1.1kw直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　1.1kw直流電動機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　合作指導(dǎo)教師：

2、 </p><p>　　專業(yè)名稱： 電氣自動化技術(shù) </p><p>　　所在學(xué)院： 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 </p><p><b>　　2013年 5月</b></p><p><b>　　摘要</b></p>&

3、lt;p>　　直流電動機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在工程中應(yīng)用廣泛，為了使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能必須對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。目前廣泛應(yīng)用的是基于一些標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行設(shè)計的系統(tǒng)，其優(yōu)點是簡單方便。計算機(jī)仿真可以不運行實際系統(tǒng)，只要在計算機(jī)上建立數(shù)字仿真模型，模仿被仿真對象的運行狀態(tài)及其隨時間變化的過程。通過對數(shù)字仿真模型的運行過程的觀察和設(shè)計，得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特征，以此來估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和真實性能。本文介紹的是用一臺1.1KW

4、的直流電動機(jī)構(gòu)成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在理論的基礎(chǔ)上設(shè)計了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，并利用MATLAB中的SIMULINK工具箱，對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析及參數(shù)調(diào)試。主要是從主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計、數(shù)學(xué)模型的建立、系統(tǒng)的計算機(jī)仿真及調(diào)試等幾個方面來進(jìn)行設(shè)計和分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直流調(diào)速，雙閉環(huán)系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，計算機(jī)仿真</p><p><b>　　Ab

5、stract</b></p><p>　　The double-close-loop D.C. speed regulating system to use extensive among project, for make system have good dynamic performance must design to the system. The ones that used extens

6、ively designed the system on the basis of some standard forms at present, its advantage is simple and convenient. Computer simulation needn't operate the practical system , so long as set up digital simulation model

7、at the computer, imitate simulation operation state and course changing over time of target. Through to</p><p>　　Keywords: Speed control of DC-drivers，Double-closed-loop system，Current regulator ，Speed regul

8、ator Computer simulation </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………………I</p><p>　　Abstract …………………………………………………………………II</p><p>　　前言…………………………

9、…………………………………………………1</p><p>　　第一章 調(diào)速方案的選擇…………………………………………………2</p><p>　　1.1 直流電機(jī)電源確定………………………………………………………………2</p><p>　　1.2 勵磁電源的選擇…………………………………………………………………3</p><p>

10、　　1.3 測速發(fā)電機(jī)選擇…………………………………………………………………3</p><p>　　1.4 電流反饋環(huán)節(jié)的檢測……………………………………………………………3</p><p>　　1.5 電流環(huán)選擇………………………………………………………………………4</p><p>　　1.6 速度環(huán)選擇…………………………………………………………………

11、……4</p><p>　　第二章 主電路的計算……………………………………………………5</p><p>　　2.1 整流變壓器額定參數(shù)計算………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1 二次相電壓 的計算……………………………………………………5</p><p>　　2.1.2 一次和二次相電流和

12、計算………………………………………………5</p><p>　　2.1.3 變壓器的容量計算………………………………………………………5</p><p>　　2.2 整流元件的選擇…………………………………………………………………6</p><p>　　2.2.1 晶閘管的額定電壓………………………………………………………6</p><p&

13、gt;　　2.2.2 晶閘管的額定電流………………………………………………………6</p><p>　　2.2.3 勵磁電路元件的選擇……………………………………………………6</p><p>　　2.2.4 滑動變阻器R的選擇……………………………………………………6</p><p>　　2.3 晶閘管保護(hù)設(shè)計與計算……………………………………………………

14、……6</p><p>　　2.3.1 晶閘管兩端的過電壓保護(hù)………………………………………………8</p><p>　　2.3.2 過電流保護(hù)………………………………………………………………8</p><p>　　2.4 電抗器參數(shù)計算…………………………………………………………………8</p><p>　　2.4.1 使輸出電流連

15、續(xù)的臨界電感……………………………………………8</p><p>　　2.4.2 限制輸出電流脈動的電感量……………………………………………9</p><p>　　2.4.3 電動機(jī)電感量Ld和變壓器漏電感……………………………………9</p><p>　　2.4.4 實際串入電抗器的電感量………………………………………………9</p><

16、p>　　第三章 控制電路的設(shè)計…………………………………………………10</p><p>　　3.1 觸發(fā)電路的選擇 ………………………………………………………………10</p><p>　　3.2 控制電源的選擇 ………………………………………………………………11</p><p>　　3.3 電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計與計算…………………………………………

17、…………12</p><p>　　3.3.1 電流調(diào)節(jié)器的工作原理電流…………………………………………12</p><p>　　3.3.2 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化…………………………………………………12</p><p>　　3.3.3 電流環(huán)參數(shù)的確定……………………………………………………13</p><p>　　3.4 電流調(diào)節(jié)器結(jié)

18、構(gòu)的選擇及參數(shù)計算…………………………………………14</p><p>　　3.4.1 結(jié)構(gòu)的選擇……………………………………………………………14</p><p>　　3.4.2 參數(shù)的計算……………………………………………………………14</p><p>　　3.4.3 檢驗近似條件…………………………………………………………14</p>&

19、lt;p>　　3.4.4 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容………………………………………………15</p><p>　　3.5 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計…………………………………………………………………16</p><p>　　3.5.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理………………………………………………16</p><p>　　3.5.2 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)…………………………

20、………………16</p><p>　　3.5.3 速度環(huán)參數(shù)的確定……………………………………………………17</p><p>　　3.6 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇及參數(shù)計算…………………………………………17</p><p>　　3.6.1 結(jié)構(gòu)的選擇……………………………………………………………17</p><p>　　3.6.2 參

