運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)工業(yè)電氣自動(dòng)化教研室目 錄第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)第二章 課程設(shè)計(jì)過(guò)程指導(dǎo)第三章 課程設(shè)計(jì)參考圖第四章 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn) 第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的和要求通過(guò)該設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用電路、模擬電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)、電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等方面的基本理論、基本技能和基本知識(shí)，獨(dú)立地設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的能力。通過(guò)該教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生必須達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：1)在已有的零散的知識(shí)基礎(chǔ)上，提高分析問(wèn)題和綜合問(wèn)題的能力。2) 提高閱讀有關(guān)文獻(xiàn)資料的能力。3) 獲得工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練。三、已知數(shù)據(jù) 1.直流電動(dòng)機(jī)表1-1 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)

2、型號(hào)z2-91z2-92z2-101z2-102z2-111z2-112功率kw30405575100125電壓v220220220220220220電流a159210286385511635轉(zhuǎn)速rpm100010001000100010001000效率8687888989.590最大勵(lì)磁功率w54062067082011501380飛輪轉(zhuǎn)矩（gd2）kgm25.97.010.312.020.423.0他勵(lì)電壓v220220220220220220過(guò)載能力1.51.51.51.51.51.52. 車(chē)間電源： u=38010% f=50hz，電壓階躍變化u=40v。3. 電動(dòng)機(jī)負(fù)載: a.起動(dòng)時(shí)

3、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（tls=tnom） b.運(yùn)行中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl=（0.250.75）tnom c.負(fù)載轉(zhuǎn)矩階躍變化量tl0.15 tnom d.折合到電動(dòng)機(jī)軸上的傳動(dòng)裝置及生產(chǎn)機(jī)械的飛輪轉(zhuǎn)矩按電動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩的50%估計(jì)，生產(chǎn)機(jī)械只單方向運(yùn)轉(zhuǎn)，且不常起動(dòng)。 四、設(shè)計(jì)指標(biāo)要求1.靜態(tài)指標(biāo)： 調(diào)速比 d=nmax/nmin=1000/10=10 ； 靜差率s3%2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)： 起動(dòng)超調(diào)量：n%10% ，i%5%；擾動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)偏差及恢復(fù)時(shí)間 ： nmax/nmin100%10%，t0.5s3對(duì)起動(dòng)和停車(chē)的快速性均無(wú)特別要求。五、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.總體方案的確定，畫(huà)出系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖；2.主電路形

4、式的確定；勵(lì)磁電路形式的確定；3.電樞整流變壓器、勵(lì)磁整流變壓器、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算；4.主電路晶閘管、勵(lì)磁電路整流二極管的參數(shù)計(jì)算與選擇 ；5. 晶閘管的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)；6. 晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)；7.電流檢測(cè)及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)；8. 電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)；9. 控制電路所用穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)；10.起停操作控制電路的設(shè)計(jì)；11.系統(tǒng)的matlab仿真實(shí)驗(yàn)；12.書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；13.繪制系統(tǒng)的電氣原理圖。 五、時(shí)間安排參考1、2、3、4項(xiàng)2天；5、6、7項(xiàng)2天；8、9、10項(xiàng)2天；11、12項(xiàng)2天；12、13項(xiàng)2天。第二章 課程設(shè)計(jì)過(guò)程指導(dǎo)（設(shè)計(jì)舉例）一、已知數(shù)據(jù)：1

5、、直流電動(dòng)機(jī) 型號(hào)：z2-111 (z2系列外通風(fēng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)) 功率：100kw 電壓：220v 電流：511a 轉(zhuǎn)速：1000r/min 效率：89% 最大勵(lì)磁功率：1150w 飛輪轉(zhuǎn)矩：gd2=20.4kgm2 他勵(lì)電壓：220v過(guò)載能力：=1.52、車(chē)間電源供電電源：u=38010%，f=50hz，電壓階躍變化u=40v3、電動(dòng)機(jī)負(fù)載起動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩（tl=tnom）;運(yùn)行中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl=（0.250.75）tnom負(fù)載轉(zhuǎn)矩階躍變化量|tl|0.15tnom折合到電動(dòng)機(jī)軸上的傳動(dòng)裝置及生產(chǎn)機(jī)械的飛輪轉(zhuǎn)矩按電動(dòng)機(jī)飛輪轉(zhuǎn)矩的50%估計(jì)，生產(chǎn)機(jī)械只單向運(yùn)轉(zhuǎn)，且不常起動(dòng)。

