運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)---轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p>　　轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　摘  要：此設(shè)計(jì)利用晶閘管、二極管等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)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)，前者通過(guò)電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和

2、不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)起動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)，晶閘管，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器，</p><p><b>　　目 錄</b><

3、/p><p>　　1前言………………………………………………………………………………1</p><p>　　2設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 方案比較……………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 方案論證………………………………………………

4、……………………………2</p><p>　　2.3 方案選擇……………………………………………………………………………2</p><p>　　2.4 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………………2</p><p>　　3方案實(shí)施…………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)速

5、給定電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………3</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………3</p><p>　　3.3 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………4</p><p>　　3.4 整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)………………………………………………………4</

6、p><p>　　3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制………………………………………………………5</p><p>　　3.4.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制…………………………………………………………5</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算………………………………………………………………5</p><p>　　3.5 控制電路設(shè)計(jì)…

7、……………………………………………………………………7</p><p>　　4 結(jié)果與結(jié)論………………………………………………………………………11</p><p>　　5收獲與致謝………………………………………………………………………12</p><p>　　6參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………12</p><p&

8、gt;<b>　　1.前言</b></p><p>　　自70年代以來(lái)，國(guó)外在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速”技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)KZ—D調(diào)速系統(tǒng)），盡管當(dāng)今功率半導(dǎo)體變流技術(shù)已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但在工業(yè)生產(chǎn)中KZ—D系統(tǒng)的應(yīng)用還是占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在工程設(shè)計(jì)與理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)接觸到大量關(guān)于調(diào)速控制系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計(jì)問(wèn)題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實(shí)驗(yàn)法與仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩

9、種方法在具有各自?xún)?yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在著不同的局限性。雙閉環(huán)（電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)）調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難

10、以滿(mǎn)足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控，制電流的。但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1方案比較</b></p>

11、<p>　　方案一：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)SF ,引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓Uf 與給定電壓Ud 比較后,得偏差電壓ΔU ,經(jīng)放大器FD ,產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF 的控制電壓Uk ,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 方案一原理框圖 </p>

12、;<p>　　方案二：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　該方案主要由給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測(cè)環(huán)節(jié)以及電流檢測(cè)環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋分別起作用，系統(tǒng)設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器ACR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)反饋回路構(gòu)成了電流環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和轉(zhuǎn)速檢測(cè)反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱(chēng)為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速換包圍電流環(huán)，故稱(chēng)電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為

13、外環(huán)。在電路中，ASR和ACR串聯(lián)，即把ASR的輸出當(dāng)做ACR的輸入，再由ACR得輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)器。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋閉環(huán)。該方案的原理框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 方案二原理框圖</p><p><b>　　2.2方案論證</b>&l

14、t;/p><p>　　方案一采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時(shí)整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6 ,12 , ?,其數(shù)目總是有限的,比直流電機(jī)每對(duì)極下?lián)Q向片的數(shù)目要少得多。因此,除非主電路電感L = ∞,否則晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電流脈動(dòng)總會(huì)帶來(lái)各種影響,主要有:(1) 脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利; (2)脈動(dòng)電流(斜波電流) 流入電源,對(duì)電網(wǎng)不利,同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。并且晶閘管整流電路的輸出電壓中除了直流分量外

15、,還含有交流分量。把交流分量引到運(yùn)算放大器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會(huì)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成放大器局部飽和,從而破壞系統(tǒng)的正常工</p><p><b>　　作。</b></p><p>　　方案二采用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿(mǎn)足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程

16、。在啟動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過(guò)載能力的條件下獲得最佳過(guò)渡過(guò)程，很好的滿(mǎn)足了生產(chǎn)需求。</p><p><b>　　2.3方案選擇</b></p><p>　　1.在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)的

17、調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。</p><p>　　2.系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來(lái)限制啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過(guò)渡過(guò)程。</p><p>　　為了獲得近似理想的過(guò)度過(guò)程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量電流分開(kāi)加以控制，用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。所以本文選擇方案二

18、作為設(shè)計(jì)的最終方案。</p><p><b>　　2.4設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)要求如下：</p><p>　　1. 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝22KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=116A，磁極對(duì)數(shù)P=2，ne=1500r/min,，勵(lì)磁電壓220V，電樞繞組電阻Ra=0.1

19、12Ω,，電路總電阻R＝0.32Ω，L∑＝37.22mH（電樞電感、平波電感和變壓器電感之和），電磁系數(shù)Ce=0.138 Vmin／r，Ks=22，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.116s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.157s，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s，過(guò)載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大電壓值10V，速度給定最大電壓值10V。</p><p>　　2. 設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量σi％≤5%；空載起動(dòng)到額

20、定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)</p><p><b>　　σn％≤10％。</b></p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可獲得相應(yīng)大小的給定信號(hào)。轉(zhuǎn)速給定電路可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性

21、可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。其電路原理圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 轉(zhuǎn)速給定電路原理圖</p><p>　　3.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為與轉(zhuǎn)速稱(chēng)正比的電壓信號(hào)，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿(mǎn)足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路主要由測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測(cè)

