ZaozhuangUniversity,Zaozhuang277000,China)Abstract:ThemathematicalmodeloftheDCmotorwasanalyzed,itsfirstorderlagtransferfunctionwasestablished.Determiningproportion,derivative,integralparametersusingZiegler-Nicholsparameterstuningmethod,simulationmodelofPIDrecoveringsystemwasbuildedinMatlab/Simulink.Anexampleisgiventocontrastanalyseswithperformanceindexintimedomainsuchasregulatingtime,steady-stateerror,overshootandresponsecurve.Thesimulationresultsindifferentcontrollerhaveshownthefeasibilityandvalidityofthismethod.Keywords:DCmotor;transferfunction;PIDrecovering;parameterstuning;simulationresearch!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!*山东省自然科学基金（ZR2011EL016）；山东省安全生产科技发展计划（NO.LAJK2013-183）煤炭技术CoalTechnologyVol.33No.07Jul.2014第33卷第07期2014年07月doi:10.13301/j.cnki.ct.2014.07.074重构信号S30S31S32S33正常信号能量所占%0.55530.62090.18640.4858故障信号能量所占%0.41600.56590.34400.5254重构信号S34S35S36S37正常信号能量所占%0.13640.23230.09920.2077故障信号能量所占%0.13630.22500.24600.26824002000P230P131100500P23101000200030000100020003000010002000300001000200030000100020003000010002000300001000200030000100020003000010002000300001000200030000100020003000010002000300001000200030000100020003000010002000300001000200030004002000P13010050050P232500P133500P233420P132210P234210P1341050P1351050P1370.20.10P1360.20.10P2361050P2351050P237199中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

范围广、便于控制等机械特性，广泛应用于数控机床、伺服控制等领域。随着直流电动机应用的推广，要求其系统模型的建立更加准确，控制系统的设计更加合理，以待提高成本和质量的双收益。1直流电动机的传递函数文献中详细介绍了直流电动机的传递函数，可表示为G（S）=N（S）Ua（S）=12πKe（JaRaKeKcS+1）=KTS+1（1）式中Ja———电机转子的转动惯量；Ra———电机的电阻；K———开环增益；Ke———电动势常数；Kc———电磁转矩常数。考虑到现实被控对象都存在纯滞后特性，这里引入纯滞后环节，直流电动机传递函数G（S）=Ke-τsTS+1（2）式中τ———纯滞后时间常数；T———惯性时间常数。2PID控制的基本原理及参数整定方法在各种工业控制策略中，PID控制因其算法简单、鲁棒性强及可靠性高，仍占主导地位，并没有被层出的先进控制算法淘汰。模拟PID系统原理框图如图1所示。图1模拟PID系统原理框图r（t）.给定值c（t）.被控变量u（t）.操作变量u0（t）.初始操作变量e（t）.偏差PID控制器可以将r（t）与c（t）的偏差e（t）作为输入，经过比例（P）、积分（I）、微分（D）运算线性叠加成为操作变量u（t），调控被控对象，如图2所示。图2模拟PID系统原理框图各环节作用可以简单描述如下：（1）比例环节P：操作变量u（t）为正比于偏差e（t）的比例量；（2）积分环节I：操作变量u（t）为偏差e（t）的积分量；（3）微分环节D：操作变量为偏差e（t）的微分量。PID控制器的微分方程u（t）＝Kpe（t）+1Tit0乙e（t）dt+Tdde（t）dttt（3）PID控制器的传输函数D（S）＝U（S）E（S）=Kp1＋1TiS+TdttS（4）2.2参数整定PID参数整定一般有2种方法：（1）理论计算法，需要确定被控系统准确的数学模型；（2）工程整定法，不需要被控系统准确的数学模型，直接现场整定。第一类方法多用于理论推导；现场实际整定一般用工程整定法，其中Ziegler-Nichols经验公式法较为实用，参数设置如表1所示。表1Ziegler-Nichols经验公式法根据被控对象传递函数的K、τ及T即可确定PID参数。3仿真分析将某型电机的参数带入式（2），得到其传递函数G（S）＝17.55e-0.5S1.56S+1（5）可知K=17.55，τ=0.5，T=1.56。3.1直接响应实验打开软件MATLAB/Simulink，搭建仿真模块，改变直流电动机传递函数的分子、分母多项式系数，双击Scope即得该系统的单位阶跃响应如图3所示。图3直流电动机的单位阶跃响应3.2PID控制下响应实验由式（5）得到K=17.55，τ=0.5，T=1.56，带入表1得到参数整定结果如表2所示。表2整定结果图4PID控制下的仿真模块PPIPIDKpT/（Kτ）0.9T/（Kτ）1.2T/（Kτ）Ti3.3τ2.2τTd0.5τPPIPIDKp0.180.160.21Ti1.651.1Td0.25第33卷第07期Vol.33No.07直流电动机PID调速系统仿真研究———张业伟r（t）e（t）u（t）c（t）控制箱被控系统比例P偏差e（t）操作变量u（t）积分I微分D051015t/s181614121086420y（t）ClockAdd1StepKp0.2111/1.11/Tidu/dt0.25TdAddDerivstiveTransferFon1TransportDelsySoopeToWorkspaceToWorkspace11s17.551.56s+1yt+-u0（t）200中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

