畢業(yè)設計--雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、<p><b>　　目錄頁</b></p><p>　　第一章 緒論………………………………………………………………………2</p><p>　　1-1課題背景，實驗目的與實驗設備…………………………………………2</p><p>　　1-2國內(nèi)外研究情況……………………………………………………………3</p><

2、p>　　第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計理論………………………………………………3</p><p>　　2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)…………………………………………………3</p><p>　　2-2系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能指標…………………………………………………4</p><p>　　2-3非典型系統(tǒng)的典型化………………………………………………………6</p&g

3、t;<p>　　2-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設計…………………………………………7</p><p>　　第三章 模型參數(shù)測定和模型建立………………………………………………9</p><p>　　3-1系統(tǒng)模型參數(shù)測定實驗步驟和原理…………………………………………9</p><p>　　3-2模型測定實驗的計算分析…………………………………………………

4、11</p><p>　　3-3系統(tǒng)模型仿真和誤差分析…………………………………………………18</p><p>　　第四章 工程設計方法設計和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng)…………………22</p><p>　　4-1 設計整定的思路……………………………………………………………22</p><p>　　4-2 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正

5、，簡化……………………………23</p><p>　　4-3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡化………………………………25</p><p>　　4-4系統(tǒng)的實際運行整定………………………………………………………27</p><p>　　4-5 關于ASR和ACR調(diào)節(jié)器的進一步探討……………………………………33</p><p>　　第五章

6、設計分析和心得總結(jié)……………………………………………………34</p><p>　　5-1實驗中出現(xiàn)的問題…………………………………………………………34</p><p>　　5-2實驗心得體會………………………………………………………………35</p><p>　　第六章 實驗原始數(shù)據(jù)……………………………………………………………38</p><

7、;p>　　6-1建模測定數(shù)據(jù)………………………………………………………………38</p><p>　　6-2 系統(tǒng)調(diào)試實驗數(shù)據(jù)…………………………………………………………39</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1-1課題背景，實驗目的與實驗設備</p><p>　　轉(zhuǎn)速，電流反饋

8、控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種動靜態(tài)特性優(yōu)良的直流調(diào)速系統(tǒng)，它的控制規(guī)律是建立在經(jīng)典控制規(guī)律的基礎上的，用傳遞函數(shù)建立動態(tài)數(shù)學模型，并從傳遞函數(shù)模型和開環(huán)頻域特性去總結(jié)其控制規(guī)律，用跟隨和抗擾兩個方面的指標去衡量它的動靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)速，電流反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種串級系統(tǒng)，所以其整定系統(tǒng)參數(shù)的方法也借鑒了一般串級系統(tǒng)的差別，但又有不同于一般串級系統(tǒng)的。</p><p>　　本次實驗的主要目的是針對一套調(diào)速系統(tǒng)（包括電源，電機

9、，勵磁回路等）建立模型并整定出帶濾波的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入運行。實驗正值暑期實踐及國際交流周，我們將用兩周的時間來完成參數(shù)測定實驗，系統(tǒng)建模，調(diào)節(jié)器整定和系統(tǒng)投入運行。</p><p>　　本次實驗的實驗設備包括：</p><p>　　實驗設計的基本要求是：</p><p>　　1-2國內(nèi)外研究情況</p><p>　　雖然目前的

10、直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，調(diào)速系統(tǒng)的信號給定已經(jīng)做成集成電路，許多邏輯判斷通過嵌入式系統(tǒng)或者工業(yè)控制機加入調(diào)速系統(tǒng)，但對它乃至電力拖動系統(tǒng)的研究是不會結(jié)束的，當前國內(nèi)外關于電力拖動系統(tǒng)的研究主要集中在</p><p>　　應用現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論雖然物理概念明確，理論分析直觀，但存在不能實現(xiàn)最優(yōu)控制和大系統(tǒng)控制等問題。隨著離散控制器及其理論的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論有了用武之地。高性能的計算機可以實時完成復雜的運

