運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--雙閉環(huán)v-m調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　電機(jī)及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書</b></p><p>　　題目：雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電</p><p>　　流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)院： 自動(dòng)化學(xué)院 </p><p>　　專

2、業(yè)： 自動(dòng)化 </p><p>　　姓名： </p><p>　　學(xué)號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2013年11月20日</p><p>&

3、lt;b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，并基于相關(guān)原理，根據(jù)設(shè)定的電機(jī)參數(shù)等已知條件和要求按工程設(shè)計(jì)方法對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）和電流調(diào)節(jié)器（ACR）及其限幅電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器有關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。最終完成了雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主電路以及電流、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，并用Simulink進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，總

4、結(jié)了設(shè)計(jì)心得。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；調(diào)速系統(tǒng)；ASR；ACR；設(shè)計(jì)；計(jì)算；Simulink仿真</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4</b></

5、p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目4</b></p><p><b>　　二、具體內(nèi)容4</b></p><p>　　三、已知條件及直流電機(jī)相關(guān)參數(shù)4</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)要求5</b></p><p><b>　　引

6、 言5</b></p><p>　　1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)6</p><p><b>　　1.1 概述6</b></p><p>　　1.2 系統(tǒng)組成及原理7</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的靜特性與動(dòng)特性8</p><p>　　2.系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算9</p

7、><p>　　2.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3. 系統(tǒng)主回路及控制電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路電路13</p><p>　　3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路13</p><p>　　3.2.1 轉(zhuǎn)速

8、給定器（G）13</p><p>　　3.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）14</p><p>　　3.2.5 電流調(diào)節(jié)器（ACR）15</p><p>　　3.2.6 電流互感器（TA）16</p><p>　　3.2.7 觸發(fā)器（GT）16</p><p>　　3.2.8 轉(zhuǎn)速變速器（FBS）17</

9、p><p>　　3.2.9 直流穩(wěn)壓電源（DC RPS）18</p><p>　　4. Simulink仿真18</p><p>　　4.1 仿真模型的建立18</p><p>　　4.2 仿真波形19</p><p>　　6. 設(shè)計(jì)心得21</p><p>　　7. 參考文獻(xiàn)23<

10、;/p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、具體內(nèi)容</b></p><p>　?。?）主

11、回路及其保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　三、已知條件及直流電機(jī)相關(guān)參數(shù)</p><p>　　采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)=220V，=136A，=1460r/min，電樞電阻=0.2Ω，允許過(guò)載倍數(shù)λ=1.5；</

12、p><p>　　晶閘管裝置=0.00167s，放大系數(shù)=40；</p><p>　　平波電抗器：電阻、電感；</p><p>　　電樞回路總電阻R=0.5Ω；電樞回路總電感L=15mH；</p><p>　　電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪慣量GD2=22.5N·m2；</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器最大給定值=10.2V，轉(zhuǎn)

13、速調(diào)節(jié)器最大給定值=10.5V；</p><p>　　電流濾波時(shí)間常數(shù)=0.002s，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s。</p><p>　　設(shè)計(jì)要求：1.穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無(wú)靜差；2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書

14、，內(nèi)容包括</p><p>　　（1）各主要環(huán)節(jié)的工作原理；</p><p>　　（2）整個(gè)系統(tǒng)的工作原理；</p><p>　　（3）調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過(guò)程。</p><p>　　2.畫出一張?jiān)敿?xì)的電氣原理圖</p><p>　　3.采用Matlab中的Simulink軟件對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，對(duì)計(jì)算得到的調(diào)節(jié)器

15、參數(shù)進(jìn)行校正，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性。將Simulink仿真模型，以及啟動(dòng)過(guò)程中的電流、轉(zhuǎn)速波形圖附在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。 </p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、礦冶、石油、化工、紡織和軍工等行業(yè)，這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)從而提高其運(yùn)行性能對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