6、二、指標(biāo)要求：1.靜態(tài)指標(biāo)：調(diào)速比d=nmax/nmin=1000/10=10；靜差率s3%2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)：起動(dòng)超調(diào)量：n%10%，i%5%；擾動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)偏差及恢復(fù)時(shí)間 ：nmax/nmin100%10%，t0.5s3.對(duì)起動(dòng)和停車(chē)的快速性均無(wú)特別要求。設(shè)計(jì)過(guò)程指導(dǎo)一、總體方案的確定，畫(huà)出系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖+-+- 系統(tǒng)的總體方案采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。 圖2-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)圖二、主電路形式的確定勵(lì)磁電路形式的確定（一）主電路形式的確定1.整流電路形式對(duì)于容量較大的電動(dòng)機(jī)（4kw以上），其整流電路一般采用三相全控橋式。2.變壓器接線方式確定一般采用/y(d,y)或y0/y

7、(yn,y)聯(lián)結(jié)。（二）勵(lì)磁電路形式的確定由于勵(lì)磁電路功率小，且不需要在額定轉(zhuǎn)速以上進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，故可以采用單相全波不可控整流電路，或三相半波不可控整流電路。主電路和勵(lì)磁電路接線形式如圖2-2所示。mtabcif220v或380v 圖2-2 主電路和勵(lì)磁電路三、電樞整流變壓器、勵(lì)磁整流變壓器、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算1電樞整流變壓器的參數(shù)計(jì)算（1）一次相電壓和二次相電壓變壓器一次側(cè)電壓，聯(lián)結(jié)，。變壓器二次側(cè)電壓按下式計(jì)算（對(duì)于y型聯(lián)接）： （2-1）式中：整流變壓器y聯(lián)接式的相電壓有效值（v）電動(dòng)機(jī)電樞額定電壓（v）整流電路系數(shù)，三相全控橋安全系數(shù)（2）一次相電流和二次相電流二次相電流： （2-2

8、）式中：二次相電流有效值（a）；直流電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)最大負(fù)載電流（a）；二次電流波形系數(shù)，三相橋?yàn)?。一次相電流?（2-3）式中：一次相電流有效值（a）； 一、二次相電壓有效值（v）。（3）一次視在功率、二次視在功率 （2-4）電樞整流變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)：視在功率 s=122.5(kva)；一、二次線電流 191a/315a；一、二次線電壓 380/220v ；接線方式：d,y11.2勵(lì)磁電路變壓器的參數(shù)計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)的額定勵(lì)磁電壓，則勵(lì)磁變壓器二次側(cè)的電壓為:， 取。電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁電流：勵(lì)磁變壓器二次側(cè)電流：勵(lì)磁變壓器一次側(cè)電流：容量：勵(lì)磁變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)：容量：；電流：；電壓：3.平波電抗器參數(shù)計(jì)算

9、按輕載時(shí)的電流連續(xù)或有較好的電流波形選電抗器的電感量；按最大負(fù)載時(shí)的電流來(lái)確定電抗器的導(dǎo)線的載流量。（1）使電流連續(xù)的電感量（l）對(duì)于三相全控橋 （2-5）式中：整流變壓器二次繞組y連接時(shí)的相電壓（v）直流電動(dòng)機(jī)的最小負(fù)載電流（a），按10%額定電流計(jì)算。例：（2）電動(dòng)機(jī)電樞電感量ld （2-6）式中：電動(dòng)機(jī)額定電壓（v）；電動(dòng)機(jī)額定電流（a）；電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（rpm）；p 極對(duì)數(shù)；kd系數(shù)，一般無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取812；快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取68；有補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取56。例：（3）整流變壓器每相繞組的漏電感l(wèi)b （2-7）式中：變壓器的短路比，1010000kva的變壓器，對(duì)應(yīng)的uk%=510;與整流電

10、路有關(guān)的系數(shù)，查表，對(duì)于三相全控橋kb=3.9;負(fù)載電流, id=0.75inom.（4）平波電抗器的電感量 （2-8）（5）平波電抗器的電流式中：平波電抗器線圈的額定電流（a）直流電動(dòng)機(jī)的最大負(fù)載電流（a），在此為0.75有效值與平均值之比，即效率比四、晶閘管、勵(lì)磁電路整流二極管的參數(shù)計(jì)算與選擇1晶閘管的參數(shù)計(jì)算與選擇（1）額定電壓選擇 （2-9）式中：晶閘管的標(biāo)稱(chēng)電壓；晶閘管在工作中承受的最大峰值電壓對(duì)于三相全控橋。例：?。ɑ颍?）額定通態(tài)平均電流 （2-10）式中：通態(tài)平均電流的計(jì)算系數(shù)，對(duì)于三相橋,最大負(fù)載電流，.例：?。?）晶閘管型號(hào)：2勵(lì)磁電路整流二極管的參數(shù)計(jì)算與選擇 （2-1