11、算；系統(tǒng)辨識，參數(shù)估計和算法魯棒性上的應用，大幅改善了控制效果。</p><p>　　研發(fā)新型的電力電子器件，隨著電力電子器件走向耐高壓，大功率，高頻化和智能化，新型的電力拖動系統(tǒng)能擁有更可靠的性能，能適應更極端的工作條件。</p><p>　　與嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)合，嵌入式操作系統(tǒng)的加入能使電力拖動系統(tǒng)擁有更強大的功能，包括聯(lián)網(wǎng)的云檢測故障，大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作等，此外，基于Linux的數(shù)字伺

12、服系統(tǒng)無疑是目前的研究熱點。</p><p>　　第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設計理論 </p><p>　　2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，無論是電機還是調(diào)節(jié)器都被看成一個拉普拉斯變換成的域模型，這些環(huán)節(jié)通過串并聯(lián)合反饋連接在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)，要對系統(tǒng)進行分析，就要先清楚一些典型系統(tǒng)的特性。<

13、/p><p>　　典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)的區(qū)別在于原點處零極點的個數(shù)不同，而除原點外其他處的零極點個數(shù)則區(qū)分了同一典型系統(tǒng)的不同系統(tǒng)。</p><p>　　典型Ⅰ型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　,分別為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)和開環(huán)增益。</p><p>　　典型Ⅱ型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　為一個比

14、例微分因子，附帶了慣性環(huán)節(jié)，比例微分因子存在的的作用是把系統(tǒng)的相頻特性提升到線以上，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p>　　典型Ⅰ型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　為系統(tǒng)的自然振蕩頻率</p><p><b>　　為系統(tǒng)的阻尼比</b></p><p>　　典型Ⅰ型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p>&l

15、t;p>　　為斜率為的中頻段寬度。</p><p>　　對于Ⅰ型系統(tǒng)而言，開環(huán)增益K越大，截至頻率也越大，系統(tǒng)的響應也越快，但是相角裕量裕量會變小，在響應上的表現(xiàn)就是調(diào)節(jié)時間變短，但是振蕩會加劇。</p><p>　　2-2系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能指標</p><p>　　在控制系統(tǒng)中設置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能，而要衡量調(diào)節(jié)器的設置和調(diào)整是否恰當，就需要

16、一些相應的指標。</p><p>　　這些指標包括兩大類，在下表中列出</p><p>　　表2-1 性能指標及其定義</p><p>　?、裥拖到y(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個二階系統(tǒng)，它的暫態(tài)響應特性指標與系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩頻率有關，并且可以歸納成下表</p><p>　　表2-2 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關系</p&g

17、t;<p>　?、蛐拖到y(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個三階系統(tǒng)，可以將它用主導零極點法簡化成二階系統(tǒng)進行分析，它的跟隨性能指標也可以歸納為</p><p>　　表2-3 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標</p><p>　　2-3非典型系統(tǒng)的典型化</p><p>　　實際控制對象的傳遞函數(shù)多種多樣，往往受很多參數(shù)影響，并且直接由微分方程建立的是高次模型。為了構(gòu)造成

18、低階的典型系統(tǒng)，需要做許多近似處理，包括，</p><p>　　1.高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理</p><p>　　當高頻段有幾個小時間常數(shù)（,…）時，用一個小時間常數(shù)來代替，并且有</p><p>　　高階系統(tǒng)降階近似處理</p><p>　　考察一般情況下的高階系統(tǒng)</p><p><b>　　系統(tǒng)穩(wěn)定，

19、即存在</b></p><p>　　則忽略系統(tǒng)的高次項，將系統(tǒng)簡化為</p><p>　　低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理</p><p>　　當系統(tǒng)中存在時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時，存在近似條件</p><p><b>　　,或者</b></p><p>　　則慣性環(huán)節(jié)可以等效為，事實上，等