22、速發(fā)電機(jī)輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　3.3電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電流檢測(cè)電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波整流后，用于控制系統(tǒng)中。該電路主要由電流互感器構(gòu)成，將電流互感器接于

23、主電路中，在輸出端即可獲得與主電路電流成正比的電流信號(hào)，起到電氣隔離的作用。其電路原理圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 電流檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　3.4整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　整流電路如圖3.4所示，在整流電路中主要是晶閘管的保護(hù)問(wèn)題。晶閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點(diǎn)，承受過(guò)電壓

24、和過(guò)電流的能力差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對(duì)元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。晶閘管主要需要四種保護(hù)：過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制，過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制。</p><p>　　圖3.4 整流電路及晶閘管保護(hù)電路</p><p>　　3.4.1 過(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制</p><p>

25、;　　凡是超過(guò)晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過(guò)電壓。產(chǎn)生過(guò)壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過(guò)壓保護(hù)的部位來(lái)分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過(guò)阻容吸收電路，連線(xiàn)如圖4.4所示。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場(chǎng)釋放出來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場(chǎng)的能量存儲(chǔ)起來(lái)為依據(jù)的。由于電容兩端的電壓不能突變，所以可以有效的抑制尖峰過(guò)電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中能

26、消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。</p><p>　　3.4.2 過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制</p><p>　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開(kāi)路。晶閘管發(fā)生過(guò)電流的原因主要有：負(fù)載端過(guò)載或短路；某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過(guò)電流；觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過(guò)電流。晶閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受

27、一定的過(guò)電流，所以過(guò)電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過(guò)電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過(guò)電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過(guò)電流的保護(hù)措施有下列幾種：</p><p>　　1.快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時(shí)間長(zhǎng)，用來(lái)保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒(méi)有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專(zhuān)用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質(zhì)熔絲，在同樣的過(guò)電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過(guò)電流保護(hù)的主

28、要措施。</p><p>　　2.硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線(xiàn)性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電壓超過(guò)某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過(guò)較大的電流，把過(guò)電壓的能量消耗在非線(xiàn)性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨(dú)使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。</p><p>　　本系統(tǒng)采用快速熔斷器對(duì)可控硅進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)

29、算</p><p><b>　　(1)的計(jì)算</b></p><p>　　—負(fù)載要求的整流電路輸出的最大值；</p><p>　　—晶閘管正向壓降，其數(shù)值為0.4—1.2V，通常??；</p><p>　　n—主電路中電流回路晶閘管的個(gè)數(shù)；</p><p>　　A—理想情況下時(shí)，整流輸出電壓與變壓

30、器二次側(cè)相電壓之比；</p><p>　　C—線(xiàn)路接線(xiàn)方式系數(shù)；</p><p>　　—電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常??；</p><p>　　—最小控制角，通常不可逆取；</p><p>　　—變壓器短路電壓比，100Kv以下的?。?lt;/p><p>　　—變壓器二次側(cè)實(shí)際工作電流額定電流之比；</p><

31、p>　　已知，取、，查表得，取,,,,查表得代入上式得：</p><p>　　，應(yīng)用式，查表得，取，，</p><p><b>　　取，電壓比 </b></p><p>　　（2）一次和二次向電流和的計(jì)算</p><p>　　由式得 ，由表得 ，，考慮勵(lì)磁電流和變壓器的變比K，根據(jù)以上兩式得：</p>

32、<p>　?。?）變壓器的容量計(jì)算</p><p>　　(4)晶閘管參數(shù)選擇</p><p>　　由整流輸出電壓，進(jìn)線(xiàn)線(xiàn)電壓為110V，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次線(xiàn)電壓的電壓峰值，即：，晶閘管承受的最大正向電壓是線(xiàn)電壓的一半，即：?？紤]安全裕量，選擇電壓裕量為2倍關(guān)系，電流裕量為1.5倍關(guān)系，所以晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：</p><p>

33、　　3.5 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其原理圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.5 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　為了獲得良好的靜動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI 調(diào)節(jié)器。圖4.7中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實(shí)際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算

34、放大器的倒相作用。圖3.7為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖3.8為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。ACR和ASR的輸入、輸出信號(hào)的極性，主要視觸發(fā)電路對(duì)控制電壓的要求而定。若觸發(fā)器要求ACR的輸出Uct為正極性，由于調(diào)節(jié)器一般為反向輸入，則要求ACR的輸入U(xiǎn)i*為負(fù)極性，所以，要求ASR輸入的給定電壓Un*為正極性。本文基于這種思想進(jìn)行ASR和ACR設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖3.6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖<

35、;/p><p>　　圖3.7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　基本數(shù)據(jù)</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)：22KW、220V、116A、1500r/min、λ＝1.5</p><p><b>　　Ra=0.112Ω</b></p><p>　　Ce=0

36、.138 Vmin／r</p><p><b>　　Tl=0.116s</b></p><p><b>　　Tm=0.157s</b></p><p>　　Ton=Toi=0.00235s</p><p>　　L∑＝37.22mH</p><p>　　晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks

37、=22</p><p>　　電樞回路電阻：R=0.32Ω</p><p>　　電流反饋系數(shù)：β=0.0575V/A（≈10V/1.5IN）</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.00667Vmin/v（≈10V/nN）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b&

