運(yùn)控課程設(shè)計(jì)--雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　

2、指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　撰寫日期： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求分析1</p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1</p><p>　　1.2 課程設(shè)計(jì)

3、要求分析2</p><p>　　第二章 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)原則8</p><p>　　2.2 Ⅰ型系統(tǒng)與Ⅱ型系統(tǒng)的性能比較8</p><p>　　2.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)13</p><p>　　第三章 Simulink仿真18</p><p&

4、gt;　　3.1 電流環(huán)的仿真設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)20</p><p>　　第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)22</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p>　　第一章 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

5、與要求分析</p><p><b>　　1.1課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.1.1設(shè)計(jì)參數(shù) </p><p>　　三相橋式整流電路，已知參數(shù)為：</p><p>　　PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=1.82V.min/r,電樞回路總電阻R=0.14

6、Ω，允許電流過載倍數(shù)λ=1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.112s電流反饋時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.02s。且調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓U*nm=U*in=U*cm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40KΩ。</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　1）根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并

7、確定閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，畫出系統(tǒng)組成的原理框圖。</p><p>　　2） 建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。</p><p>　　3）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)技術(shù)要求，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，確定ASR調(diào)節(jié)器與ACR調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)形式及進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，使調(diào)速系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。</p><p>　　4） 利用MATLAB進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真分析，并研究參數(shù)變

8、化時(shí)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的影響。</p><p>　　1.1.3 設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　1）該調(diào)速系統(tǒng)能進(jìn)行平滑地速度調(diào)節(jié)，負(fù)載電機(jī)不可逆運(yùn)行，具有較寬地轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍（），系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。</p><p>　　2）系統(tǒng)靜特性良好，無靜差（靜差率）。</p><p>　　3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量δn≤10%，電流超調(diào)量

9、，動(dòng)態(tài)最大轉(zhuǎn)速降，調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）。</p><p>　　4)系統(tǒng)在5%負(fù)載以上變化的運(yùn)行范圍內(nèi)電流連續(xù)。</p><p>　　5)主電路采用三項(xiàng)全控橋。</p><p>　　1.2課程設(shè)計(jì)要求分析</p><p>　　1.2.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反

10、饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)連接，如圖2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)節(jié)器。因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系

11、統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　圖2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖中U*n、Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓；U*i、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓； ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

12、器； ACR—電流調(diào)節(jié)器；TG—測(cè)速發(fā)電機(jī)；TA—電流互感器；UPE—電力電子變換器。</p><p>　　1.2.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性</p><p>　　圖3：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限

13、幅值；不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時(shí)總是為零。</p><p>　　實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。</p><p>　　1．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和</p><p>　　這時(shí)

14、，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，</p><p>　　= == （1-1）</p><p>　　= = （1-2）</p><p>　　由式（1-1）可得：n==</p><p>　　從而得到靜特性曲線的CA段。與此同時(shí)，由于ASR不飽和，<可知<，這就是說，CA段特性從

15、理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到=。而，一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。</p><p><b>　　2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和</b></p><p>　　這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)：</p><p>　　=

16、= （1-3）</p><p>　　其中，最大電流取決于電動(dòng)機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于的情況，因?yàn)槿绻瑒t，ASR將退出飽和狀態(tài)。</p><p>　　圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性曲線</p><p>　　1.2.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型</p>

17、<p>　　雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流顯露出來。</p><p>　　圖5：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</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)起動(dòng)時(shí)

18、，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓、電流調(diào)節(jié)器輸出電壓、可控整流器輸出電壓、電動(dòng)機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形過程如圖2—8所示。由于在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。</p><p>　　圖6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形</p><p>　　第一階段是電流上升階段。當(dāng)突加給定電壓時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的機(jī)電慣性較大，電動(dòng)機(jī)還

19、來不及轉(zhuǎn)動(dòng)（n=0），轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，這時(shí)，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。當(dāng)增加到（負(fù)載電流）時(shí)，電動(dòng)機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，以后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出很快達(dá)到限幅值，從而使電樞電流達(dá)到所對(duì)應(yīng)的最大值（在這過程中的下降是由于電流負(fù)反饋所引起的），到這時(shí)電流負(fù)反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即</p><p><b>　?。?-3）</b>&