20、效后的相角裕量減小了，也就是說如果等效后的系統(tǒng)可以穩(wěn)定的話，等效前的系統(tǒng)一定穩(wěn)定，這也充分證明了這種等效是可用的。</p><p>　　2-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設計</p><p>　　1.設計內(nèi)環(huán)的電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　首先要對電流內(nèi)環(huán)進行簡化，忽略反電動勢的影響，再將內(nèi)環(huán)等效為單位負反饋，進行小慣性環(huán)節(jié)近似處理，可以得到</p>&

21、lt;p>　　圖2-2 電流內(nèi)環(huán)的簡化</p><p>　　其中 和 一般都比小得多，可以近似為一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為</p><p>　　設計出電流調(diào)節(jié)器后將電流環(huán)作等效處理</p><p>　　而內(nèi)環(huán)可以簡化為典型Ⅰ型環(huán)節(jié)，從而在穩(wěn)態(tài)性能上得到電流無靜差，在暫態(tài)性能上有較強的跟蹤能力。</p><p><b>　　

22、系統(tǒng)參數(shù)要求滿足</b></p><p>　　由性能指標就可以求出系統(tǒng)的開環(huán)增益和調(diào)節(jié)器的比例增益系數(shù)</p><p>　　由增益和時間常數(shù)設計出調(diào)節(jié)器</p><p>　　圖2-3 ACR和ASR所用的帶濾波PI調(diào)節(jié)器</p><p>　　最后將電流環(huán)簡化成一個典型Ⅰ型系統(tǒng)，作為外環(huán)的一個環(huán)節(jié)</p><p&

23、gt;<b>　　2.設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　進行小時間常數(shù)近似處理</p><p>　　圖2-4 簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán)</p><p>　　將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型Ⅱ系統(tǒng)，以保證轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾動能力。再計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例增益和時間常數(shù)</p><p>　　從而得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電阻和電容值</p>

24、<p>　　第三章 模型參數(shù)測定和模型建立</p><p>　　3-1系統(tǒng)模型參數(shù)測定實驗步驟和原理</p><p>　　表3-1 各模型參數(shù)的測量方法</p><p>　　3-2模型測定實驗的計算分析</p><p><b>　　(1) 測量參數(shù)</b></p><p>　　表3-2

25、電樞內(nèi)阻的測量結(jié)果</p><p>　　測量結(jié)果的不同主要是由于電機轉(zhuǎn)軸的偏心，導致?lián)Q向片和電樞間接觸或緊或松，接觸電阻或小或大，實際電機運行中還存在氣隙偏心等問題，但是只要對電樞電阻的影響小于就可以忽略。如上表，三次測量結(jié)果和均值的相對偏差都小于1%，考慮三次測量的位置互成，轉(zhuǎn)子偏心對電樞內(nèi)阻的影響可以抵消，所求的電樞內(nèi)阻平均值是可信的</p><p><b>　　(2)測量參

26、數(shù)</b></p><p><b>　　計算公式</b></p><p>　　表3-3 電動勢系數(shù)的測量結(jié)果 </p><p>　　電動勢轉(zhuǎn)速系數(shù)是電動機旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組內(nèi)部切割磁力線所感應的電動勢相對于轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)，也稱為發(fā)電系數(shù)或感應電動勢系數(shù)。電動勢系數(shù)直接反映了勵磁的強弱，實驗中沒有改變勵磁回路的電阻，所以這個電動勢系數(shù)

27、是一直適用的。</p><p>　　本組數(shù)據(jù)是僅有的一組既測量了 又同時加了勵磁的數(shù)據(jù)，這就意味著這組數(shù)據(jù)可以在某種程度上用來檢驗建立后模型的準確性。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)中的和建立模型后仿真得到的結(jié)果又較大差異，這一點有可能是勵磁變化導致的，在后面的模型偏差分析中會做較詳細的討論。 </p><p><b>　　(3)電源等效內(nèi)阻</b&

28、gt;</p><p><b>　　計算公式</b></p><p>　　表3-4 電源內(nèi)阻的測量結(jié)果</p><p>　　通過聯(lián)立電樞回路的KVL方程，利用轉(zhuǎn)速為0，電樞電流與電源端電壓的關系，消去轉(zhuǎn)速和電樞回路電阻，求電源內(nèi)阻。但是實驗時求取的電樞電流不夠精確，導致求不出精確的電源內(nèi)阻，根據(jù)經(jīng)驗，電源內(nèi)阻在10~20之間，所以所得的電阻值可