16、</p><p>　　自上個(gè)世紀(jì)40年代以來(lái)約半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間里，直流電動(dòng)機(jī)幾乎是唯一能實(shí)現(xiàn)高性能拖動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)，其定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互獨(dú)立并且正交，為控制提供了便捷的方式，使得電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速性能。盡管近年來(lái)直流電動(dòng)機(jī)不斷受到交流電動(dòng)機(jī)及其它電動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，但至今直流電動(dòng)機(jī)仍然是大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制首選，因?yàn)樗哂辛己玫木€性特性、優(yōu)異的控制性能和高效率等優(yōu)點(diǎn)。直流調(diào)速仍然是目前最

17、可靠，精度最高的調(diào)速方法。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是應(yīng)用自動(dòng)控制理論和工程設(shè)計(jì)的方法對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，設(shè)計(jì)出能夠達(dá)到參數(shù)指標(biāo)要求的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，并應(yīng)用MATLAB軟件中的Simulink模塊對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以最終滿足預(yù)設(shè)指標(biāo)的目的。</p><p>　　采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差，如果附帶電流截止負(fù)反饋?zhàn)飨?/p>

18、流保護(hù)則可以限制電流的沖擊，但并不能控制電流的動(dòng)態(tài)波形。我們希望系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)，一直能有電機(jī)過(guò)載能力允許條件下的最大電流，電機(jī)有最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最短的啟動(dòng)時(shí)間，這一點(diǎn)利用單一的電流截止負(fù)反饋是很難實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　此外，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)，使各參數(shù)間相互影響，將導(dǎo)致難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)控。例如，在帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)中，同一調(diào)節(jié)器擔(dān)負(fù)著正常負(fù)載時(shí)的速度調(diào)節(jié)

19、和過(guò)載時(shí)的電流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)無(wú)法保證兩種調(diào)節(jié)過(guò)程均具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。為了解決單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題，可以采用轉(zhuǎn)速、電流串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。這就是本次課程設(shè)計(jì)需要完成的任務(wù)。</p><p>　　1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p

20、>　　在許多應(yīng)用場(chǎng)合，為了充分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械的效能提高生產(chǎn)率，速度控制系統(tǒng)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)以及突加負(fù)載等過(guò)渡過(guò)程中，所以要求速度控制系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)高性能、靜態(tài)的速度控制系統(tǒng)的要求是具有快速跟隨特性（起制性）、較好的抗干擾性和高可靠性（可瞬態(tài)過(guò)載但不過(guò)電流）。因此引入了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速體統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋

21、和比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，但是該控制系統(tǒng)也有自身的缺點(diǎn)，比如要求快速啟動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降等。將電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)結(jié)合在一起，可以專門用來(lái)控制電流。從工作原理上分析，它只能是在超過(guò)臨界電流值以后，才能靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。由于電流截止負(fù)反饋只能限制最大電流，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨電流的減小而下降，使啟動(dòng)加速過(guò)程變慢，啟動(dòng)的時(shí)間也比

22、較長(zhǎng)，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，如龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)等要求經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，要求盡量縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間。為了能實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，依照反饋控制規(guī)律，經(jīng)論證與實(shí)踐，采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就能達(dá)到上述要求。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)組成及原理</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電

23、流即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套鏈接，如圖1所示為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(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。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)，這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　為獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩

24、個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器，這樣就構(gòu)成了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖2所示。兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅Uim決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓最大值Uim；電流調(diào)節(jié)器ACR輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值和最小觸發(fā)角α。</p><p>　　1.3 系統(tǒng)的靜特性與動(dòng)特性</p><p>　　靜特性：在正常負(fù)載情況下，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，電流調(diào)節(jié)器也不飽和。穩(wěn)態(tài)

25、時(shí)，依靠調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，它們的輸入電壓偏差電壓都是零，因此，系統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性。</p><p>　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流上升時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出也將上升，當(dāng)Id上升到一定數(shù)值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速環(huán)失去調(diào)節(jié)作用，呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，速度的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生那個(gè)影響，此時(shí)只剩下電流環(huán)起作用。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示：</p><p>　　動(dòng)特性：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