21、數(shù)的計算……………………………………………………………18</p><p>　　3.6.3 檢驗近似條件…………………………………………………………18</p><p>　　3.6.4 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容………………………………………………19</p><p>　　3.6.5 檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量………………………………………………………19</p>

22、<p>　　3.7 繼電器－接觸器控制電路設(shè)計………………………………………………21</p><p>　　第四章 控制電路的設(shè)計…………………………………………………22</p><p>　　4.1 單元部件調(diào)試…………………………………………………………………22</p><p>　　4.2 系統(tǒng)調(diào)試……………………………………………………

23、…………………22</p><p>　　4.3 速度變換器的調(diào)試……………………………………………………………22</p><p>　　4.4 數(shù)學(xué)模型的建立………………………………………………………………24</p><p>　　4.5 仿真軟件MATLAB的介紹……………………………………………………25</p><p>　　4.6

24、 系統(tǒng)的動態(tài)分析………………………………………………………………26</p><p>　　結(jié) 論…………………………………………………………………………27</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………28</p><p>　　參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………29</p><

25、p>　　元氣件明細(xì)表 ………………………………………………………………30</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　1957年，晶閘管（俗稱可控硅整流元件，簡稱可控硅）問世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，使變流技術(shù)產(chǎn)生根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管時代。到今天，晶閘管－電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主

26、要形式。</p><p>　　本文采用的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計是從內(nèi)環(huán)到外環(huán)，即先設(shè)計好電流環(huán)后將其等效成速度環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，再對速度環(huán)進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　目前廣泛應(yīng)用的直流調(diào)速設(shè)計方法是基于某些標(biāo)準(zhǔn)形式進(jìn)行的，其優(yōu)點是簡單方便，但設(shè)計的系統(tǒng)性能指標(biāo)是相同的，實際系統(tǒng)所要求的指標(biāo)往往是不同的，所以采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計方法不一定都能得到滿意的結(jié)果。</p>&

27、lt;p>　　在設(shè)計中，基于理論設(shè)計的基礎(chǔ)上根據(jù)實際的系統(tǒng)情況作參數(shù)的調(diào)整是非常重要的，也是必不可少的。這是因為實際系統(tǒng)的參數(shù)，往往與計算值或銘牌數(shù)據(jù)有一定的差別，系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)的非線性影響等因素存在，使系統(tǒng)在配置設(shè)計參數(shù)后并不能馬上獲得預(yù)期的性能指標(biāo)。傳統(tǒng)的調(diào)試方法是將整個系統(tǒng)按理論設(shè)計的結(jié)果建立一個實際系統(tǒng)，然后將系統(tǒng)分成若干個控制單元，并對每個控制單元進(jìn)行調(diào)試，最后將各個單元構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，并進(jìn)行調(diào)試，這種傳統(tǒng)的調(diào)試方法在

28、使用過程中不僅費時、費力且不易產(chǎn)生滿意的結(jié)果。因此我們采用計算機(jī)仿真技術(shù)。通過對數(shù)字仿真模型的運行過程的觀察和設(shè)計，得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特征，以此來估計和推斷實際系統(tǒng)的真實參數(shù)和真實性能。</p><p>　　MATLAB語言是一個具有高級數(shù)值分析、處理與計算功能的軟件。其中的工具箱SIMULINK是基于模型化圖形組態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，利用SIMULINK工具箱可以非常有效的對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)

29、調(diào)試，可以非常直觀的觀察電動機(jī)電流和轉(zhuǎn)速相應(yīng)情況進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)分析，是目前國際上廣泛流行的工程仿真技術(shù)。</p><p>　　第一章 調(diào)速方案的選擇</p><p>　　采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。如果要求快速起制動、突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)

30、速。</p><p>　　對于像龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)那樣的經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)距）受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的容許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)距）為容許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)距馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。</p><p&

31、gt;　　為了實現(xiàn)在容許條件下最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就應(yīng)該能得到近似的恒流過程。我們希望在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，因此，我們采用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)如下圖（1.1）</p><p

32、>　　圖1.1 雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)框圖</p><p>　　1.1直流電機(jī)電源確定</p><p>　　由于晶閘管是只具備控制接通、無自關(guān)斷能力的半控制型器件，因此在直流調(diào)速系統(tǒng)中，最常采用的可控整流器就是晶閘管可控整流器。其特點是：無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資??；而且工作可靠、功耗小、效率高。</p><p>　　一般來說，對于晶閘管整流

33、裝置我們均采用三相整流電路。三相整流電路的類型很多，包括三相半波可控整流電路、三相橋式全控整流電路等，這里我們采用后一種。因為三相半波可控整流電路不管是共陰極還是共陽極接法，都只用三個晶閘管，其繞組利用率低，且電流是單方向的，為防止鐵心飽和必須加大變壓器鐵心的截面積，因而還要引起附加損耗。整流的負(fù)載電流要流入電網(wǎng)零線，亦引起額外損耗，特別是增大零線電流，須加大零線的截面。而三相橋式全控整流電路，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正

34、向電流；共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流。因此變壓器繞組中沒有直流磁通勢，每相繞組正負(fù)半周都有電流流過，提高了變壓器繞組的利用率。</p><p>　　圖1.2 三相橋式全控整流電路圖</p><p>　　1.2勵磁電源的選擇</p><p>　　對于本調(diào)速系統(tǒng)，雖然電動機(jī)的額定功率不是特別的大，屬于小功率調(diào)速系統(tǒng)，但設(shè)計要求對系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)指標(biāo)要求都

35、比較高，所以我們應(yīng)使電流的脈動小，故選用無噪聲、無摩損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省，而且工作可靠、功耗小、效率高的全控橋整流電路作為供電方案給電動機(jī)供電。</p><p>　　1.3測速發(fā)電機(jī)選擇</p><p>　　根據(jù)直流電機(jī)的參數(shù)可選擇，測速發(fā)電機(jī)的額定功率23.1W，額定電壓110V，額定電流210mA，額定轉(zhuǎn)數(shù)1900轉(zhuǎn)/分。</p><p>　　1.