29、以勉強使用。</p><p><b>　　(4)電源放大系數(shù)</b></p><p><b>　　計算公式</b></p><p>　　表3-5 電源放大系數(shù)的測量結(jié)果</p><p>　　圖 期望的電源放大系數(shù)關系</p><p>　　給定電壓和電源輸出電壓的關系只有在一

30、定范圍內(nèi)才可以被看成一個比例關系，過小的給定電壓，輸出處于死區(qū)，而過大的給定電壓又會使輸出飽和，輸出電壓的值不再隨給定電壓的增加而增加。通常系統(tǒng)工作在死區(qū)和飽和區(qū)中間的線性區(qū)內(nèi)。</p><p>　　由于實驗中給定電壓的范圍沒有選好，導致給定電壓較小時的死區(qū)特性沒有明顯的表示出來。此外實驗區(qū)線中的線性區(qū)也遠不如期望曲線那樣直。</p><p>　　實際上觸發(fā)角控制電壓的關系如下</p

31、><p>　　整流輸出的瞬時電壓和平均電壓為</p><p>　　其中為脈沖觸發(fā)延遲角 整流輸出的最大電壓 為一個周期內(nèi)的脈動個數(shù)</p><p>　　結(jié)合影響觸發(fā)角的原理，輸出電壓不僅由于器件存在飽和現(xiàn)象和不靈敏現(xiàn)象，同時受電感變化和諧波的影響，使得Ks即使在線性段也有較大的變化。</p><p>　　在的關系中表現(xiàn)為兩者的斜率，這個斜率應該

32、隨著的增加而先變大后變小，但在為1V時出現(xiàn)了一些反復，這應該是由于測量過程中的誤差帶來的，是由于在記錄這一點數(shù)據(jù)時沒有將電樞電流調(diào)回0.5A導致的。</p><p>　　要得到模型中放大系數(shù)，可以用線性區(qū)中幾組的平均值。</p><p><b>　　表3-6 的線性化</b></p><p><b>　　直接測量得到的量</b&

33、gt;</p><p>　　測得平波電抗器的電阻后就可以得到電樞回路的總電阻</p><p>　　由直接測量得到的兩個電感值和電樞回路總電阻就可以得到電機的電磁時間常數(shù)</p><p>　　示波器采集到的轉(zhuǎn)速-時間波形</p><p>　　圖 3-1 突加給定后的電機電流響應</p><p>　　由以上的波形圖可以大致

34、求出系統(tǒng)的機電時間常數(shù)</p><p>　　求出陰影部分的面積為</p><p>　　縱坐標一格代表 1.4A/4=0.35A</p><p><b>　　機電時間常數(shù)為</b></p><p>　　綜上，典型話后系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的系數(shù)為</p><p>　　表3-7 模型參數(shù)的取值&

35、lt;/p><p>　　系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為</p><p>　　圖3-2 V-M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3-3系統(tǒng)模型仿真和誤差分析</p><p>　　利用求取電動勢系數(shù)的轉(zhuǎn)速-給定表和，不同電樞電流對應的電源放大系數(shù)表可以對已經(jīng)建立的模型進行檢驗，雖然求電源放大系數(shù)時沒有加入勵磁磁通，電機沒有轉(zhuǎn)速，但鑒于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速帶來的反電動勢

36、不影響電源環(huán)節(jié)的輸入輸出，所以和的關系是可以使用的。</p><p>　　在已經(jīng)建立的晶閘管-電動機系統(tǒng)模型中改變的值，可以得到</p><p>　　表3-8 模型靜特性與測得的特性對比</p><p>　　圖3-3 模型響應和實驗結(jié)果的對比</p><p>　　比較可知，由參數(shù)測定得到的模型在轉(zhuǎn)速和電源電壓上偏小，由</p>