PID控制下的仿真模块如图4所示，通过修改其参数可以方便的建立P控制及PI控制。3种控制模式下的响应对比如图5所示。图53种控制模式下的响应对比运用MATLAB的M文件编写系统的单位阶跃响应的时域性能指标，如表3所示。表3时域性能指标由表3可知以看出，引入微分环节能够缩短响应时间，积分I能够减小系统稳态误差。而工程中一般以稳定性为首，多采用PI方式调节。4结语本文首先分析建立了直流电动机的数学模型，介绍了基于PID控制的直流电动机的调速方法，并运用Z-N经验公式法整定其PID控制器参数，在多种条件下对调速系统进行Simulink仿真，得到其各种时域性能指标。研究表明，采用PI或PID调速后，可以有效减小系统响应时间和超调量，具有较好的动态特性。参考文献：［1］殷云华，郑宾，郑浩鑫.一种基于Matlab的无刷直流电机控制系统建模仿真方法［J］.系统仿真学报，2008，20（2）：293-298.［2］王艳颖，王珍，郭丽环.直流电动机传递函数测定的实验研究［J］.实验技术与管理，2008，25（8）：38-40.［3］贺新耀，杨文杰.某型直流电动机的PID控制器参数的仿真分析［J］.中国科技纵横，2010（20）：116.［4］何芝强.PID控制器参数整定方法及其应用研究［D］.杭州：浙江大学，2005.［5］邱丽，曾贵娥，朱学峰，等.几种PID控制器参数整定方法的比较研究［J］.自动化技术与应用，2005，24（11）：28-31.［6］赵少林，程杰.模糊PID控制在煤炭分拣机器人控制系统中的应用［J］.煤炭技术，2013，32（6）：160-162.作者简介：张业伟（1986-），山东枣庄人，助教，工学硕士学位，主要从事计算机先进控制技术与系统方向的研究，电子信箱：zhangyewei2015@163.com.责任编辑：郑万才收稿日期：2014－02－12!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!doi:10.13301/j.cnki.ct.2014.07.0750引言在煤炭行业中，各种大大小小的电气设备非常定时限过电流保护的应用及探讨周理1，范甄1，周芝峰2（1.上海第二工业大学实验实训中心，上海201209；2.上海电机学院，上海200093）摘要：介绍了定时限过电流继电保护装置在电气系统中的重要作用，以及在电力系统中的重要地位和在电力系统的安全运行，比较详细地分析了定时限过电流保护在运行过程中的注意地方。并对2种常用的单侧辐射形电网和相邻多线路输出的过电流保护接线方式和工作过程进行了讨论，这在今后的变电所运行工作中具有一定的指导意义。关键词：过电流；故障；电流继电器；运行中图分类号：TM581；TM56文献标志码：A文章编号：1008－8725（2014）07－0201－03ApplicationandExpioitationofDefiniteTimeOverCurrentProtectionZHOULi1，FANZhen1，ZHOUZhi-feng2（1.ExperimentandTrainingCentre,ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,Shanghai201209,China;2.ShanghaiElectnicityMachineCollege,Shanghai200093,China）Abstract:Introduceimportantactionofdefinitetimeover-currentprotectioninelectricalsystem，andimportantpositioninelectricalsystemandsafetyrunofinsure,detailedlyexpoundattentivelyplaceofdefinitetimeover-currentprotectioninruningprocess.Bothincommonuseunilateralradiationinelectricalsystemandmultilineoutgoingandsecondarywiringmodeofdefinitetimeover-currentprotectionconducinganalysis.Fromthistimeforth，thereiscertaindirectionmeaninginelectricpowertransformerfunctionjob.Keywords:overcurrent;failure;currentrelay;run煤炭技术CoalTechnologyVol.33No.07Jul.2014第33卷第07期2014年07月PPIPID超调量Mp/%0.45940.37520.4086延时时间td/s1.71.81.7上升时间tr/s22.11.9峰值时间tp/s2.42.62.2调节时间ts/s5.86.35.4稳态误差ess0.240400051015t/s1.510.50y（t）201中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net