36、4電流反饋環(huán)節(jié)的檢測 </p><p>　　利用串聯(lián)式直流互感器把直流轉(zhuǎn)換成正比的電壓信號，其工作原理是;飽和電抗器的直流控制線圈成為直流互感器的；次線圈，交流工作線圈成為二次線圈。直流互感器的原理實質(zhì)上是當(dāng)鐵心被交直流線圈同時激勵時，直流電流的大小引起鐵芯飽和程度的改變，使交流線圈的電抗大小發(fā)生變化，交流電流及串在回路中的取樣電阻上的電壓會相應(yīng)改變。當(dāng)直流為被測電流時，由取樣電阻上可得到正比于直流電流的電壓。&

37、lt;/p><p><b>　　1.5電流環(huán)選擇 </b></p><p>　　為了ACR采用的是PI調(diào)節(jié)器電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖</p><p>　　圖1.3 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　1.6速度環(huán)選擇 </b></p><p>　　圖1.4 速度環(huán)

38、的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　第二章 主電路的計算</p><p>　　主電路主要是對電動機(jī)電樞和勵磁繞組進(jìn)行正常供電，對他們的要求主要是安全可靠，因此在部件容量的選擇上、在經(jīng)濟(jì)和體積相差不太多的情況下，盡可能選用大一些的，并在保護(hù)環(huán)節(jié)上對各種故障出現(xiàn)的可能性，都要有足夠的估計，并采取相應(yīng)的保措施，配備必要的報警、顯示、自動跳閘線路，以確保主線路安全可靠的要求。</p>

39、<p>　　2.1整流變壓器額定參數(shù)計算</p><p>　　一般情況下，整流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓不一致，因此需要使用整流變壓器。此外，整流變壓器還可以減小電網(wǎng)和整流裝置的相互干擾。</p><p>　　2.1.1二次相電壓的計算</p><p><b>　　取，考慮裕量</b></p><p>

40、　　查表可知 A＝2.34, </p><p>　　則 =</p><p>　　=60.31～72.37V</p><p>　　取 V</p><p>　　因此，電壓比為 </p><p>　　2.1.2一次和二次相電流和的計算</p><

41、;p><b>　　查表可知 </b></p><p>　　則 ===2.4A</p><p><b>　　=0.816A</b></p><p>　　取 A, A</p><p>　　2.1.3變壓器的容量計算</p>&l

42、t;p>　　查表可知 </p><p>　　則 KVA</p><p><b>　　KVA</b></p><p><b>　　=2.865KVA</b></p><p>　　2.2整流元件的選擇 </p><p>　　2.2.1

43、晶閘管的額定電壓</p><p>　　==343～514V</p><p><b>　　取 V</b></p><p>　　2.2.2晶閘管的額定電流</p><p>　　未接電抗器的電動機(jī)負(fù)載，負(fù)載性質(zhì)介于電阻與電感負(fù)載之間，為了晶閘管工作可靠，按電阻負(fù)載選擇系數(shù)K。 查表可知 K=0.367</p>&

44、lt;p><b>　　按最大負(fù)載電流計算</b></p><p><b>　　則 </b></p><p>　　=（1.5～2）×0.367×1.2×13</p><p>　　=8.6～11.5A</p><p><b>　　取 A</b>&

45、lt;/p><p>　　2.2.3勵磁電路元件的選擇</p><p>　　整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取500V。額定電流為10A</p><p>　　故選用ZP3－8型的二極管。</p><p>　　2.2.4滑動變阻器R的選擇</p><p>　　電壓Ur＝3×110＝330V</p>

46、<p>　　電流 Ir=1.5×0.8=1.2A</p><p>　　R為275歐 則取300歐</p><p>　　2.3晶閘管保護(hù)設(shè)計與計算</p><p>　　2.3.1晶閘管兩端的過電壓保護(hù)</p><p>　　為了抑制晶閘管的關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，如圖2.1所示。</p>

47、;<p>　　圖2.1 晶閘管兩端阻容保護(hù)電路接法</p><p>　　阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗選定，見表2.2。</p><p>　　表2.2 與晶閘管并聯(lián)的阻容經(jīng)驗數(shù)據(jù)</p><p><b>　　由上表可知，,</b></p><p>　　電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值的1.1～1.

48、5倍。則</p><p>　　電容耐壓為（1.1～1.5）</p><p>　?。剑?.1～1.5）×</p><p>　?。剑?.1～1.5）××70</p><p><b>　?。?89～283V</b></p><p><b>　　電阻的功率為<

49、/b></p><p><b>　　＝</b></p><p><b>　?。?.15W</b></p><p>　　其中，f為電源頻率（Hz）；</p><p>　　為晶閘管工作電壓峰值（V）。</p><p>　　2.3.2過電流保護(hù)</p><

50、p>　　過電流保護(hù)措施很多，其中快速熔斷器的斷流時間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施?？焖偃蹟嗥鞯慕臃ㄈ鐖D2.3所示。</p><p>　?。╝）交流側(cè)快熔 （b）元件串聯(lián)快熔</p><p>　　圖2.3 快速熔斷器的接法</p><p>　　在本系統(tǒng)中，接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管電流有效值＝7.5A，考慮到快速

51、熔斷器額定電壓應(yīng)大于線路的工作電壓的有效值，其電流應(yīng)小于晶閘管的有效值。故選RLS－10的熔斷器，額定電壓500V,額定電流10A，熔體額定電流為5A。</p><p>　　2.4電抗器參數(shù)計算</p><p>　　2.4.1使輸出電流連續(xù)的臨界電感</p><p>　　為了使輸出電流在最小負(fù)載電流仍能連續(xù)</p><p>　　為整流電路形式