37、<p>　　下面通過仿真探討模型誤差可能的來源。</p><p>　　晶閘管整流器輸出的電源電壓較大時，也是電機轉(zhuǎn)速較高的時候，對應的給定電壓也較大，可以看到，實驗數(shù)據(jù)和通過實驗數(shù)據(jù)建立的模型仿真結(jié)果又較大的差異，可能有以下一些原因帶來了模型偏差</p><p>　?、賹嶒炛袆畲糯磐赡芨淖兞?，導致測量轉(zhuǎn)速時的勵磁磁通和建立模型某一參量時的勵磁磁通不相匹配，也就是說在這一模型中電

38、動勢系數(shù)是不合適的。</p><p>　?、趯嶒炛须姌须妷簻y量存在偏差，由于電源電壓的測量精度不夠等原因，會影響到模型中電機的機械特性，從而改變給定電壓和轉(zhuǎn)速之間的關系。</p><p>　　③電源放大系數(shù)的非線性性帶來模型的偏差，由之前的模型計算可以看出，電阻和電感的測量都是相對精確的，但是測量計算得到的電源放大系數(shù)卻隨給定電壓的變化存在明顯的非線性性，這會導致模型中的電源端電壓和實驗中

39、的電源端電壓不一致，從而影響電機的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　下面對以上三種可能的原因進行討論</p><p>　?、傥覀冊囍淖冸妱觿菹禂?shù),觀察在同樣給定下電機轉(zhuǎn)速的變化</p><p>　　圖3--4 改變勵磁后的電機起動</p><p>　　可以看到隨著電動勢系數(shù)減小，也就是勵磁磁通減小，電機穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速會有所上升，在0.833V的給定

40、電壓時，實驗得到的轉(zhuǎn)速是1086rpm，電壓為159V，而理論仿真得到的轉(zhuǎn)速和電壓分別為867rpm，和178V，按照我們在電機拖動中德知識，弱磁后系統(tǒng)電壓減小，在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速提高，并符合模型偏差量，結(jié)合，給定電壓較大時（1.465V）時的情況，可以初步判斷，有可能是勵磁磁通變化帶來模型誤差。</p><p>　?、诟淖冸姌须娮?，觀察轉(zhuǎn)速的變化</p><p>　　圖3-5 改變電樞電阻

41、后的電機起動（空載/負載）</p><p>　　可以看到，在存在負載時，電樞電阻偏大會降低最后的轉(zhuǎn)速，但是計算模型時的電阻只包括電樞內(nèi)阻，電抗阻值和電源內(nèi)阻，實驗時還存在起動電阻沒有完全切除的可能，所以電阻測量的偏差不是模型誤差的來源。</p><p>　?、鄹淖兡Ｐ椭械碾娫捶糯笙禂?shù)，考慮到模型電源放大系數(shù)的非線性性，</p><p>　　圖 3-6 改變電源放大系

42、數(shù)對轉(zhuǎn)速的影響</p><p>　　仿真和實驗時給定電壓0.833V時的轉(zhuǎn)速分別為867rpm和1086rpm，由上圖可以看到Ks的偏大會使轉(zhuǎn)速偏大，實際轉(zhuǎn)速較模型仿真出的轉(zhuǎn)速偏大，可能是模型電源放大系數(shù)偏小帶來的，但這是不合理的，因為在計算平均放大系數(shù)時所用線性段放大系數(shù)都是偏大的，很難想象模型的放大系數(shù)還會出現(xiàn)偏小的情況。</p><p>　　綜上所述，模型的偏差是由于得到參數(shù)的實驗和

43、得到轉(zhuǎn)速的實驗勵磁磁通不同帶來，這是可以接受的，因為實際中勵磁磁通本來就會不斷改變。</p><p>　　第四章 工程設計方法設計和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　4-1 設計整定的思路</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一個典型的串級系統(tǒng)，其整定方法和其他串級系統(tǒng)類似，有三種整定方法，一步整定法，兩步整定法和逐步逼近法，本次畢業(yè)設計用的是兩步整定

