運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)—轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程 </p><p>　　學(xué)生姓名： &l

2、t;/p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011年12 月15 日</p><p>　　轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　摘 要

3、：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、設(shè)計(jì)和調(diào)試方便，是性能很好、應(yīng)用最廣泛的直流調(diào)速系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中采用工程設(shè)計(jì)的方法對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流和轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器、電流檢測(cè)環(huán)節(jié)構(gòu)成電流環(huán)，然后將整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，再來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)通過電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，電壓換通過轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽?/p>

4、持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。設(shè)計(jì)遵從確定時(shí)間常數(shù)、選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)、計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)、校驗(yàn)近似條件的步驟一步一步的實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)節(jié)器的具體體設(shè)計(jì)。之后，再對(duì)系統(tǒng)的起動(dòng)過程進(jìn)行分析，以了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電流調(diào)節(jié)器；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；雙閉環(huán)；系統(tǒng)；</p><p><b>　　目 錄</b></p>

5、<p>　　1.設(shè)計(jì)背景 ……………………………………………………………………1</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)……………………………………………………………1</p><p>　　2.2方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………………1</p

6、><p>　　2.3方案選擇……………………………………………………………………2</p><p>　　3.方案實(shí)施 …………………………………………………………………3</p><p>　　3.1硬件原理圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………3</p><p>　　3.2過電壓保護(hù)設(shè)計(jì) …………………………………………………………5

7、</p><p>　　3.3過電流保護(hù)和di/dt限制…………………………………………………5</p><p>　　3.4觸發(fā)電路…………………………………………………………………6</p><p>　　4.控制電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………7</p><p>　　4.1系統(tǒng)組成…………………………………………………

8、…………………7</p><p>　　4.2系統(tǒng)的電路原理圖 ………………………………………………………7</p><p>　　5直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)………………………………………8</p><p>　　6電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)…………………………………………………9</p><p>　　6.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)…………………………………

9、……………………9</p><p>　　6.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)………………………………………………………11</p><p>　　7 系統(tǒng)仿真………………………………………………………………12</p><p>　　8 心得體會(huì)………………………………………………………………12</p><p>　　9 參考··&#

10、183;····································

11、····································18&l

12、t;/p><p><b>　　1.設(shè)計(jì)背景</b></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)。采用PI調(diào)節(jié)的單個(gè)轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高的系統(tǒng)，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要了。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快啟動(dòng)，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)

13、律，采用某個(gè)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)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。所以，我們希望達(dá)到的控制：啟動(dòng)過程只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。故而采用轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器來組成系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可以在系統(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（或稱串級(jí)）聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流

14、調(diào)節(jié)器的輸入，再把電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上來說，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速換在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><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

15、統(tǒng)，技術(shù)要求如下：直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：功率Pe＝145KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=6.5A，磁極對(duì)數(shù)P=1，ne=1500r/min,，勵(lì)磁電壓220V，電樞繞組電阻Ra=3.7Ω，電路總電阻R＝7.4Ω，L∑＝37.22mH（電樞電感、平波電感和變壓器電感之和），電磁系數(shù)Ce=0.138 Vmin／r，Ks=27，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.033ms，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.26ms，濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.001s，Toi=0

16、.0031s，過載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大電壓值8V，速度給定最大電壓值10V。2. 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)：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)σn％<10％。</p><p><b>　　2.2方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　方案一：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)控制系統(tǒng)，它能夠隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)的改變電

17、樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化，所以相對(duì)開環(huán)系統(tǒng)它能夠有效的減少穩(wěn)態(tài)速降。當(dāng)反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使用帶比例放大器時(shí)，它依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的，因此是有靜差率的調(diào)速系統(tǒng)，而比例積分控制器可使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測(cè)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1所示：&l

18、t;/p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　方案二：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)該方案主要由給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、觸發(fā)器和整流裝置環(huán)節(jié)、速度檢測(cè)環(huán)節(jié)以及電流檢測(cè)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(cè)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(cè)反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)