11、1）對(duì)于單相橋，。 （2-12）對(duì)于單相橋，。查手冊(cè)，可選2cz系列硅整流管。五、晶閘管的過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)（一）過(guò)電壓保護(hù)凡超過(guò)晶閘管在正常工作時(shí)所承受的最大峰值電壓，都算過(guò)電壓。操作過(guò)電壓：由晶閘管裝置的拉閘、合閘合器件關(guān)斷等電磁過(guò)程引起的過(guò)電壓。浪涌電壓：由于雷擊等原因從電網(wǎng)浸入的偶然性的浪涌電壓。過(guò)壓保護(hù)的任務(wù)：使經(jīng)常發(fā)生的操作過(guò)電壓限制在額定電壓以下；使偶然性的浪涌電壓限制在器件的斷態(tài)和反向不重復(fù)峰值電壓和以下。 1.交流側(cè)保護(hù)（1）阻容保護(hù)有兩種接線方式，形和y形，接法如圖2-3所示。r形形圖2-3 形和y形接法圖推薦采用三角形接法，計(jì)算出其電阻值、功率，電容值及其耐壓。電阻

12、可選用系列被釉線繞電阻器或系列功率型線繞被釉電阻器，如；電容可選cj48型交流密封金屬化紙介電容器；如：。計(jì)算公式：式中，i02折算到變壓器副邊的空載電流，i02=i%i2nkc，kr，kp系數(shù)，對(duì)于三相橋，kc=10000，kr=0.3，kp=0.25電容耐壓=1.5ucuc正常工作時(shí)阻容兩端交流電壓有效值。（2）非線性電阻保護(hù)阻容吸收裝置一般設(shè)計(jì)得能把操作過(guò)電壓抑制在允許范圍之內(nèi)，但發(fā)生雷擊或從電網(wǎng)侵入更高的浪涌電壓時(shí)，電壓可能高到正常值的幾十倍，雖有阻容吸收，仍會(huì)突破允許值，所以只有阻容裝置是不可靠的。如果在電源端并聯(lián)具有穩(wěn)壓管特性且能吸收較大能量的非線性元件，將起到很好的過(guò)壓保護(hù)作用。

13、 圖2-4 壓敏電阻或硒堆電路圖壓敏電阻的選擇： 選定標(biāo)稱(chēng)電壓u1ma（額定電壓） （2-13）其中，的上限是有被保護(hù)的設(shè)備的耐壓決定的，應(yīng)使得通過(guò)浪涌電流時(shí)，殘壓抑制在設(shè)備的耐壓以下，即；為安全系數(shù)，一般取左右為晶閘管反向重復(fù)峰值電壓；為殘壓比 ，即壓敏電阻在通過(guò)放電電流時(shí)的兩端電壓與之比，一般選定通流容量通流容量的選擇原則是壓敏電阻允許通過(guò)的最大電流，應(yīng)大于泄放浪涌電壓時(shí)流過(guò)壓敏電阻的實(shí)際浪涌峰值電流。但實(shí)際浪涌電流很難計(jì)算。壓敏電阻承受浪涌電流的能力，取決于本身承受能量的允許值。與其體積有關(guān)。應(yīng)使器件的通流容量大于實(shí)際產(chǎn)生的浪涌能量?？筛鶕?jù)實(shí)際產(chǎn)生的浪涌能量來(lái)選定通流容量。選。2直流側(cè)過(guò)

14、電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)交流側(cè)保護(hù)m圖2-6 直流開(kāi)關(guān)跳閘引起過(guò)電壓b am圖2-5 快速熔斷器熔斷引起過(guò)電壓r1c1圖2-7 直流側(cè)阻容過(guò)壓保護(hù)采用圖2-7所示的阻容保護(hù)電路，電阻電容計(jì)算如下。 (2-14) (2-15)式中：系數(shù)，對(duì)于三相全控橋系數(shù)，對(duì)于三相全控橋?yàn)檎鬯愕阶儔浩鞲边叺目蛰d電流取 變壓器二次側(cè)線電壓電容耐壓：計(jì)算電阻功率：選擇電阻和電容：電阻可選用系列被釉線繞電阻器或系列功率型線繞被釉電阻器，查手冊(cè)選擇其型號(hào)。電容可選型交流密封金屬化紙介電容器，查手冊(cè)選擇其型號(hào)。3、換相過(guò)電壓保護(hù)（晶閘管關(guān)斷過(guò)電壓）每個(gè)晶閘管關(guān)斷時(shí)，也和開(kāi)關(guān)關(guān)斷一樣，會(huì)由于線路中的電感（主要是變壓器漏感l(wèi)b）釋