44、法，先整定電流內(nèi)環(huán)，后整定轉(zhuǎn)速外環(huán)。</p><p>　　電流內(nèi)環(huán)的要求主要是快速跟隨，轉(zhuǎn)速外環(huán)的主要要求是抗擾動，消除轉(zhuǎn)速靜差，由此確定內(nèi)環(huán)簡化為典型Ⅰ型系統(tǒng)，外環(huán)為典型Ⅱ型。</p><p>　　實際系統(tǒng)和理論系統(tǒng)不同，實際系統(tǒng)必須有濾波環(huán)節(jié)以減少高頻干擾信號，在這個雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中還必須有電流濾波，轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波三個環(huán)節(jié)，同時為了保證綜合點處參與運算的量相位相同，同樣的濾波（一階

45、慣性）環(huán)節(jié)加在反饋回路是有必要的。</p><p>　　4-2 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正，簡化</p><p>　　已經(jīng)計算得到的系統(tǒng)模型參數(shù)如下</p><p><b>　　表4-1 模型參數(shù)</b></p><p>　　要求的性能指標和已知條件如下</p><p><b>　

46、　表4-2 性能指標</b></p><p>　　由 </p><p><b>　　所以電流內(nèi)環(huán)簡化為</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　檢查電源電壓的抗擾能力</p><p>　　查看抗擾能力表可知，可

47、以滿足題目的要求</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)</p><p>　　要求起動超調(diào)量小于5%，查表，取(為電流環(huán)開環(huán)增益）</p><p>　　所以電流調(diào)節(jié)器的開環(huán)增益為</p><p>　　得到電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)時間常數(shù)</p><p&g

48、t;<b>　　又有</b></p><p>　　查表可知電流內(nèi)環(huán)等效的典型Ⅰ型系統(tǒng)超調(diào)量</p><p><b>　　滿足系統(tǒng)要求</b></p><p><b>　　而對于電流調(diào)節(jié)器有</b></p><p><b>　　所以 </b></p&g

49、t;<p>　　圖4-1 電流內(nèi)環(huán)的起動波形</p><p>　　4-3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡化</p><p><b>　　電流環(huán)等效時間常數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)測速發(fā)電機的紋波情況，可以取</p><p>　　確定轉(zhuǎn)速環(huán)的小時間常數(shù)</p><p>　　

50、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　要求的跟隨和抗擾動性能較好，，選取系統(tǒng)開環(huán)傳函的中頻帶寬，則ASR的超前時間常數(shù)為</p><p>　　同時求出轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</p><p>　　得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　對于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有</b></p><p><

51、;b>　　所以</b></p><p>　　由中頻帶寬h=5查表得到轉(zhuǎn)速超調(diào)量為37.6%，但實際上由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動時出現(xiàn)飽和，其超調(diào)量遠遠達不到37.6%</p><p>　　圖 4-2 轉(zhuǎn)速環(huán)的起動波形圖</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p>　　得到計算出的轉(zhuǎn)速電流調(diào)

52、節(jié)器參數(shù)</p><p>　　ACR ASR </p><p>　　而在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個調(diào)節(jié)器都是PI調(diào)節(jié)器，電路圖可以參考圖2-3</p><p>　　4-4系統(tǒng)的實際運行整定</p><p>　　計算得到理論的參數(shù)后，進行simulink仿真發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流的超調(diào)量都滿足系統(tǒng)性能要求，進入實驗室，對系統(tǒng)進

53、行整定。</p><p>　　圖 4-3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)的整定</p><p><b>　　測定的靜特性數(shù)據(jù)為</b></p><p>　　表4-4 系統(tǒng)的靜特性原始數(shù)據(jù)</p><p>　　圖4-3 系統(tǒng)的靜特性曲線</p><p>　

54、　系統(tǒng)動態(tài)起動波形如下</p><p>　　圖4-4 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)速起動波形</p><p>　　調(diào)整后的系統(tǒng)的ASR，ACR參數(shù)為</p><p>　　4-5 關于ASR和ACR調(diào)節(jié)器的進一步探討</p><p>　　圖4-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的simulink仿真和起動波形圖</p><p>　　用計算出來的參