52、有關(guān)系數(shù)為0.695</p><p>　　為最小負(fù)載電流則按的（5%－10%）經(jīng)計算可得取1.04A </p><p>　　可得輸出電流連續(xù)的臨界電感L1</p><p>　?。剑?00.695）/1.04</p><p><b>　?。?4.09mH</b></p><p>　　2.4.2限制輸

53、出電流脈動的電感量</p><p>　　對于直流電機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會使電動機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來輸出的脈動量。平 波電抗器的臨界電感量L2可用下式計算</p><p>　　與整流電路形式有關(guān)，可查表得1.045</p><p>　　為電流最大允許脈動，通常三相電路的（5－10）%。</p><

54、;p>　　＝（1.04570）/（0.0813）</p><p><b>　?。?0.34mh</b></p><p>　　2.4.3電動機(jī)電感量Ld和變壓器漏電感</p><p>　　電動機(jī)電感量Ld和變壓器電感量Lt可按下式計算</p><p>　?。絒（10110）/（22150013）]</p>

55、<p><b>　　＝2.17mH</b></p><p>　　式中,,n—為直流電動機(jī)電壓，電流和轉(zhuǎn)速，以常值代入；</p><p>　　P為電動機(jī)的磁極對數(shù)；</p><p>　　為計算系數(shù)。一般無補償電動機(jī)?。?－12），快速無補償電動機(jī)取6－8，有補償則取5－6，這里取10.</p><p>　　變

56、壓器漏感電感量Lt可按下式計算</p><p>　　式中--為計算系數(shù)由表查得為3.9</p><p>　　――為變壓器的短路比，一般取5－10，這里取8.</p><p>　?。剑?.9870）/（10013）</p><p><b>　?。?.68mH</b></p><p>　　2.4.4實

57、際串入電抗器的電感量</p><p>　　考慮到輸出電流連續(xù)時的實際電感時</p><p>　　這里N在三相橋式電路中取2，其余電路可取1.</p><p>　?。?4.09－（2.17+21.68）</p><p><b>　?。?8.56mH</b></p><p>　　考慮到限制電流脈動時的

58、實際電感量</p><p>　?。?0.34－（2.17+21.68）</p><p><b>　?。?4.81mH</b></p><p>　　這里取較大為65mH。</p><p>　　第三章 控制電路的設(shè)計</p><p>　　3.1觸發(fā)電路的選擇</p><p>　

59、　門極電壓又叫觸發(fā)電壓，產(chǎn)生觸發(fā)信號的電路叫觸發(fā)電路。觸發(fā)電路性能的好壞，不但影響系統(tǒng)的調(diào)速范圍和調(diào)速精度，而且對系統(tǒng)的可靠性有很大的影響。因此觸發(fā)電路必須保證迅速、準(zhǔn)確、可靠的送出脈沖。為達(dá)到這個目的，正確選用或設(shè)計觸發(fā)電路是很重要的，一個觸發(fā)電路性能的優(yōu)劣常用下列幾條來衡量：</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖必須保持與主電路的交流電源同步，以保證每個周期都在相同的延遲角處觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管。</p>

60、<p>　?。?）觸發(fā)脈沖應(yīng)能在一定的范圍內(nèi)移相。對于不同的主電路要求的移相范圍也不同。對于三相全控橋式電路，電阻負(fù)載時為，既要整流又要逆變時，其移相范圍為，為保證逆變可靠，對最小逆變角應(yīng)加以限制。</p><p>　?。?）觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率（電壓和電流）。為使所有合格的器件在各種可能的工作條件下都能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路送出的觸發(fā)電壓和電流，必須大于器件門極規(guī)定的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流。觸發(fā)電壓在4

61、V以上、10V以下為宜，這樣就能保證任何一個合格的器件換上去都能正常工作。在觸發(fā)信號為脈沖形式時，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，觸發(fā)電壓、電流的幅值在短時間內(nèi)可大大超過額定值。</p><p>　　（4）不該觸發(fā)時，觸發(fā)電路的漏電壓小于0.15～0.2V，以防誤觸發(fā)。</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖的上升前沿要陡。否則，因溫度、電源電壓等因素變化時將造成晶閘管的觸發(fā)時間不準(zhǔn)確。設(shè)脈沖的幅值

62、為，脈沖前沿是指由0.1上升到0.9所需要的時間，一般要在10以內(nèi)為宜。</p><p>　?。?）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度。一般晶閘管的開通時間為左右，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)在以上，最好應(yīng)有。對于三相橋式全控整流電路，若采用寬脈沖觸發(fā)，則脈沖寬度應(yīng)大于，一般設(shè)計成（5ms）。</p><p>　　由于集成觸發(fā)電路的體積小、功耗低、調(diào)試方便、性能穩(wěn)定可靠等特點，這里我們選用集成六脈沖觸發(fā)器實

63、用電路，如圖3－1所示。</p><p>　　圖3.1 集成六脈沖觸發(fā)器實用電路</p><p>　　該電路需要三個互差，且與主電路三個相電壓、、同相的三個同步電壓，因此需要設(shè)計一個三相同步變壓器。但同步變壓器功率很小，一般每相不超過1W，故可用三個單相變壓器接成三相變壓器組來代替，并聯(lián)成DY0，即可獲得與主電路二次側(cè)相電壓同相的三個電壓、、。</p><p>