26、結(jié)構(gòu)如圖4所示，由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)Toi按需要選定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來(lái)了延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定信號(hào)通道中加入一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其作用是：讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)同樣的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶?lái)設(shè)計(jì)上的方便。由測(cè)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(shí)間常數(shù)用Ton表示

27、。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(shí)間常數(shù)為Ton的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　2.系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2.1 電流環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　①電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)：由于已給,因此=+=0.00367s；</p&

28、gt;<p>　?、陔姌谢芈窌r(shí)間常數(shù)：=L/R=0.015/0.5=0.03s。</p><p>　?。?）確定電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)</p><p><b>　?、俳Y(jié)構(gòu)選擇</b></p><p>　　根據(jù)性能指標(biāo)要求: , ,抗干擾性能適中,因此電流環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器選用PI,其傳遞函數(shù)為</p><

29、p><b>　?、趨?shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　為了將電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)，τi應(yīng)對(duì)消控制對(duì)象中的大慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)T1，即取τi=T1=0.03s；為了滿足σi≤5%的要求，應(yīng)取Kop，iT∑i=0.5，因此，有</p><p>　　Kop，i=1/2T∑i=1/

30、2*0.00367=136.2s-1</p><p>　　于是可以求得ACR的比例放大系數(shù)為</p><p>　　Ki=Kop，iτiR/βKs=136.2*0.03*0.5/0.05*40=1.022</p><p><b>　　校驗(yàn)近似條件：</b></p><p>　　a．晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件wci≤1/

31、3Ts，wci= Kop，i=136.2s-1，而1/3Ts=199.6s-1顯然滿足近似條件；</p><p>　　b．電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件wci≤ 1/3(1/TsToi)1/2，而1/3(1/TsToi)1/2=182.4s-1> wci，顯然也滿足近似條件。</p><p>　　③忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件</p><p><b>

32、;　　由于，；</b></p><p><b>　　所以，；</b></p><p><b>　　因此，</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　查表1（典型Ⅰ型系統(tǒng)參數(shù)與動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)的關(guān)系），設(shè)計(jì)后電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為=4.3

33、%<5%,滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　表1 典型Ⅰ型系統(tǒng)參數(shù)與動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)的關(guān)系</p><p>　　2.2 轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（1）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　?、匐娏鳝h(huán)等效時(shí)間常數(shù)：由于電流環(huán)按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且參數(shù)選擇為Kop,i, T∑i=0.5，因此電流

34、環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2 T∑i=2×0.00367=0.00734s。</p><p>　?、谵D(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n：已知轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)為Ton=0.01s ，因此轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n=2 T∑i+Ton=0.00734+0.01=0.01734s。</p><p>　　（2）確定轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)</p><p><b>　?、俳Y(jié)構(gòu)選擇<

35、;/b></p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求無(wú)靜差，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，又考慮到動(dòng)態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　\* MERGEFORMAT </p><p><b>　　②參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　綜合考慮動(dòng)態(tài)抗擾性

36、能和起動(dòng)動(dòng)態(tài)性能，取中頻寬h=5較好，ASR的超前時(shí)間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)放大系數(shù)為</p><p>　　\* MERGEFORMAT </p><p>　　于是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)為</p><p>　　\* MERGEFORMAT </p><p>　　校驗(yàn)近似條件和性能指標(biāo)</p><p><b>　　

37、①</b></p><p><b>　　而，滿足等效條件；</b></p><p>　?、谵D(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，此時(shí)</p><p><b>　　滿足近似處理?xiàng)l件。</b></p><p><b>　　③轉(zhuǎn)速超調(diào)量為</b></p><p

38、><b>　　同時(shí)，有</b></p><p>　　，取中頻寬為，取。因此</p><p><b>　　能夠滿足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p>　　ACR和ASR的傳遞函數(shù)</p><p>　　3. 系統(tǒng)主回路及控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系

39、統(tǒng)主回路電路</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路電路見(jiàn)圖5所示，其實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)三相橋式整流電路，通過(guò)該電路，三相交流電源被整流成為可供直流電機(jī)負(fù)載運(yùn)行的直流電源。</p><p>　　圖5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主回路電路圖</p><p>　　3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)控制電路</p><p>　　3.2.1 轉(zhuǎn)速給定器（G）</p>