55、數(shù)調(diào)節(jié)測定出的V-M模型，轉(zhuǎn)速，電流超調(diào)量都滿足要求。</p><p>　　通過4-2和4-3中計算得到的ASR和ACR參數(shù)和最終整定出的參數(shù)有較大的區(qū)別，這個區(qū)別有可能是計算中的等效和簡化造成的，當然實際調(diào)試過程中也存在很多偶然性，所以這里只探討參數(shù)數(shù)量級上的差別，不探討具體差多少。</p><p>　　①為了簡化設計工作，我們在計算電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)時忽略了反電動勢的影響，但是反電動勢和

56、轉(zhuǎn)速成正比，雙閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)起動過程中反電動勢的變化會引起起動電流的波動，并且會給電流帶來靜差。忽略轉(zhuǎn)速對電流的影響會減少電流波動，影響ACR和ASR的比例，時間常數(shù)。</p><p>　　忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件是</p><p>　　實驗中用到的是小電機，機電時間常數(shù)偏小，又由于電樞電流偏小</p><p>　　（)，所用的電感值小，電樞電阻大，所以電磁時間常

57、數(shù)也較小，所以忽略反電動勢的條件可能使不穩(wěn)定的，會帶來較大的誤差。</p><p>　?、谛T性環(huán)節(jié)的近似，在得到電流內(nèi)環(huán)的簡化中</p><p>　　小慣性環(huán)節(jié)近似的條件是</p><p>　　由于實際系統(tǒng)階數(shù)比簡化系統(tǒng)高，所以簡化系統(tǒng)的伯德圖截止頻率較低，這個條件不一定滿足。</p><p>　?、鄹唠A系統(tǒng)低階化成為一階慣性環(huán)節(jié)，加快了電

58、流的跟隨作用，這樣設計出來的系統(tǒng)超調(diào)量會減小，實際運行會出現(xiàn)更大的超調(diào)。</p><p>　?、苡嬎鉇SR和ACR參數(shù)所用的方法主要是針對大電機的，大電機的電感大，電樞電阻小（以下），電磁時間常數(shù)大，機電時間常數(shù)也大，而實驗中用到的是小電機，電樞電阻大（），而且電樞電流也小，所以計算出的參數(shù)只能作為參考。</p><p>　　第五章 設計分析和心得總結(jié)</p><p&g

59、t;　　5-1實驗中出現(xiàn)的問題</p><p>　　模型參數(shù)測定實驗和工程方法整定過程中出現(xiàn)的問題都已經(jīng)在表3-1和表4-1中列出了。</p><p>　　投入運行后實驗中出現(xiàn)了一系列問題，如</p><p>　?、俎D(zhuǎn)速反饋線接反。轉(zhuǎn)速反饋環(huán)必須構(gòu)成負反饋，一旦環(huán)內(nèi)沒有一個環(huán)節(jié)取反，系統(tǒng)就會失去對轉(zhuǎn)速的控制作用，轉(zhuǎn)速很快會上升到2200rpm左右。</p>

60、;<p>　　②轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電容過大。在整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)時，為了將系統(tǒng)的波動消除，超調(diào)減少，會出現(xiàn)矯枉過正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電容過大，積分作用變?nèi)?，系統(tǒng)消除靜差的能力小時間，最大給定電壓時調(diào)不到額定轉(zhuǎn)速上。</p><p>　?、壅{(diào)節(jié)器調(diào)整不當，引起輸出電流和轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)大量紋波，主要是要把握ASR和ACR阻值，容值的大概范圍，在這個范圍內(nèi)調(diào)整。</p><p>　?、茉诮o定電壓太