64、　　3.2控制電源的選擇</p><p>　　給定電壓的穩(wěn)定與否直接影響系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，對調(diào)速系統(tǒng)精度影響甚大。為此在調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓一般由穩(wěn)壓電源供給。根據(jù)對系統(tǒng)調(diào)速精度的要求不同，可以采用不同型式的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　根據(jù)電路要求可選用穩(wěn)壓管、晶體管、集成穩(wěn)壓器等組成的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　由于用集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電路簡單，穩(wěn)

65、壓精度高，故廣泛應(yīng)用在調(diào)速系統(tǒng)中。這里選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如圖3.2所示。</p><p>　　3.2集成穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　3．3電流反饋環(huán)節(jié)設(shè)計與計算</p><p>　　3．3．1電流調(diào)節(jié)器的工作原理電流</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器有兩個輸入信號。一個是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出反映偏差

66、大小的主控信號，一個是由交流互感器測出的反映主回路電流反饋信號，當(dāng)突加速度給定一個很大的輸入值，其輸出整定在最大飽和值上，與此同時電樞電流為最大值，從而電動機(jī)在加速過程中始終保持在最大轉(zhuǎn)距和最大加速度，使起、制動過程時間最短。</p><p>　　如果電網(wǎng)電壓發(fā)生突變（如降低）時，整流器輸出電壓也會隨之變化（降低），引起主回路電流變化（減?。?，由于快速性好，不經(jīng)過電動機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié)的電流反饋環(huán)的作用，立即使調(diào)節(jié)器的輸

67、出變化（增大），則也變化（變?。?，最后使整流器輸出電壓又恢復(fù)（增加）至原來的數(shù)值，這就抑制了主回路電流的變化。也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化之前，電流的變化首先被抑制了。</p><p>　　同樣，如果機(jī)械負(fù)載或電樞電流突然發(fā)生很大的變化，由于采用了頻率響應(yīng)較好的快速電流負(fù)反饋，當(dāng)整流器直流側(cè)發(fā)生類似短路的嚴(yán)重故障時，電流負(fù)反饋也及時的把電流故障反饋到電流控制回路中去，以便迅速減小輸出電壓，從而保護(hù)

68、晶閘管和直流電動機(jī)不致因電流過大而損壞。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器ACR的作用：</p><p>　?。?）對電網(wǎng)電壓波動起抗干擾作用</p><p>　?。?）啟動時保證獲得容許的最大電流</p><p>　　（3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電樞電流跟隨給定電壓變化</p><p>　　（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，可

69、以限制電樞電流的最大值，從而起到快速的過流安全保護(hù)，如故障消失，系統(tǒng)能自動恢復(fù)工作。</p><p>　　3.3.2電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化</p><p>　　電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于突加給定階躍后，速度調(diào)節(jié)器輸出馬上達(dá)到飽和限幅值，電流環(huán)投入工作使電機(jī)電樞電流很

70、快上升，相對電流來說，速度變化很緩慢。因此，可以認(rèn)為反電勢對電產(chǎn)生的影響很小，令△E=0，則結(jié)構(gòu)圖簡化化下圖3.4。</p><p>　　圖3.4 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡一</p><p>　　最后，Ts和Toi都比Td小得多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看成一個慣性環(huán)節(jié)，取 </p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖3.5。

71、</p><p>　　圖3.5 電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡二</p><p>　　3.3.3電流環(huán)參數(shù)的確定</p><p>　　(1) 三相橋式電路的平均失控時間Ts</p><p>　　一般三相橋式電路晶閘管最大失控時間在0～0.0033s之間隨機(jī)分布，取其平均值，即</p><p>　　Ts＝0.0017s<

72、;/p><p>　　(2) 電流濾波時間常數(shù)Toi</p><p>　　三相橋式電路的每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭，（1～2）Toi＝3.33ms</p><p>　　Toi＝0.002s</p><p>　　(3) 電流環(huán)小時間常數(shù)Tεi</p><p>　　按小時間常數(shù)近似處理，取</p>

73、<p><b>　　s</b></p><p>　　(4) 晶閘管裝置放大系數(shù)Ks</p><p>　　令本系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器最大輸出電壓UKm＝2.54V，晶閘管最大輸出整流電壓為UDO=245.34V，則</p><p>　　(5)電流反饋系數(shù)β </p><p>　　令其限幅值為5V，則</p

74、><p>　　β＝5V/1.5Id＝＝0.51V/A</p><p>　　3.4電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇及參數(shù)計算</p><p>　　3.4.1結(jié)構(gòu)的選擇 </p><p>　　電流環(huán)的一項重要作用就是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過容許值，因而在突加控制作用時不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好?？呻娏鳝h(huán)還有另一個對電網(wǎng)電壓波動及時調(diào)節(jié)的作用，因此還要

75、提高其抗擾性能。</p><p>　　為了使本系統(tǒng)電流環(huán)超調(diào)小，有好的動態(tài)性能，我們采用典型型來設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器選用PI型。</p><p>　　令電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　3.4.2參數(shù)的計算 </p><p>　　(1)ACR超前時間常數(shù)</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點對消除控制對

76、象的大時間常數(shù)極點，選擇</p><p><b>　　s</b></p><p>　　(2)電流環(huán)的比例系數(shù)Ki</p><p>　　設(shè)計時要求超調(diào)量要小，我們假設(shè)≤5％，則</p><p>　　因此，電流環(huán)的開環(huán)增益為</p><p>　　于是ACR的比例系數(shù)為</p><p

77、>　　3.4.3檢驗近似條件</p><p>　　(1)電流環(huán)截止頻率＝KI=135.1l/s</p><p>　　(2)晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件：≤</p><p>　　現(xiàn)在，＝＝196.1l/s>，滿足近似條件。</p><p>　　忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件：≥</p><p>　　現(xiàn)在，＝＝9

78、2.3l/s<,滿足近似條件。時間常數(shù)近似處理條件：≤</p><p>　　現(xiàn)在，＝＝180.8l/s>,滿足近似條件。</p><p>　　3.4.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 含給定濾波及反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器&l