15、放能量，產(chǎn)生電壓。135462abc圖2-8 換相過(guò)電壓保護(hù) （2-16） （2-17）式中：通態(tài)平均電流整流裝置輸出直流平均電壓 （二）過(guò)電流保護(hù)1、產(chǎn)生過(guò)電流的原因過(guò)負(fù)載直流側(cè)短路：由于導(dǎo)線搭碰，電動(dòng)機(jī)換相器失火（火花很?chē)?yán)重，電弧繞著換相器把正負(fù)兩組電刷短路）等原因，把直流負(fù)載（電動(dòng)機(jī)電樞）短路，產(chǎn)生很大的短路電流。元件本身直接短路：可控硅元件擊穿或燒壞，一般造成陽(yáng)極和陰極短路而不是斷路。2、快速熔斷器選擇原則：在正常短時(shí)過(guò)載工作時(shí)，快熔應(yīng)該不過(guò)熱；在發(fā)生短路故障時(shí)，快熔應(yīng)在可控硅尚未燒壞前先熔斷。 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓（有效值）快熔熔體的額定電流是指電流有效值，可按下式選

16、取式中：最大起動(dòng)電流時(shí)通過(guò)熔芯電流的有效值對(duì)于三相全控橋快熔熔斷芯的極極電流晶閘管的通態(tài)平均電流安裝熔體的外殼稱(chēng)熔斷器，熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等與熔體的電流注：為保證可靠與選用方便起見(jiàn)，可取，為被保護(hù)晶閘管的額定電流。推薦選用rs3系列快速熔斷器，查手冊(cè)選擇其型號(hào)。六、晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)（一）kc04（或kj004)移相集成觸發(fā)器1.管腳：16腳雙列直插。圖2-9 kj004移相集成觸發(fā)器引腳排列查閱其技術(shù)數(shù)據(jù)：表21 kc04（或kj004)移相集成觸發(fā)器技術(shù)數(shù)據(jù)引腳1234567891011 1213141516功能輸出空鋸齒波形成-vee空地同步輸入綜合比較空微分電容封鎖調(diào)制輸出+v

17、cc圖2-10 kj004典型接線及波形r6,rp1,c1決定了鋸齒波的斜率；r7,c2決定了觸發(fā)脈沖的寬度(二）kj041(kc41)六路雙窄脈沖形成器1. 引腳kj041六路雙脈沖形成器是三相全控橋式觸發(fā)線路中常用的電路，它具有雙脈沖形成和電子開(kāi)關(guān)控制封鎖雙脈沖形成功能。kj041是雙列直插式的16引腳集成電路. 7腳接地，各路由輸出，7腳接高電平，封鎖各路輸出。圖2-11 kj041引腳排列2. kj041（kc41)內(nèi)部原理圖及各點(diǎn)波形圖2-12 kj041（kc41)內(nèi)部原理圖及各點(diǎn)波形（三）同步變壓器的定相若同步變壓器后面不加阻容濾波電路，可采用d,y11聯(lián)結(jié); 若同步變壓器后面加

18、阻容濾波電路（一般濾波之后相角為30度），同步變壓器可采用y,y10聯(lián)結(jié)，二次側(cè)電壓取30v。七、電流給定檢測(cè)及速度給定檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)1.電流給定檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)在晶閘管整流裝置中，交流側(cè)有效值電流與直流側(cè)整流電流之間，存在著一定的比例關(guān)系，其比例系數(shù)因整流電路而異，如三相橋式整流電路，。因此量測(cè)交流側(cè)電流可反映出整流電流的大小。量測(cè)交流電流可用通用交流互感器，它既能在一定的準(zhǔn)確度下反映主電路電流，又能把控制電路與主電路隔開(kāi)，因此使用的最普遍。+10un*r0/2r0/2conrncn2.轉(zhuǎn)速給定、檢測(cè)環(huán)節(jié)（1）轉(zhuǎn)速給定圖2-13轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)原理圖tgr2rp2圖2-14轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路un（2）檢

