雙閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目：雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) </p><p

2、>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　年 級： </p><p>　　學(xué)生姓名：

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　日 期： </p><p><b>　　教 務(wù) 處 制</b><

4、/p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 方案比較3</p><p>　　2.2 方案論證3</p><p>　　2

5、.3 方案選擇4</p><p>　　2.4 設(shè)計(jì)要求4</p><p>　　第三章 單元模塊設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.3 電流檢測電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.4 整流及晶

6、閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.4.1 過電壓保護(hù)和du/dt限制7</p><p>　　3.4.2 過電流保護(hù)和di/dt限制7</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算8</p><p>　　3.5電源設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.6 控制電路設(shè)計(jì)10</p>&l

7、t;p>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試16</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)19</p><p>　　第六章 總結(jié)與體會(huì)19</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　自70年代以來，國外

8、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)（簡稱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)谋戎亍Ｔ诠こ淘O(shè)計(jì)與理論學(xué)習(xí)過程中，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)，其中前兩種方法在具有各自優(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

9、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)速無靜差。但如果對系統(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)就難以滿足要求。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(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)

10、是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 方案比較</b></p><p>　　方案一：單閉環(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

11、統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺測速發(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><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

12、裝置環(huán)節(jié)、速度檢測環(huán)節(jié)以及電流檢測環(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)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速換包圍電流環(huán)，故稱電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(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

13、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></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,

14、比直流電機(jī)每對極下?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)帶來各種影響,主要有:(1) 脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對生產(chǎn)機(jī)械不利; (2)脈動(dòng)電流(斜波電流) 流入電源,對電網(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,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</

15、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，雖然相對成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對生產(chǎn)工藝的要求的滿足，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)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(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)速無靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電

16、機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(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，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)來限制啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過載

17、能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程。</p><p>　　為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個(gè)信號綜合于一個(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作為設(shè)計(jì)的最終方案。</p><p><b>　　2.4 設(shè)計(jì)要求</b></p>&

18、lt;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. 直流電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)PN=264W、UN=220V、IN=1.2A、nN=1600 r/min，電樞電阻Ra=5.2Ω，電樞繞組電感La=6.6mH，電機(jī)飛輪矩GDd2=6.39N·m2，電流過載倍數(shù)λ=1.5，電樞回路總電阻可取為R=2Ra=10.4Ω，系統(tǒng)總飛輪矩GD2=2.5 GDd2。</

19、p><p>　　2. 設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量σi％≤5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 σn％≤10％。</p><p><b>　　3單元模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)主要包含轉(zhuǎn)速給定電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、電流檢測電路、控制電路、觸發(fā)脈沖輸出電路、整流及晶閘管保護(hù)電路、電源等幾

20、個(gè)部分。</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。轉(zhuǎn)速給定電路可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性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

21、電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號變換為與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測電路主要由測速發(fā)電機(jī)組成，將測速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測速發(fā)電機(jī)輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖</p

22、><p>　　3.3 電流檢測電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號，經(jīng)過濾波整流后，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，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 電流檢測電路原理圖</p>

23、<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)，承受過電壓和過電流的能力差，很短時(shí)間的過電壓和過電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。晶閘管主要需要四種保護(hù)：過電壓保護(hù)和du/d

24、t限制，過電流保護(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 過電壓保護(hù)和du/dt限制</p><p>　　凡是超過晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產(chǎn)生過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。按過壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。

25、元件保護(hù)主要是通過阻容吸收電路，連線如圖4.4所示。阻容吸收電路的參數(shù)計(jì)算式根據(jù)變壓器鐵芯磁場釋放出來的能量轉(zhuǎn)化為電容器電場的能量存儲起來為依據(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電壓。串阻的目的是為了在能量轉(zhuǎn)化過程中能消耗一部分能量，并且抑制LC回路的振蕩。</p><p>　　3.4.2 過電流保護(hù)和di/dt限制</p><p>　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)

26、生過電流時(shí)，溫度就會(huì)急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負(fù)載端過載或短路；某個(gè)晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的保護(hù)措施有下列幾種：</p><p>　　1.快速熔斷器 普通