79、t;/p><p>　　其中，UGi為電流調(diào)節(jié)器的給定電壓，－βId為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是觸發(fā)裝置的控制電壓UK。</p><p>　　按所用運算放大器取R0＝40KΩ，各電阻和電容值計算如下</p><p><b>　　取5K</b></p><p>　　Ci＝＝2.2μF 取2μF</p>

80、;<p>　　Coi＝ 取0.2μF</p><p><b>　　3.5轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計</b></p><p>　　3.5.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理</p><p>　　在主電機(jī)上安裝一直流測速發(fā)電機(jī)，發(fā)出正比于主電機(jī)轉(zhuǎn)速的電壓，此電壓與給定電壓相比較，其偏差送到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中去，如欲調(diào)整，可以改變給定電壓。例如提高，則有較大加到

81、ASR輸入端，ASR自動調(diào)節(jié)GT，使觸發(fā)脈沖前移（減小），整流電壓提高，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，與此同時，也相應(yīng)增加。當(dāng)?shù)扔诨蚪咏o定值時，系統(tǒng)達(dá)到平衡，電動機(jī)在給定數(shù)值下以較高的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。如果電動機(jī)負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動，則經(jīng)過速度反饋后，系統(tǒng)能起到自動調(diào)節(jié)和穩(wěn)定作用。比如，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速下降，平衡狀態(tài)被破壞，調(diào)節(jié)器輸出電壓增加，觸發(fā)脈沖前移（變小），提高，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)其恢復(fù)到原來數(shù)值時，又等于給定電壓，系統(tǒng)又達(dá)到

82、平衡狀態(tài)。如果擾動不是來自負(fù)載而是來自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會按上述過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在給定值上運行。同樣道理，當(dāng)電動機(jī)負(fù)載下降，或交流電壓提高時，系統(tǒng)將按與上述相反過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，最后仍能維持電動機(jī)轉(zhuǎn)速近似不變。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR作用如下：</p><p>　　(1)使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差</p><p

83、>　　(2)對負(fù)載變化起抗干擾的作用</p><p>　　(3)輸出限幅值決定電樞主回路的最大容許電流值</p><p>　　3.5.2電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　在設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時，可把已設(shè)計好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的一個環(huán)節(jié)，為此必須求出它的等效傳遞函數(shù)。圖3.7給出了校正成典型型系統(tǒng)的電流環(huán)的結(jié)構(gòu)圖，其閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p>

84、;<p>　　圖3.7 校正成典型型系統(tǒng)的電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　若按=0.5選擇參數(shù)，則</p><p>　　由圖3.7可知電流閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　因此電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)應(yīng)相應(yīng)地改成</p><p>　　原來電流環(huán)的控制對象可以近似看成是個雙慣性環(huán)節(jié)（見圖3.6），其時間常數(shù)是和，閉環(huán)后，整個

85、電流環(huán)等效近似為只有小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電流閉環(huán)后，改造了控制對象，加快了電流跟隨作用。</p><p>　　3.5.3速度環(huán)參數(shù)的確定</p><p>　　(1) 電流環(huán)等效時間常數(shù)</p><p>　?。?×0.0037s＝0.0074s</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)</p><

86、p>　　根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)波紋情況，取＝0.01s</p><p>　　(3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)</p><p>　　按小時間常數(shù)近似處理，取＝＋＝0.0174s</p><p><b>　　(4)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)的限幅值為5V，則</p><p>　　=5

87、V/n＝5/1000＝0.005Vmin/r</p><p>　　3.6轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇及參數(shù)計算</p><p>　　3.6.1結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　動態(tài)結(jié)構(gòu)圖就如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　與電流環(huán)相似，我們可以將轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖化簡為圖3.9

88、。</p><p>　　圖3.9 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的化簡</p><p>　　由于設(shè)計要求穩(wěn)態(tài)無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)該按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　3.6.2參數(shù)的計算</p><p>　　(1)ASR超前時間常數(shù)</p><p&g

89、t;　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h＝5，則</p><p>　?。剑?×0.0174s＝0.087s</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速環(huán)的比例系數(shù)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)增益為</b></p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　3.6.3檢

90、驗近似條件</p><p>　　(1)轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率</p><p>　?。?396.4×0.087＝34.5</p><p>　　(2)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：≤</p><p>　　現(xiàn)在，＝＝54.1l/s>，滿足簡化條件。</p><p>　　小時間常數(shù)近似處理條件：≤</p>&

91、lt;p>　　現(xiàn)在，＝＝38.75l/s>,滿足近似條件。</p><p>　　3.6.4計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 含給定濾波及反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　其中，UGn為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定電壓，－為

92、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓UGi。</p><p>　　按所用運算放大器取R0＝40KΩ，各電阻和電容值計算如下</p><p><b>　　取250 KΩ</b></p><p>　　Cn＝＝0.348μF 取0.4μF</p><p>　　Con＝ 取1μF</p>

93、;<p>　　3.6.5檢驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p>　　如果轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器沒有飽和限幅的約束，可以在很大范圍內(nèi)線性工作，那么，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速過渡過程的超調(diào)量時很大的（如圖3.11a）。實際上，突加給定電壓后不久，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器就進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出恒定的電壓UGim，使電動機(jī)在恒流條件下起動，起動電流Id=Idm=UGim/β，而轉(zhuǎn)速n則按線性規(guī)律增長（如圖3.11b）。雖然這時的起動過程要比

94、調(diào)節(jié)器沒有限幅時慢的多，但是為了保證電流不超過容許值，這是必需的。</p><p><b>　　ASR不飽和</b></p><p><b>　　ASR飽和</b></p><p>　　圖3.11 轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計的調(diào)速系統(tǒng)起動過程</p><p>　　令電機(jī)容許過載倍數(shù)λ＝1.5，負(fù)載