38、gt;　　靜態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量σi%≤5%，空載啟動(dòng)到而定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%≤10%</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.電流環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)。①整流裝置

39、滯后時(shí)間常數(shù)Ts,三相橋式整流電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。②電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi,三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms,因此取Toi=0.00235s。③電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)TΣi,按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+ Toi=0.00405s。</p><p>　?。?）確定電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。</p><p>

40、　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi%≤5%，而且Tl/TΣi=0. 116/0.00405=28.6.電流環(huán)可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　（3）電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。電流調(diào)節(jié)器選擇PI型，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　（4）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　　ACR超前時(shí)間常數(shù)==0.116s；電流開(kāi)環(huán)增益：因要求，故應(yīng)取，因此KI=123.5。于是，AC

41、R的比例系數(shù)為</p><p><b>　　Ki=3.62</b></p><p>　?。?）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖3.9所示。按所用運(yùn)算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計(jì)算如下：</p><p>　　Ri= Ki *R0=3.62*40000=145KΩ</p

42、><p>　　Ci=0. 116/145=800uF</p><p>　　Coi=4* Toi/R0=4*0.00235/40000=235uF</p><p>　　圖3.8 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　（6）校驗(yàn)近似條件。電流環(huán)截止頻率=KI=123.5</p><p>　　1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件

43、是否滿(mǎn)足：，</p><p>　　因?yàn)?gt;，所以滿(mǎn)足近似條件。</p><p>　　2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件是否滿(mǎn)足：，</p><p>　　現(xiàn)在滿(mǎn)足近似條件(即123.5>22.23成立)。</p><p>　　3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿(mǎn)足條件：，</p><p>　　現(xiàn)在166.

44、8>,滿(mǎn)足近似條件。</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)。①電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2TΣi；②轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)紋波情況，取Ton=0.00235s;③轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TΣn按小時(shí)間常數(shù)

45、近似處理，取。TΣn=2TΣi+Ton=0.0105s</p><p>　?。?）確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速環(huán)無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)。按跟隨和抗干擾性能都

46、能較好的原則取h=5，則</p><p>　　ASR超前時(shí)間常數(shù)為0.0525s</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為KN=(h+1)/(2*h*h* TΣn* TΣn)=1088</p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為Kn=6*0.0575*0.138*0.157/10/0.00667/0.32/0.0105=33.4</p><p>

47、;　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3.10所示，按所用運(yùn)算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計(jì)算如下：</p><p>　　Rn=KnR0=33.4*40=1336KΩ</p><p>　　Cn=0.0525/Rn=0.0525/1336000=39.3nF</p><p>　　Con=4Ton/R0=4*0.00235/40000=2

48、35nF</p><p>　　圖3.9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　（6）校驗(yàn)近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率=1088*0.0525=57.1</p><p>　　1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件是否滿(mǎn)足： </p><p>　　現(xiàn)在58.2>,滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。</p><p>　　2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否

49、滿(mǎn)足，</p><p>　　現(xiàn)在76.4>,滿(mǎn)足近似條件。</p><p>　　3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時(shí)，</p><p>　　而n的變量=116*0.32/0.138=269r/min，因此</p><p>　　超調(diào)量=0.821*2*1.5*269/1500*0.0105/0.157=2.9%<10%，</p>

50、;<p>　　能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)完成的控制系統(tǒng)如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.10 設(shè)計(jì)完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)由于在啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒

51、流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動(dòng)時(shí)間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動(dòng)，利用了飽和非線(xiàn)性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無(wú)靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過(guò)流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用

52、，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)了大概一周的努力這次課程設(shè)計(jì)終于完成了，但是由于時(shí)間太倉(cāng)促所以不是太完美，每次課程時(shí)機(jī)都有收獲，這次也不例外

53、，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)控制不僅僅是只學(xué)書(shū)本知識(shí)及就能學(xué)到其精髓的，只有理論聯(lián)系實(shí)際不斷的在生活中實(shí)踐才能明白運(yùn)動(dòng)控制的本質(zhì)原理，同時(shí)這次試驗(yàn)也讓我認(rèn)識(shí)到了計(jì)算能力的不足，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整體系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)算。這讓我感到了深深的不足，如果沒(méi)有同學(xué)的指導(dǎo)和老師的幫助我是很難完成的，在此我要感謝所有給過(guò)我指導(dǎo)的老師和幫助我的同學(xué)，沒(méi)有他們我也許還會(huì)在黑暗中摸索好長(zhǎng)時(shí)間。</p><p><b>　

54、　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 杜尚豐. CAN總線(xiàn)測(cè)控技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2007.1</p><p>　　[2] 杜樹(shù)春.單片機(jī)C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程實(shí)例詳解.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6</p><p>　　[3] 王兆安，等.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p&g

55、t;<p>　　[4] 張廣溢，等.電機(jī)學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[5] 王軍.自動(dòng)控制原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[6] 導(dǎo)向科技.Protel DXP電子電路設(shè)計(jì)培訓(xùn)教程[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[7] 周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與Mat