27、熔斷絲由于熔斷時(shí)間長，用來保護(hù)晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器。快速熔斷器用的是銀質(zhì)熔絲，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施。</p><p>　　2.硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電壓超過某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過較大的電流，把過電壓的能量

28、消耗在非線性電阻上，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)采用快速熔斷器對可控硅進(jìn)行過流保護(hù)。</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)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>

29、<p>　　—晶閘管正向壓降，其數(shù)值為0.4—1.2V，通常取；</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器二次側(cè)相電壓之比；</p><p>　　C—線路接線方式系數(shù)；</p><p>　　—電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常取；</p><p&g

30、t;　　—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??；</p><p>　　—變壓器二次側(cè)實(shí)際工作電流額定電流之比；</p><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，

31、電壓比 </b></p><p>　?。?）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><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)線線電壓為110V，晶

32、閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次線電壓的電壓峰值，即：，晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，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><b>　　3.5電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該模塊的主要功能是為轉(zhuǎn)速給定電路提供電源，眾所周知，電源是一切電路的心臟，其性能在很大程度上影響著

33、整個(gè)電路的性能。為使系統(tǒng)很好的工作，本文特設(shè)計(jì)一款±15V的直流穩(wěn)壓電源供電，其電路圖如圖3.5所示。直流穩(wěn)壓電源主要由兩部分組成：整流電路和濾波電路。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)ㄗ饔茫虼硕O管是組成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率（1KW）整流電路中，常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路，其主要特點(diǎn)如下：輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的

34、最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用，效率高。</p><p>　　圖3.5 ±15V電源電路原理圖</p><p>　　濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩側(cè)并聯(lián)電容器；或在整流電路輸出端與負(fù)載間串聯(lián)電感L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。</p><p>　　3.6 控制電路設(shè)計(jì)</p>&

35、lt;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3.6 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)

36、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、輸出信號的極性，主要視觸發(fā)電路對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3.7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.8

37、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)：264W、220V、1.2A、1600r/min、Ra=5.2Ω，La=6.6mH</p><p>　　晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40</p><p>　　電樞回路總電阻:R=9+1.2+0.2=10.4Ω</p

38、><p>　　電流反饋系數(shù)：β=0.05V/A（≈10V/1.5IN）</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.00625Vmin/v（≈10V/nN）</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　靜態(tài)指標(biāo)：無靜差</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)

39、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>　　參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　1.因?yàn)閁N=230V，α的整定范圍在30°~150°之間，由公式知當(dāng)α=30°時(shí)UD取得最大值，由此計(jì)算得U2=113.50V。</p><p>　　2.由有Ce=0.1

40、290。</p><p>　　3.由 有Tm=0.4825s。</p><p>　　4.由有L=16.46mH。由有Tl=0.0091s。</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>　　（1）確定時(shí)間常

41、數(shù)。①整流裝置滯后時(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=2ms=0.002s。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=0.0037s。</p><p>　?。?）確定電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。</p>&

42、lt;p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi%≤5%，而且Tl/TΣi=0.0091/0.0037=2.46<10.因此，電流環(huán)可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）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>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　　ACR超前時(shí)間常數(shù)==0.0091s；電流開環(huán)增益：因要求，故應(yīng)取

43、，因此。于是，ACR的比例系數(shù)為</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>　　圖3.9 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　?。?）校驗(yàn)近似條件。電流環(huán)截止頻率</p><p>

44、;　　1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：，</p><p>　　因?yàn)?gt; ，所以滿足近似條件。</p><p>　　2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，</p><p>　　現(xiàn)在<，滿足近似條件。</p><p>　　3）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件：，</p><p>

45、　　現(xiàn)在>,滿足近似條件。</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動(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；②轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測速發(fā)動(dòng)機(jī)紋波情況，取=0.01s;③轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。</p

46、><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>　　（3）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能較好的原則取h=5，則</p><p>

47、<b>　　ASR超前時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　（5）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&g

48、t;　　圖3.10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　?。?）校驗(yàn)近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率</p><p>　　1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：</p><p>　　現(xiàn)在>,滿足簡化條件。</p><p>　　2）校驗(yàn)小時(shí)間常數(shù)近似處理是否滿足，</p><p>　　現(xiàn)在>,滿足近似條件。<