19、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><b>　　圖2</b></p>&l

20、t;p><b>　　2.3方案選擇</b></p><p>　　方案一采用的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)速。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)和過載時(shí)的電流調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程均具有良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。</p><p>　　方案二采用雙

21、閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，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)，雖然相對(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)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，因此本次設(shè)計(jì)選擇

22、方案二。</p><p><b>　　3.方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1硬件原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、整流及晶閘管保護(hù)電路、部分構(gòu)成。</p><p><b>　　1、轉(zhuǎn)速給定電路</b></p><p>

23、;　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號(hào)，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路主要由測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測(cè)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(hào)，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)反饋回系統(tǒng)，如圖3所示：</p><p><b>　　圖3轉(zhuǎn)速給定電路</b></p><p>&l

24、t;b>　　2、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號(hào)，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路主要由測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測(cè)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(hào)，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)反饋回系統(tǒng)，其原理圖如圖4所示：</p><p>&

25、lt;b>　　圖4轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路</b></p><p><b>　　3、電流檢測(cè)電路</b></p><p>　　電流檢測(cè)電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號(hào)，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(hào)，起到電氣隔離的作用，其電路原理圖如圖5所示：&l

26、t;/p><p><b>　　圖5電流檢測(cè)電路</b></p><p>　　4、整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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

27、件外，還須針對(duì)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/dt限制，過電流保護(hù)和di/dt限制，整流電路如圖6所示：</p><p>　　圖6整流電路及晶閘管保護(hù)電路</p><p>　　3.2過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)</p><p>　　晶閘管對(duì)過電壓很敏感，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，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值

28、值電壓一定值時(shí)，就會(huì)誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓一定值時(shí)，晶閘管將會(huì)立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲(chǔ)能發(fā)生了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的。</p><p>　　3.3 過電流保護(hù)和di/dt限制</p><p>　　晶閘管不僅有過電壓

29、保護(hù)，還需要過電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過的大于額定值的電流時(shí)，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞，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

30、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?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y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>&l

31、t;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。在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖7如下：</p><p>　　圖7一次側(cè)過電流保護(hù)電路</p><

32、p>　?。?）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為380V，熔斷器額定電壓可選擇400V。</p><p>　?。?）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流 </p><p>

33、;　　圖8 </p><p>　　熔斷器額定電流 </p><p>　　因此，如圖8在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本次

34、設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓可選400V，額定電流選25A。</p><p><b>　　3.4觸發(fā)電路</b></p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在學(xué)要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路往往包括觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)行控制相位控制電路、觸發(fā)脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。常用的晶閘管觸發(fā)電路如圖9，它由V1、V2構(gòu)成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變

35、壓器TM及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當(dāng)V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出出發(fā)脈沖。VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)橹苯貢r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強(qiáng)脈沖部分，還需適當(dāng)附加其它的電路環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　圖9觸發(fā)電路</b></p><p><b>　　4.控制電路設(shè)

36、計(jì)</b></p><p><b>　　4.1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別在系統(tǒng)中起作用，可以在系統(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（或稱串級(jí)）連接，如圖10所示。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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)

37、構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱作外環(huán)，這就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖10轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　4.2系統(tǒng)的電路原理圖</p><p>　　為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電路兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖11所示。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為

38、電流調(diào)節(jié)器，TG表示測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA表示電流互感器，GT是觸發(fā)電路，UPE是電力電子變換器。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。圖中還標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給的電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓</p><p>　　圖3

39、直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　圖11直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　5.直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)圖11直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖可以方便的繪出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖12所示，其中為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù)。</p><p>　　圖12直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖&

40、lt;/p><p>　　在考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)（見圖12直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖）的基礎(chǔ)上，即可繪出直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖13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示出來。</p><p>　　圖13直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由

41、于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可以用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時(shí)間常數(shù)按需要選定，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。然而，在抑制交流分量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)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(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過相同的延時(shí)，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計(jì)上的方便。由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)