19、測(cè)環(huán)節(jié)測(cè)速發(fā)電機(jī)在使用時(shí)，負(fù)載電流不要太大（一般為）。測(cè)速發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速與主電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速要相當(dāng)（）。測(cè)速發(fā)電機(jī)的功率要比主電機(jī)的功率小得多。測(cè)速發(fā)電機(jī)與電機(jī)嚴(yán)格同軸，否則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加的周期擾動(dòng)信號(hào)。選永磁式直流測(cè)速發(fā)電機(jī)zys231/110型，其額定數(shù)據(jù)為：計(jì)算r2,rp2當(dāng)時(shí)，測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為 可選：r2:rj-6w-1krp2:ws2-2-2w-300八、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)(一)電流環(huán)的設(shè)計(jì)1、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)電流環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖如圖2-15所示.-圖2-15電流環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖2、確定時(shí)間常數(shù)(1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)(2)電流濾波時(shí)間常數(shù) 三相全控橋每個(gè)波頭的時(shí)間是，為了基本濾平

20、波頭，應(yīng)有。取.(3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)3、acr結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求： 設(shè)計(jì)成二階最佳系統(tǒng)，采用pi調(diào)節(jié)器，4、acr參數(shù)acr超前時(shí)間常數(shù)：電路環(huán)開(kāi)環(huán)增益：acr的比例系數(shù)：5、校驗(yàn)近似條件（1）晶閘管裝置傳函的近似條件, 滿(mǎn)足條件（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)影響的近似條件，滿(mǎn)足條件。（3）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿(mǎn)足條件。6、acr的實(shí)現(xiàn)如圖2-16所示：取，取，取，取按上述參數(shù)設(shè)計(jì)的電流環(huán)，滿(mǎn)足要求。（二）轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)1、電流環(huán)的等效結(jié)構(gòu)如圖2-17所示+-圖2-16 acr實(shí)現(xiàn)電路圖2-17 電流環(huán)的等效結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)速環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖2-18所示。-+-圖2.18 轉(zhuǎn)速環(huán)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)3、確定時(shí)間常數(shù)（1

21、）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所選測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波情況?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)4、asr結(jié)構(gòu)選擇由于要求無(wú)靜差，asr必然含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求，應(yīng)按典設(shè)計(jì)5、asr參數(shù)按跟隨性和抗擾性都較好的原則，按準(zhǔn)則，取。超前時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益：又6、校驗(yàn)近似條件（1）電流環(huán)等效處理?xiàng)l件滿(mǎn)足（2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿(mǎn)足條件7、轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%的計(jì)算查表時(shí)（1）當(dāng)時(shí)（2）當(dāng)時(shí)不滿(mǎn)足要求，需加微分負(fù)反饋8、微分負(fù)反饋參數(shù)計(jì)算+-asr圖2-9 asr的實(shí)現(xiàn)9、asr的實(shí)現(xiàn)取，則取，則九、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)matlab仿真實(shí)例（一）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的simulink仿真框圖ui

22、*圖2-20 具有飽和非線性調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)系統(tǒng)的仿真框圖1、不同給定下的起動(dòng)特性負(fù)載電流=136a（額定負(fù)載），仿真波形如圖2-21所示。a)=7v b) =10v圖2-21給定變化的仿真波形從仿真結(jié)果可以看出：給定越大，轉(zhuǎn)速的超調(diào)越??；電流的恒流加速期越長(zhǎng)。2、不同負(fù)載下的起動(dòng)特性給定=5v時(shí)，仿真波形如圖2-22所示。 a)=136a（額定） b) =0a圖2-22 負(fù)載變化的仿真波形從仿真結(jié)果可以看出：負(fù)載越小，轉(zhuǎn)速超調(diào)越大；電流恒流期越短。3、改變asr參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響按準(zhǔn)則，取h=5整定轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)，仿真波形如圖2-23所示。=11.7 , =0.087圖2-23 整定

23、時(shí)的仿真波形（1）不變，增大；仿真波形如圖2-24所示。a)=11.7 ,=0.087 b)=30,=0.087圖2-24 增大的仿真波形不變，減小，仿真波形如圖2-25所示。a)=11.7 ,=0.087 b)=1, =0.087圖2-25 減小的仿真波形從仿真結(jié)果可以看出：不變，改變不影響系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性，不恰當(dāng)?shù)目赡茉斐沙{(diào)增大或振蕩加劇。（2）不變，增大；仿真波形如圖2-26所示。a)=11.7,=0.087 b)=11.7,=1圖2-26 增大的仿真波形不變，減小，仿真波形如圖2-27所示。 a)=11.7,=0.087 b)=11.7,=0.01圖2-27 增大的仿真波形從仿真結(jié)果