49、/p><p>　　3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時(shí)，</p><p><b>　　而，因此</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　能滿足設(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3.11 設(shè)計(jì)完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)</p

50、><p><b>　　第四章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　由于本文只進(jìn)行了理論性設(shè)計(jì)，故在系統(tǒng)安裝與調(diào)試階段只對控制電路部分進(jìn)行了MATLAB仿真，以分析直流電機(jī)的啟動(dòng)特性。采用MATLAB中的simulink工具箱對系統(tǒng)在階躍輸入和負(fù)載擾動(dòng)情況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)（主要為轉(zhuǎn)速和電樞電流）進(jìn)行仿真。仿真可采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法或面向電氣系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖的仿真方法，本文

51、采用面向傳遞函數(shù)的仿真方法。系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在仿真過程中，Matlab設(shè)置很多不同的算法，而不同的算法，對仿真出來波形影響很大。對于用數(shù)值方法求解常系數(shù)微分方程(Ordinary Differential Equation,簡寫為ODE)或微分方程組，MATLAB提供了七種解函數(shù)，最常用的是ODE45。ode4

52、5可用于求解一般的微分方程，他采用四階、五階龍格-庫塔法。仿真結(jié)果如圖4.2-4.3所示。</p><p>　　圖4.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　圖上部為電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，中部為擾動(dòng)電流曲線，下部為電機(jī)電流曲線。加電流啟動(dòng)時(shí)電流環(huán)將電機(jī)速度提高，并且保持為最大電流，而此時(shí)速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時(shí)間線性變化，上升到飽和狀態(tài)。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，轉(zhuǎn)速換起主要作用，保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定

53、。在第二秒時(shí)，外加一擾動(dòng)信號，此時(shí)轉(zhuǎn)速受擾動(dòng)信號影響有所下降，但因?yàn)檗D(zhuǎn)速環(huán)的作用重新將轉(zhuǎn)速拉入穩(wěn)定值。</p><p>　　圖4.3轉(zhuǎn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　圖上部為轉(zhuǎn)速曲線，下部為電流曲線。因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號，而電機(jī)在帶載的一瞬間要有一個(gè)做功的過程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過程，這部分功需要增大電機(jī)的電流來補(bǔ)償，同時(shí)也會(huì)犧牲一部分動(dòng)能，也就是電機(jī)的

54、轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。</p><p><b>　　第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)</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)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程如仿真圖4.2所示。由于在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(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)

55、現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，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的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。通過仿真可知：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，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，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

56、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>　　第六章 總結(jié)與體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，不僅在書上學(xué)到的知識得到了鞏固，而且還在設(shè)計(jì)過程中拓展了其他沒有學(xué)過的知識。這次的課程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了將近一個(gè)暑假，從查找資料，到確定方案，最后再到用軟件仿真，我們組都團(tuán)結(jié)協(xié)作

57、，互相幫助，并且得到老師的關(guān)懷。我們以前學(xué)習(xí)的知識都漸漸離我們遠(yuǎn)去，甚至不知道、不清楚哪些知識該用到哪些地方，什么時(shí)候用。學(xué)校安排了這次課程設(shè)計(jì)，通過自己查找資料，了解情況，讓我們清楚我們學(xué)的知識與現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，使得我們對知識深刻的了解和鞏固。與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們在與人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。因?yàn)樵诮窈蟮墓ぷ髦幸粋€(gè)人獨(dú)立完成不與別人合作，是基本不可能的，所以在這次課程設(shè)計(jì)中也鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，為今后的學(xué)習(xí)

58、和工作積累了經(jīng)驗(yàn)，是一筆難得的財(cái)富。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]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><p>　　[2]張廣溢，等.電機(jī)學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[3]王軍.自動(dòng)控制原理[M].重慶：

59、重慶大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[4]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>　　[5]周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與Matlab仿真[M].北京：中國電力出版社，2004.</p><p>　　[6]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第2版）[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社. 2005&l

60、t;/p><p>　　袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇

61、莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節(jié)蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆

62、膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節(jié)衿羈</p><p>　　芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆

63、羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