42、速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時(shí)間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　所以直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)該與圖13有所不同，應(yīng)當(dāng)增加濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)，如圖14所示：</p><p>　　圖14直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><

43、p>　　6.電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</p><p>　　6.1.電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.確定時(shí)間常數(shù)：Ts= 1 \* GB3</p><p>　　(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 \* GB3。</p><p>　　(2)電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi,三相橋式電路每個(gè)

44、波頭的時(shí)間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.1ms,因此取Toi=0.0031s。= 3 \* GB3。</p><p>　　(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=0.0048s。</p><p>　　2.確定電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi%≤5%，而且Tl/TΣi=0. 116/0.00405=6.85.電流環(huán)

45、可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.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>　　4.選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。ACR超前時(shí)間常數(shù)==0.116s；電流開環(huán)增益：因要求，故應(yīng)取，因此KI=104.2。于是，ACR的比例系數(shù)為Ki=9.424</p><p>　　5.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖15所示。按

46、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>　　Ri= Ki *R0=9.424*40000=376.96KΩ</p><p>　　Ci=0. 033/40000=0.825uF</p><p>　　Coi=4* Toi/R0=4*0.0031/40000=0.31uF</p><p>　　圖15 電流調(diào)節(jié)器原

47、理圖</p><p>　　6．校驗(yàn)近似條件:電流環(huán)截止頻率==104   </p><p>　　(1)校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：，因?yàn)?1/(3*0.0017)=196>，所以滿足近似條件。  </p><p>　　(2)校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，3==32.39現(xiàn)在滿足

48、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：，==145&#62;,滿足近似條件。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>　　6.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 確定時(shí)間常數(shù)：</p><p>　?。?）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由前

49、述已知，，則</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取.</p><p>　　（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><p>　　2. 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為</p><p>　　3. 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，按跟隨和抗擾性能都較好的原則，先取h=5，則

50、ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益</b></p><p>　　K </p><p>　　可得ASR的比例系數(shù)為</p><p>　　Kn =(h+1)βCeTm /(2hαR)= 34.92 </p><p>　　式中 電

51、動(dòng)勢(shì)常數(shù)Ce=(Un-InRn)/Nn=(220-6.5*3.7)/1500=0.131。</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.007Vmin/r。</p><p>　　圖16轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　我們?nèi)0為40K，則</p><p>　　RN=KNRO=34.92*40K=1396.8KΩ</p><

52、;p>　　Cn=/Rn=0.087/1396.8k=0.06uf</p><p>　　Con=4Ton/R0=4*0.01/40K=1uf</p><p><b>　　7.收獲與致謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)這門課的一次課程設(shè)計(jì)，主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求參數(shù)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電力

53、拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)這門課是我們自動(dòng)化專業(yè)的一門綜合性非常強(qiáng)的課程，它綜合了之前學(xué)習(xí)過的模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)及電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)等課程的很多知識(shí)點(diǎn)，所以，本次課程設(shè)計(jì)也是對(duì)以前課程的一次梳理和升華,使我受益良多，本課程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器，通過查閱大量的書籍、報(bào)刊、雜志、專業(yè)網(wǎng)站、論壇的方式，找尋所需資料，反復(fù)比對(duì)研究有關(guān)資料，最后按照調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法的基本思路，簡化問題，突出主要矛盾。先選擇調(diào)

54、節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)——電流調(diào)節(jié)器，然后把電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，完成設(shè)計(jì)要求。在此過程中，我進(jìn)一步深化了對(duì)這門課程課本所學(xué)知識(shí)的理解，通過實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)，鍛煉了我應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，是對(duì)我綜合素質(zhì)的一次提高。再此要非常感謝xx老師對(duì)我的指導(dǎo)！</p><p><b>　　8. 參

55、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)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[3]李友善.自動(dòng)控制原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981</p><p>　　[4]王離九.電力拖動(dòng)自動(dòng)