24、可以看出：不變，增大，轉(zhuǎn)速超調(diào)減小,但動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢；不變，減小，轉(zhuǎn)速發(fā)生振蕩，相對(duì)穩(wěn)定性下降。圖2-28 帶有轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)的sinmulink框圖4、微分負(fù)反饋對(duì)系統(tǒng)性能的影響 圖2-29 不加微分負(fù)反饋的仿真波形 圖2-30 加入微分負(fù)反饋的仿真波形從仿真結(jié)果可以看出：加微分負(fù)反饋 ，轉(zhuǎn)速的超調(diào)減小。第三章 課程設(shè)計(jì)參考圖一、主電路二、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器三、觸發(fā)電路四、穩(wěn)壓電源第四章 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn) 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑搶?shí)驗(yàn)是對(duì)本課程前述幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的綜合與拓展，目的是加深對(duì)邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)原理的理解，掌握系統(tǒng)組成及各主要單元部件的原理和調(diào)試方法，

25、掌握系統(tǒng)的調(diào)試原則和調(diào)試步驟，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，完成獨(dú)立調(diào)試系統(tǒng)的基本訓(xùn)練。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1系統(tǒng)主要單元調(diào)試。2系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)調(diào)試與閉環(huán)調(diào)試。3正反轉(zhuǎn)機(jī)械特性n=f(id)的測(cè)定。4正反轉(zhuǎn)閉環(huán)控制特性n=f (ug)的測(cè)定。5系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的觀察。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1mcl系列教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主控制屏。2mcl18組件（適合mcl)或mcl31組件（適合mcl）。3mcl33組件或mcl53組件。4mcl34組件5mel-11掛箱6mel03三相可調(diào)電阻（或自配滑線變阻器）。7電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)速發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)m01（或電機(jī)導(dǎo)軌及測(cè)功機(jī)、mel13組件。8直流電動(dòng)機(jī)m03。9雙蹤示波器

26、。10萬(wàn)用表。四、注意事項(xiàng) 1三相主電源連線時(shí)需注意，不可接錯(cuò)相序。 2電源開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)的發(fā)光二極管可能會(huì)亮，只需按下對(duì)應(yīng)的“復(fù)位”按鈕即可。 3系統(tǒng)開(kāi)環(huán)連接時(shí)，不允許突加給定信號(hào)ug起動(dòng)電機(jī)。 4起動(dòng)電機(jī)時(shí)，需把發(fā)電機(jī)的外接電阻斷開(kāi)，以免帶負(fù)載起動(dòng)。 5改變接線時(shí)，必須先切斷電源，同時(shí)使系統(tǒng)的給定為零。 6進(jìn)行閉環(huán)調(diào)試時(shí)，若電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)最高速且不可調(diào)，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)速反饋的極性是否接錯(cuò)，緊急時(shí)候，直接斷開(kāi)總電源開(kāi)關(guān)的“斷開(kāi)”紅色按鈕。 7雙蹤示波器的兩個(gè)探頭地線通過(guò)示波器外殼短接，故在使用時(shí)，必須使兩探頭的地線同電位(只用一根地線即可)，以免造成短路事故。 8電動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前，一定要

27、先加勵(lì)磁，第一部分 系統(tǒng)各單元的調(diào)試1速度調(diào)節(jié)器（asr）的調(diào)試 按圖1接線，dzs(零速封鎖器)的扭子開(kāi)關(guān)扳向“解除”。 （1）調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值 “5”、“6”端 接mel-11掛箱的電容(7)，使asr調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓（由mcl18或主控制屏的給定提供，以下同），調(diào)整正、負(fù)限幅電位器rp1、rp2，使輸出正負(fù)限幅值等于3v。（2）將rp3、rp4電位器左旋到頭，使放大倍數(shù)最小。 2電流調(diào)節(jié)器（acr）的調(diào)試 按圖1接線。（1）調(diào)整輸出正、負(fù)限幅值 “9”、“10”端 接mel-11掛箱電容（7），使調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調(diào)整正，負(fù)限幅電位器，使輸

28、出正負(fù)最大值為5v。（2）調(diào)節(jié)acr的比例放大倍數(shù)，使其在1左右。圖13電平檢測(cè)器的調(diào)試（1）測(cè)定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器（dpt）的環(huán)寬，要求環(huán)寬為0.40.6伏，記錄高電平值 ，調(diào)節(jié)rp使環(huán)寬對(duì)稱(chēng)縱坐標(biāo)。原理圖見(jiàn)圖3。具體方法：（a）調(diào)節(jié)給定ug，使dpt的“1”腳得到約0.3v電壓，調(diào)節(jié)電位器rp，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）調(diào)節(jié)負(fù)給定，從0v起調(diào)，當(dāng)dpt的“2”端從“0”變?yōu)椤?”時(shí)，檢測(cè)dpz的“1”端應(yīng)為-0.3v左右，否則應(yīng)調(diào)整電位器，使“2”端電平變化時(shí)，“1”端電壓大小基本相等。圖3 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器（2）測(cè)定零電流檢測(cè)器（dpz）的環(huán)寬，要求環(huán)寬也為0.40.6伏，調(diào)節(jié)r