40、;<p>　　轉(zhuǎn)速給定器電路見(jiàn)圖7所示，其由兩個(gè)保護(hù)電阻R1與R2、兩個(gè)電位器R3與R4及兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)J1與J2組成；</p><p>　　電位器R3與R4分別用來(lái)調(diào)節(jié)正負(fù)電壓的大小，從而改變給定電壓即給定轉(zhuǎn)速的大?。?lt;/p><p>　　單刀雙擲開(kāi)關(guān)J1控制給定電壓的正負(fù)，即控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)速；J2則用于控制運(yùn)行與停止。</p><p>　　圖6

41、 轉(zhuǎn)速給定器電路圖</p><p>　　3.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路見(jiàn)圖7所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的功能是對(duì)給定和反饋兩個(gè)輸入量進(jìn)行加法、減法、比例、積分和微分等運(yùn)算，使其輸出按某一規(guī)律變化。 它由運(yùn)算放大器，輸入與反饋網(wǎng)絡(luò)及二極管限幅環(huán)節(jié)組成。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用電路運(yùn)算放大器，它具有兩個(gè)輸入端，同相輸入端

42、和反相輸入端，其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 也可當(dāng)作電壓調(diào)節(jié)器 AVR 來(lái)使用，輸出電壓與兩個(gè)輸入端電壓之差成正比。電路運(yùn)算放大器具有開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)大，零點(diǎn)漂移小，線性度好，輸入電流極小和輸出阻抗小等優(yōu)點(diǎn)，可以構(gòu)成理想的調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖7 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖</p><p>　　3.2.5 電流調(diào)節(jié)器（ACR）</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器電路見(jiàn)圖8所示，其適

43、用于可控制傳動(dòng)系統(tǒng)中，對(duì)其輸入信號(hào)（給定量和反饋量）可進(jìn)行加法、減法、比例、積分、微分和延時(shí)等運(yùn)算或者同時(shí)兼做上述幾種運(yùn)算以使其輸出量按某種預(yù)定規(guī)律變化。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器由以下幾部分組成：運(yùn)算放大器，二極管限幅、輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)、反饋?zhàn)杩咕W(wǎng)絡(luò)等。</p><p>　　圖8 電流調(diào)節(jié)器電路圖</p><p>　　3.2.6 電流互感器（TA）</p&

44、gt;<p>　　電流互感器電路如圖9所示，本系統(tǒng)中的電流互感器采用不完全星形接線，用于測(cè)量顯三相三線電力裝置中的三相電流。</p><p>　　圖9 電流互感器電路圖</p><p>　　3.2.7 觸發(fā)器（GT）</p><p>　　觸發(fā)器電路見(jiàn)圖10所示，采用集成觸發(fā)器。</p><p>　　集成觸發(fā)電路具有可靠性高，技術(shù)

45、性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。</p><p>　　圖10 觸發(fā)器電路圖</p><p>　　3.2.8 轉(zhuǎn)速變速器（FBS）</p><p>　　轉(zhuǎn)速變換器電路如圖11所示，其用于轉(zhuǎn)速反饋的調(diào)速系統(tǒng)中，將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉(zhuǎn)

46、速成正比的直流電壓作為速度反饋。</p><p>　　圖11 轉(zhuǎn)速變換器電路圖</p><p>　　3.2.9 直流穩(wěn)壓電源（DC RPS）</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源電路如圖12所示，其由三相交流電經(jīng)整流和穩(wěn)壓所得，用于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中所有需要±15V直流電源的器件。</p><p>　　圖12 直流穩(wěn)壓電源電路圖<

47、;/p><p>　　4. Simulink仿真</p><p>　　4.1 仿真模型的建立</p><p>　　進(jìn)入MATLAB，單擊MATLAB命令窗口工具欄中的Simulink圖標(biāo)，打開(kāi)Simulink模塊瀏覽器窗口。</p><p>　　打開(kāi)模型編輯窗口，選中所需的子模塊，拖入模型編輯窗口。雙擊模塊圖案，則出現(xiàn)關(guān)于該圖案的對(duì)話框，通過(guò)修改對(duì)