20、lt;/p><p>　　式中，——電流反饋系數(shù)。</p><p>　　速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值正是按這個(gè)要求來整定的。</p><p>　　第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，這是啟動(dòng)過程的主要階段，在這個(gè)階段中，ASR一直是飽和的，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)。由于電流保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為

21、恒值，所以轉(zhuǎn)速n按線性規(guī)律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動(dòng)過程中電流調(diào)節(jié)器是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。</p><p>　　第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在這個(gè)階段中起作用。開始時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)上升到給定值，ASR的給定電壓與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在以最大電流下加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。超調(diào)后，，使ASR退出飽和，其

22、輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，也隨之降了下來，但是，由于仍大于負(fù)載電流，在開始一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到時(shí)，電動(dòng)機(jī)才開始在負(fù)載的阻力下減速，知道穩(wěn)定（如果系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)不夠好，可能振蕩幾次以后才穩(wěn)定）。在這個(gè)階段中ASR與ACR同時(shí)發(fā)揮作用，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速等于給定值，電樞電流等于

23、負(fù)載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　ACR的輸出電壓為</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　

24、由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動(dòng)過程的大部分時(shí)間內(nèi)，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實(shí)現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)一定有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)ASR發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。</p><p>　　第二章 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)</p><

25、;p>　　2.1 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　為了保證轉(zhuǎn)速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：</p><p>　　1。 保證轉(zhuǎn)速在設(shè)定后盡快達(dá)到穩(wěn)速狀態(tài)；</p><p>　　2。 保證最優(yōu)的穩(wěn)定時(shí)間；</p><p>　　3。 減小轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p>&

26、lt;p>　　為了解決上述問題，就必須對(duì)轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)的需要。</p><p>　　建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：</p><p><b>　　概念清楚、易懂；</b></p><p>　　計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；</p><p>　　不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方

27、向；</p><p>　　能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡(jiǎn)明的計(jì)算公式；</p><p>　　適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程設(shè)計(jì)包括確定典型系統(tǒng)、選擇調(diào)節(jié)器類型、計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)、計(jì)算調(diào)節(jié)器電路參數(shù)、校驗(yàn)等內(nèi)容。</p><p>　　在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時(shí)，只采用少量的典型系統(tǒng)，

28、它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時(shí)只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算一下就可以了，這樣就使設(shè)計(jì)方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量。</p><p>　　2.2 Ⅰ型系統(tǒng)與Ⅱ型系統(tǒng)的性能比較 </p><p>　　許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為：</p><p>　　根據(jù)W(s)中積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)的不同，將該控制系統(tǒng)稱為0型、Ⅰ型、

29、Ⅱ型……系統(tǒng)。自動(dòng)控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)是有差的，而Ⅲ型及Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，通常為了保證穩(wěn)定性和一定的穩(wěn)態(tài)精度，多用Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)，典型的Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　一般說來典型Ⅰ型系

30、統(tǒng)在動(dòng)態(tài)跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗憂性能差；而典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對(duì)要大一些而抗擾性能卻比較好?；诖耍谵D(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個(gè)重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調(diào)是設(shè)計(jì)電流環(huán)首先要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設(shè)計(jì)為Ⅰ型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)以此為限定條件。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設(shè)計(jì)為Ⅱ型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts和電流濾波時(shí)間常數(shù)T

31、oi一般都比電樞回路電磁Tl小很多，可將前兩者近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，取T∑i=Ts+Toi。這樣，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對(duì)象是一個(gè)雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設(shè)計(jì)成典型Ⅰ型系統(tǒng)，同理，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對(duì)象形如式(2-1)。如前所述，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計(jì)成Ⅱ型系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計(jì)成PI型調(diào)節(jié)器，如下式所示:</p><p>　?。?-3）2.3 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p>

32、<p>　　2.3.1 結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)和結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響，即E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如圖7所示。</p><p>　　圖7 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡(jiǎn)</p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是：</p><p>　　式中-------電流

33、環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s) / ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。</p><p>　　圖8 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)</p><p>　　最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為</p>

34、<p>　　T∑i = Ts + Toi </p><p>　　則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖8</p><p>　　圖8 小慣性環(huán)節(jié)的近似處理</p><p>　　2.3.2 時(shí)間常數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1、直流電機(jī)參數(shù)Ce=（440-365*0.04）/950=0.448 </p><p>

35、;　　2、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s。</p><p>　　3、電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s。</p><p>　　4、電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T∑=Ts+Toi=0。0017s +0。002s =0.0037s</p><p>　　5、電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)</p><p>　　6、電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)</p>