61、小時，空載或者負載過輕時出現(xiàn)了電流斷續(xù)的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速也隨之大幅波動。系統(tǒng)的調(diào)速范圍為3，也就給定電壓對應的額定轉(zhuǎn)速不能低于483rpm。</p><p>　?、萃瑯邮强蛰d，加入負載電機，切除負載電阻和直接切除負載電機對系統(tǒng)靜特性的影響，即使扣除負載電機存在空載轉(zhuǎn)矩，仍然不同，這可能是負載電機等效成拖動端的模型是一個阻抗模型而不是一個簡單的電阻的緣故。</p><p><b>　　5

62、-2實驗心得體會</b></p><p>　　這次實驗是一次按部就班的畢業(yè)設計，但是讓我們對平常沒有注意到的已知參數(shù)有了更多地了解，和更深刻的認識。</p><p>　　首先是傳遞函數(shù)模型，以往傳遞函數(shù)模型都是題設中已知的，這次是第一次讓我們自己來測量分析雙閉環(huán)系統(tǒng)各個部分的模型，讓我認識到，模型就是對環(huán)節(jié)主要參數(shù)的突出和對次要參數(shù)或者復雜參數(shù)的忽略，例如電機的模型，我們只抓住

63、了電機的慣性特性（電機的起動需要時間，起動過程電流和轉(zhuǎn)速都有一個變化過程）和電磁特性（電機在電路中就等效為一個實際電感）。對于晶閘管整流電源，我們就抓住了整流類型對輸出的影響（平均失控時間）和電源輸出電壓與控制電壓的關系（電源放大系數(shù)）。</p><p>　　同時，自己建立和化簡傳遞函數(shù)模型的過程也使自己加深了對傳遞函數(shù)作用的理解，傳遞函數(shù)的存在可以大致描述但輸入單輸出的系統(tǒng)，對于可能存在的耦合，傳遞函數(shù)模型無法

64、準確地描述，這也是為什么電流環(huán)的簡化模型忽略了反電動勢。傳遞函數(shù)模型的簡化大大降低了描述的精度，特別是對于不合適的簡化，例如本次實驗中所用的電機，一定程度上不符合所有的簡化過程，造成了較大的偏差。</p><p>　　然后是工程方法整定調(diào)節(jié)器，我們第一次對限幅有了體會，實際系統(tǒng)中的積分器一定有飽和，為了防止飽和，有必要人為設置限幅，限幅值的大小取決于輸出端的兩個正負鉗位電阻，與輸入無關。然后是電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋，

65、都是以前運動控制實驗中涉及到的，值得記住的是調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)時所用的方法，利用傳感器輸入輸出的線性性，用一半的輸入去調(diào)一半的輸出，防止電路長時間過流。</p><p>　　最后是參數(shù)整定，計算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)只能作為參考，實際整定的結(jié)果和計算有相當大的差距，這是簡化過程和計算偏差帶來的，測定靜特性方程和動態(tài)起動波形圖的方法都是以往涉及的的，這次只是再溫習罷了。</p><p>　　作為本科

66、生涯的最后一次畢業(yè)實驗，我覺得自己還是缺乏準備的，導致實驗完成得比較凌亂，對于實驗平臺也沒有去查找資料，做一些理解，以后無論是學習還是工作中遇事還是要多做準備，實驗能力相比前兩次在同一實驗平臺的經(jīng)歷還是有所提高的，至少自己試著去尋找問題了，但是由于沒有理清實驗的思路，只是搬套老師的步驟，這就顯得意義不大了，真正的實驗應該是自己需要實驗驗證自己的想法，實驗前就要羅列實驗中要驗證或者尋找的說法。自己要理解老師的實驗要求，變成自己在做實驗。&

67、lt;/p><p>　　關于實驗報告的完成，這次實驗報告相比自己以前的，無論是在排版還是在思路上都有提高，排版上保持實驗過程，分析過程，計算推導過程結(jié)構(gòu)化，特別是實驗過程，用表格的形式，可以給需要完成實驗的人一目了然的說明。在實驗報告的思路上，大致順序是按實驗的時間順序完成的，不過同樣實驗部分的實驗前分析，實驗過程和實驗結(jié)論是寫在一起的，便于查閱。然而，實驗報告的概括性仍然不夠，以后提高的方向是用更少的話寫更多地步驟