29、p，使回環(huán)向縱坐標(biāo)右側(cè)偏離0.10.2伏。具體方法：（a）調(diào)節(jié)給定ug，使dpz的“1”端為0.7v左右，調(diào)整電位器rp，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）減小給定，當(dāng)“2”端電壓從“0”變?yōu)椤?”時(shí)，“1”端電壓在0.10.2v范圍內(nèi)，否則應(yīng)繼續(xù)調(diào)整電位器rp。（3）按測(cè)得數(shù)據(jù)，畫(huà)出兩個(gè)電平檢測(cè)器的回環(huán)。4反號(hào)器（ar）的調(diào)試 測(cè)定輸入輸出比例，輸入端加+5v電壓，調(diào)節(jié)rp，使輸出端為-5v。5邏輯控制器（dlc）的調(diào)試測(cè)試邏輯功能，列出真值表，真值表應(yīng)符合下表：輸入um110001ui100100輸出uz(ublf)000111uf(ublr)111000調(diào)試時(shí)的階躍信號(hào)可從給定器得

30、到。調(diào)試方法：按圖5接線（a）給定電壓順時(shí)針到底，ug輸出約為12v。圖5 邏輯控制器（dlc）的調(diào)試（b）此時(shí)上下?lián)軇?dòng)mcl18中g(shù)（給定）部分s2開(kāi)關(guān)，ublf、ublr的輸出應(yīng)為高、低電平變化，同時(shí)用示波器觀察dlc的“5”，應(yīng)出現(xiàn)脈沖，用萬(wàn)用表測(cè)量，“3”與“ublf”，“4”與“ublr”等電位。第二部分 邏輯無(wú)環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試及性能測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成及工作原理邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的主回路由二組反并聯(lián)的三相全控整流橋組成，由于沒(méi)有環(huán)流，兩組可控整流橋之間可省去限制環(huán)流的均衡電抗器，電樞回路僅串接一個(gè)平波電抗器。控制系統(tǒng)主要由速度調(diào)節(jié)器asr，電流調(diào)節(jié)器acr，反號(hào)器ar，轉(zhuǎn)矩極

31、性鑒別器dpt，零電流檢測(cè)器dpz，無(wú)環(huán)流邏輯控制器dlc，觸發(fā)器，電流變換器fbc，速度變換器fbs等組成。其系統(tǒng)原理圖如圖6-9所示。正向起動(dòng)時(shí)，給定電壓ug為正電壓，無(wú)環(huán)流邏輯控制器的輸出端ublf為”0”態(tài)，ublr為”1”態(tài)，即正橋觸發(fā)脈沖開(kāi)通，反橋觸發(fā)脈沖封鎖，主回路正組可控整流橋工作，電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)。減小給定時(shí)，ugufn,使ugi 反向，整流裝置進(jìn)入本橋逆變狀態(tài)，而ublf,ublr不變，當(dāng)主回路電流減小并過(guò)零后，ublf，ublr輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換，ublf為“1”態(tài)，ublr為“0”態(tài)，即進(jìn)入它橋制動(dòng)狀態(tài)，使電機(jī)降速至設(shè)定的轉(zhuǎn)速后再切換成正向運(yùn)行；當(dāng)ug=0時(shí)，則電機(jī)停轉(zhuǎn)。反向運(yùn)行

32、時(shí)，ublf為”1”態(tài)，ublr為”0”態(tài)，主電路反組可控整流橋工作。無(wú)環(huán)流邏輯控制器的輸出取決于電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，正向運(yùn)轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變及反轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變狀態(tài)，ublf為”0”態(tài)，ublr為”1”態(tài)，保證了正橋工作，反橋封鎖；反向運(yùn)轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)制動(dòng)本橋逆變，正轉(zhuǎn)制動(dòng)它橋逆變階段，則ublf為”1”態(tài)，ublr為”0”態(tài)，正橋被封鎖，反橋觸發(fā)工作。由于邏輯控制器的作用，在邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中保證了任何情況下兩整流橋不會(huì)同時(shí)觸發(fā)，一組觸發(fā)工作時(shí)，另一組被封鎖，因此系統(tǒng)工作過(guò)程中既無(wú)直流環(huán)流也無(wú)脈沖環(huán)流。二、注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保證邏輯控制器工作；邏輯正確后才能使系統(tǒng)正反向切換運(yùn)行。2為了防止意外，