36、;<p>　　2.3.3 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　要求電流無靜差，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。 </p><p>　　電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器

37、，其傳遞函數(shù)可以寫成 </p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：，參照典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表格，可以看出各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的

38、。</p><p>　　2.3.4 計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.07s。</p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求δi＜5%時(shí)，應(yīng)取KIT∑i=0.5，因此</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為：</p><p>　　2.3.5 校驗(yàn)近似條件</p&

39、gt;<p>　　電流環(huán)截止頻率：ci=KI=135.1s-1；</p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件：</p><p><b>　　滿足近似條件</b>&l

40、t;/p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　2.3.6 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p><p>　　圖9 PI型電路調(diào)節(jié)器的組成</p><p>　　按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為：</p>

41、;<p>　　2.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)</p><p>　　電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為</p><p>　　用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖10所示</p>

42、;<p>　　和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成U*n(s)/，再把時(shí)間常數(shù)為1 / KI 和 T0n 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p>　　圖10 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖為圖11</p><p>　　圖11 等

43、效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.4.2 確定時(shí)間常數(shù)</p><p>　　1、電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知KIT∑i=0.5，則</p><p>　　2、轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton。根據(jù)已知條件可知Ton=0.01s</p><p>　　3、轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n。按小時(shí)間常數(shù)近似處

44、理，取</p><p>　　2.4.3 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為&l

45、t;/p><p>　　式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　2.4.4 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：&

46、lt;/b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：</p><p>　　2.4.5 檢驗(yàn)近似條件</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 </p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速

47、環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　2.4.6 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　圖12 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的組成</p><p><b>　　取R0=40k，則</b></p><p>　　當(dāng)h=5時(shí)，

48、查詢典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)的表格可以看出，不能滿足設(shè)計(jì)要求，需要添加微分負(fù)反饋：</p><p>　　第三章 Simulink仿真</p><p>　　3.1 電流環(huán)的仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　校正后電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡(jiǎn)和相關(guān)計(jì)算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：</p><p>　　圖13 電流環(huán)的

49、仿真模型</p><p>　　圖14 電流環(huán)的仿真結(jié)果</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　校正后電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡(jiǎn)和相關(guān)計(jì)算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：</p><p>　　圖15 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型</p><p>　　圖16 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果</

50、p><p>　　3.3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)</p><p>　　圖18 雙閉環(huán)的仿真結(jié)果</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　隨著社會(huì)化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動(dòng)裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用，對(duì)其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)調(diào)

51、速，因此我們就要對(duì)這樣的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。本次課程設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論和實(shí)際運(yùn)用能力，既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。課設(shè)中，我們小組成員一起到圖書館和上網(wǎng)查找相關(guān)資料，結(jié)合工業(yè)實(shí)際情況，逐個(gè)分析優(yōu)劣，確定了最后方案。在本次的課程設(shè)計(jì)也遇到了不少的問題，但都是些關(guān)于基本知識(shí)的小毛病，在我們的努力下，這些問題都被我們一一查出并改正過來。這說明我們?cè)谶^程控制課程學(xué)

52、習(xí)當(dāng)中還不夠仔細(xì)認(rèn)真，在以后的學(xué)習(xí)中，我們會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)，為以后的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制回路主要由檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，檢測(cè)電路又包括轉(zhuǎn)速檢測(cè)和電流檢測(cè)等部分。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。本次實(shí)訓(xùn)脫離不了集體的力量遇到問題和同學(xué)互相討論交流。多和同學(xué)討論。我們?cè)谧?/p>

53、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的過程中要不停的討論問題，這樣我們組員可以盡可能的統(tǒng)一思想。這樣就不會(huì)使在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便最后設(shè)計(jì)和在一起。討論不僅是一些思想的問題，還可以深入的討論一些技術(shù)上的問題，這樣可以使自己的處理問題要快一些，少走彎路。</p><p>　　通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)，合作能力得到提高。在設(shè)計(jì)的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解

54、決分工中個(gè)人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。</p><p><b>　　總結(jié)人：</b></p><p>　　2012 12 15</p><p><b>　　參考文

55、獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 史國生主編. 電氣控制與可編程控制器技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[2] 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2002</p><p>　　[3] 鄧則名.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1997</p><p>