95、系數(shù)z＝0（理想空載起動）。當(dāng)h＝5時，＝81.2％；而=＝355.8r/min,因此，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的退飽和超調(diào)量為</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=15.7％</b></p><p>　　3.7繼電器－接觸器控制電路設(shè)計</p><p>　　由主電路可知，在三相

96、變壓器一次側(cè)接入低壓斷路開關(guān)（空氣開關(guān)），來保護(hù)電器發(fā)生短路，嚴(yán)重過載及欠電壓等不正常情況。</p><p>　　為保護(hù)勵磁回路因負(fù)載電流而造成電機(jī)飛車的危險，在勵磁回路中串入欠電流繼電器。</p><p>　　在變壓器二次側(cè)串入接觸器，操作電路的啟動和停止，則控制回路如下圖3.12</p><p>　　圖3.12 控制回路</p><p>

97、<b>　　工作過程：</b></p><p>　?。?）啟動過程：首先按下SF1,使線圈QA1得電即空氣開關(guān)閉合，則此時通過不控整流電路給勵磁供電。經(jīng)過一段時間線圈QA2得電即三相全控橋開始給電樞供電。電機(jī)啟動玩閉。</p><p>　?。?）停止過程：按下SF2時，線圈QA3通電此時線圈QA2斷電，電樞電流斷開，因斷電繼電器經(jīng)過一段時間不摟住整流電路斷電。完成了停

98、機(jī)</p><p>　　第四章 控制電路的設(shè)計</p><p><b>　　4.1單元部件調(diào)試</b></p><p><b>　　1調(diào)試原則：</b></p><p>　　先部件，后系統(tǒng);先開環(huán)，后閉環(huán);先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)。</p><p>　　2調(diào)整輸出正負(fù)限幅：</p

99、><p>　　加入一定的輸入電壓，調(diào)整正負(fù)限幅電位使輸出正負(fù)最大電壓為。</p><p><b>　　3測定輸出特性：</b></p><p>　　將反饋電容短接，使調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器，向調(diào)節(jié)器輸入端逐漸加入正負(fù)電壓，測出相應(yīng)的輸出電壓，直到輸出達(dá)到限幅值拆除短接線，加給定電壓，用顯示波觀察輸出電壓的變化規(guī)律，改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容觀察輸出電

100、壓的變化。</p><p><b>　　4ASR的調(diào)試：</b></p><p>　　調(diào)整輸出正負(fù)限幅值，使其輸出限幅值等于。將反饋中的電容短接使ASR調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器，向調(diào)節(jié)器輸入端逐漸加入正負(fù)電壓直到達(dá)到輸出限幅值，拆除短接線后，加給定，用掃描示波觀察，輸出電壓的變化規(guī)律，改變調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)及反饋電容觀察輸出電壓的變化。</p><p>

101、<b>　　4.2系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　電流環(huán)的調(diào)試：電動機(jī)不加勵磁;系統(tǒng)開環(huán)，主電路接入電阻RP調(diào)到最大逐漸增加給電壓，用示波器觀察輸出晶體管整流橋兩端電壓波形;增加給定電壓，減小主回路的RP直到I=1.2I,在調(diào)節(jié)電流反饋電容RP，使電流反饋接受速度調(diào)節(jié)器，ASR的輸出限幅值</p><p>　　4.3速度變換器的調(diào)試</p><

102、;p><b>　　電動機(jī)加額定勵磁</b></p><p>　　1系統(tǒng)開環(huán)，逐漸增加給定，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)1500r/min時，調(diào)節(jié)FB，速度反饋使變化反饋電壓為10V左右。</p><p>　　2速度反饋極性判斷，系統(tǒng)中接入ADR構(gòu)成單閉環(huán)系統(tǒng)，若稍加給定，電機(jī)轉(zhuǎn)速即達(dá)到最高轉(zhuǎn)速且調(diào)節(jié)不可控，則表明速度反饋極性有誤。</p><p>　　4.4

103、數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，即可得到雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖4.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由于電流檢測信號中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時間常數(shù)Toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號中的交流分量，但同時也給反饋信號帶來延滯。為了平

104、衡這一延滯作用，在給定信號通道中加入一個相同時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：讓給定信號和反饋信號經(jīng)過同樣的延滯，使二者在時間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計上的方便。</p><p>　　由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用Ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道中也配上時間常數(shù)為Ton的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　

105、　因此，帶濾波環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 帶濾波環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　將前面計算的數(shù)據(jù)帶入圖4.2中，得到本系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 本系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.5仿真軟件MATLAB的介紹<

106、/p><p>　　MATLAB是美國Math Works公司的軟件產(chǎn)品，是一個高級的數(shù)值分析、處理與計算軟件；SIMULINK是基于模型化圖形組態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件，是MATLAB的一個工具箱。</p><p>　　70年代中期，Cleve Moler博士和他的同事在美國國家自然科學(xué)基金的資助下開發(fā)了LINPACK和EISPACK的FORTRAN子程序庫，這兩個程序庫是用于解線性方程和特征值問

107、題的，代表了當(dāng)時矩陣計算軟件的最高水平，MATLAB逐漸為人們所接受并成為應(yīng)用數(shù)學(xué)界的術(shù)語。</p><p>　　80年代初期，工程師John Little領(lǐng)悟到MATLAB的潛在應(yīng)用天地是工程領(lǐng)域，具有較高的商業(yè)價值。因此，他與Moler、Steve Bangert等人一起開發(fā)了第二代專業(yè)版MATLAB（增加了數(shù)據(jù)圖形功能），并與1984年共同創(chuàng)造了Math Works公司，將MATLAB正式推向市場。<