48、話框內(nèi)容來(lái)設(shè)定模塊的參數(shù)，模塊中需要修改的相關(guān)參數(shù)由前部分中計(jì)算所得。</p><p>　　完成了對(duì)模塊參數(shù)的調(diào)整后就可以根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對(duì)各模塊予以連接，完整的仿真模型如圖13所示。</p><p><b>　　4.2 仿真波形</b></p><p>　　電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，仿真的電流曲線、轉(zhuǎn)速曲線分別如圖14、15、16。由圖易

49、見(jiàn)，滿足轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流超調(diào)量。</p><p>　　由Simulink仿真的波形來(lái)看，各個(gè)環(huán)節(jié)參數(shù)的設(shè)計(jì)和校正是較為合理的，綜上可以認(rèn)為，雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)滿足了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖13 電流環(huán)電流圖</p><p><b>　　圖15 電流曲線圖</b></p><

50、p><b>　　圖16 轉(zhuǎn)速曲線圖</b></p><p><b>　　6. 設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　本人此次負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)，查閱了各種相關(guān)資料和比對(duì)了多種類型的相似電路。對(duì)于主控電路，在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)有了較為成熟的設(shè)計(jì)，以三相橋式全控整流電路為主，故此次也選擇了該方案。</p><p>　　對(duì)于控制電路

51、，先根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用中對(duì)關(guān)鍵電氣參數(shù)的要求，完善出實(shí)用的電氣結(jié)構(gòu)，作出結(jié)構(gòu)圖，對(duì)具有特定功能的部件進(jìn)行模塊化，以方便下一步對(duì)每一模塊功能的設(shè)計(jì)。雖然查閱了很多資料，但由于對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速的設(shè)計(jì)多停留在理論設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，給出的具體實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的電路較少，完成每一個(gè)模塊控制器件的設(shè)計(jì)還是具有一定難度的。通過(guò)尋找成熟的原理電路，結(jié)合本系統(tǒng)的具體需要和自己的理解，我選擇并修改了查找到的類似功能電路，使得其更適用于本系統(tǒng)

52、。在設(shè)計(jì)完成后，聽(tīng)取了本組成員的意見(jiàn)，對(duì)電機(jī)控制電路的功能進(jìn)行了改進(jìn)和完善，并用multisim對(duì)所有電路圖進(jìn)行了繪制。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多新的東西，極大地拓寬了知識(shí)面,鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到較大提高，感到收獲不小。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了大量問(wèn)題，有些在設(shè)計(jì)過(guò)程中已經(jīng)解決，有些還要待今后慢慢學(xué)習(xí)，只要學(xué)習(xí)就會(huì)有更多的問(wèn)題，有更多的難點(diǎn)，但也會(huì)有更多的收獲。</p><p>

53、;　　總之，課程設(shè)計(jì)作為一種教學(xué)方式，鞏固了我們課堂上所學(xué)的知識(shí)，提高了我們對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情，鍛煉了我們運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我們收獲了很多。</p><p>　　由于本人水平有限，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可能有不當(dāng)之處，懇請(qǐng)老師不吝指正。</p><p><b>　　7. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1．陳伯時(shí)．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——

54、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　2．李華德等．電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)）．電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　3．阮毅，陳維鈞．運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)．清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　3．王鑒光．電機(jī)控制系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社，1994</p><p>　　4．王兆安，劉進(jìn)軍．電力

55、電子技術(shù)（第5版）．機(jī)械工業(yè)出版社，2011</p><p>　　5．張志涌等．精通MATLAB R2011a．北京航空航天大學(xué)出版社，2011</p><p>　　6．曾軍，方厚輝．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID 控制及其MATLAB 仿真．現(xiàn)代電子技術(shù)，2004，27(2)：51-52</p><p>　　7．張澤旭．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制與MATLAB 仿真．哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，