108、/p><p>　　在MATLAB之前，國內(nèi)外已有大量的數(shù)值計算軟件，他們大多是用FORTRAN或C語言編寫，其共同的缺點是：適應(yīng)面窄，可擴(kuò)充性差、不開放等等，推廣應(yīng)用比較難。MATLAB的出現(xiàn)打破了這一局面，它的高度適應(yīng)性、可擴(kuò)充性等優(yōu)良性能吸引了眾多的科技界人士，很多人先后在MATLAB上開發(fā)出自己的“工具箱”，從而使得MATLAB一步步的壯大起來。</p><p>　　SIMULINK使數(shù)

109、字仿真技術(shù)進(jìn)入到一個嶄新的階段，它不需要過多的了解“數(shù)值問題”，而使側(cè)重于系統(tǒng)的建模、分析與設(shè)計問題，其良好的人機(jī)界面即周到的幫助功能使得它廣為科技界與工程界的人們所應(yīng)用。</p><p>　　SIMULINK提供了使用系統(tǒng)模型框圖進(jìn)行組態(tài)的仿真平臺，使用SIMULINK進(jìn)行仿真和分析可以像在紙上繪圖一樣簡單。它比傳統(tǒng)的仿真軟件包更直觀、方便。它是MATLAB的進(jìn)一步擴(kuò)展，它不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與

110、MATLAB、C或者FORTRAN甚至和硬件之間的相互數(shù)據(jù)傳遞，大大的擴(kuò)展了它的功能。SIMULINK不但可以進(jìn)行仿真，也可以進(jìn)行模型分析、控制系統(tǒng)設(shè)計等。</p><p>　　4.6系統(tǒng)的動態(tài)分析</p><p>　　在圖4.4中給出了電動機(jī)的理想起動特性，此時電動機(jī)的起動速度達(dá)到最快。因此，設(shè)計結(jié)果應(yīng)可能接近這一理想特性。</p><p>　　圖4.4 理想

111、電動機(jī)起動特性</p><p>　　在圖4.5中給出了本系統(tǒng)電動機(jī)電流與電動機(jī)轉(zhuǎn)速的起動過程中的動態(tài)特性仿真結(jié)果。</p><p>　　圖4.5 電動機(jī)電流（上）與電動機(jī)轉(zhuǎn)速（下）的仿真</p><p><b>　　從圖中可知：</b></p><p>　　電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)在起動初期產(chǎn)生的超調(diào)量都較小，系統(tǒng)相對穩(wěn)定。&

112、lt;/p><p>　　整個起動過程只需0.6秒，系統(tǒng)的快速性較好</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　雙閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干擾的能力，對元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特

113、性。但反饋回路的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且增益選擇不當(dāng)時會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為提高控制精度，在擾動變量可以測量時，也常同時采用按擾動的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補充而構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。</p><p>　　此系統(tǒng)為了彌補轉(zhuǎn)速的超調(diào)和提高抗擾性能，所以特在轉(zhuǎn)速環(huán)中加入了轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，這一技術(shù)的應(yīng)用，可使突加給定啟動時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器快速達(dá)到飽和狀態(tài)，從而有效地抑制以至消除轉(zhuǎn)速調(diào)速。同時也增強了調(diào)速系統(tǒng)的抗擾能力

114、，在負(fù)載擾動下的動態(tài)速降大大減低，但恢復(fù)時間有所延長。還應(yīng)該指出的是，當(dāng)加入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋后，負(fù)反饋必須帶濾波電阻，否則降會引入新的干擾。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　通過本次設(shè)計課題，使我對在大學(xué)三年中所學(xué)的知識有了比較全面的系統(tǒng)的認(rèn)知，也提高了自己的自學(xué)動手能力，并加深了對相關(guān)知識的復(fù)習(xí)與再更深的理解！雙閉環(huán)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中有

115、著極其主要的地位，掌握和理解其原理結(jié)構(gòu)，對以后的生活和工作都有十分重要的幫助。本次對過去知識的調(diào)動又達(dá)到了溫故而知新的效果，從而達(dá)到了學(xué)有所用的目的。本次設(shè)計不僅煅煉了我們對電路設(shè)計的基本構(gòu)思，也使我們進(jìn)一步了解了如何進(jìn)行高層次的電路設(shè)計，還擴(kuò)充了我們的知識面，增強了我們自由發(fā)揮的能力，并且很大程度的開發(fā)我們自己，挖掘我們自己，使我們受益非淺，充分體現(xiàn)了素質(zhì)教育。也充分的詮釋了自己在大學(xué)期間所學(xué)和所知。</p><p

116、>　　同時也感謝三年來所有老師在學(xué)習(xí)上對我們的諄諄教導(dǎo)，和在生活上對我們的關(guān)心體貼。我相信這四年的學(xué)習(xí)生活，會對我以后的路產(chǎn)生巨大的影響和改變。也希望我能通過本此設(shè)計向各位老師交上一份滿意的答卷！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯時主編. 電力拖動自動控制系統(tǒng). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p>

117、<p>　　[2] 石玉，賈書賢，王文郁編. 電力電子設(shè)計題例與電路設(shè)計指導(dǎo). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[3] 張曉華主編. 控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[4] 教育部高等教育司，北京市教育委員會編. 高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)手冊：電子信息卷. 北京：高等教育出版社，1998</p>

118、<p>　　[5] 黃俊，王兆安編. 電力電子變流技術(shù)（第3版）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[6] 孫漢鵬，孫燕生，房增田編. 無線電愛好者手冊（上）. 北京：人民郵電出版社，1985</p><p>　　[7] 陳懷姫，吳大正，高西全編. MATLAB及在電子信息課程中的應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>