33、可在電樞回路串聯(lián)一定的電阻，如工作正常，則可隨ug的增大逐漸切除電阻。三實(shí)驗(yàn)方法及步驟1 觸發(fā)電路的調(diào)試主電路未接線（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖。（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源的相序。（3）將mcl-33板上的ublf接地，用示波器觀察正組每只晶閘管的控制極、陰極，應(yīng)有幅度為1v2v的脈沖。（4）拆除ublf接地線，將ublr接地, 觀察反橋晶閘管的控制極、陰極，應(yīng)有幅度為1v2v的觸發(fā)脈沖。（5）系統(tǒng)零點(diǎn)的調(diào)整：將ug接uct，并將給定調(diào)到0，用雙蹤示波器同時(shí)觀察mcl-

34、33板上的u相同步信號(hào)和1號(hào)孔觸發(fā)脈沖,觀察觸發(fā)脈沖的相位是否為=90(注意:同步信號(hào)30的點(diǎn)為自然換向點(diǎn),即=0的點(diǎn).),若不對(duì),應(yīng)調(diào)節(jié)偏移電壓電位器,使=90或者同時(shí)觀察v相同步信號(hào)和1號(hào)孔觸發(fā)脈沖，調(diào)整偏移電壓電位器，使1號(hào)觸發(fā)脈沖正好對(duì)應(yīng)v相同步信號(hào)的正向過(guò)零點(diǎn)上（此時(shí)恰好是=90）（6）觀察移相特性：慢慢加正向給定信號(hào),此時(shí)觸發(fā)脈沖應(yīng)前移。當(dāng)移到=30時(shí),記下此時(shí)的給定電壓ug的數(shù)值；慢慢加負(fù)向給定信號(hào)，此時(shí)觸發(fā)脈沖應(yīng)后移，當(dāng)移到=150時(shí)，記下此時(shí)的給定電壓ug的數(shù)值。2主電路的調(diào)試（1）將主電路(i組)接成三相全控橋，按下圖接線。ublf接地，ublr接地線拆除。ug直接接uct

35、，將給定調(diào)到0?？刂齐娐吠?，勵(lì)磁電路通電，主電路通電，此時(shí)電動(dòng)機(jī)應(yīng)不轉(zhuǎn)。若電動(dòng)機(jī)此時(shí)旋轉(zhuǎn)，說(shuō)明觸發(fā)電路的零點(diǎn)沒(méi)調(diào)好，慢慢調(diào)整偏移電位器，使電動(dòng)機(jī)恰好不轉(zhuǎn)。慢慢增加正給定，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)增加，觀察轉(zhuǎn)速表。（2）將主電路i組與電動(dòng)機(jī)的連線拆除，將主電路ii組接成三相全控橋，（接線與上圖類(lèi)似），拆除ublf接地線，將ublr接地，慢慢增加正給定，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)增加，且方向與原來(lái)相反。2 電流環(huán)的調(diào)試（1）電流環(huán)的開(kāi)環(huán)調(diào)試：電流反饋極性及反饋系數(shù)的確定：lb1b2m圖6 主電路a.主電路按圖6接線。電動(dòng)機(jī)暫不加勵(lì)磁。b.控制電壓uct由給定器ug直接接入，ug調(diào)在0位上，打到“正給定”c.慢慢增加給定信

36、號(hào)，密切注視電流表，將電流調(diào)到1.2a(即idm=1.1ied=1.2a),用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量“fbc+fa”單元的電流反饋信號(hào)端if，調(diào)節(jié)rp1使if端的電壓為3v（或略低于3v）。（2）電流環(huán)的閉環(huán)調(diào)試（主電路同上）a.將acr接成pi調(diào)節(jié)器,將電流反饋信號(hào)if接到acr的1端，給定信號(hào)接到acr的3端，acr的輸出7端接uct，電流環(huán)閉環(huán)。 給定打到負(fù)給定，逆時(shí)針旋到。b.接通控制電路電源和主電路電源，電動(dòng)機(jī)暫不加勵(lì)磁,慢慢增加給定信號(hào)，密切注視電流表，將電流調(diào)到1.2a，此時(shí)給定應(yīng)為v。如果該關(guān)系不正確且相差很大，說(shuō)明電流反饋系數(shù)未整定好，此時(shí)應(yīng)再調(diào)整電流反饋電位器rp1(fbc+f

37、a單元)，使其滿(mǎn)足上述關(guān)系。3不可逆系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)試（1）轉(zhuǎn)速環(huán)的開(kāi)環(huán)調(diào)試 轉(zhuǎn)速反饋極性及反饋系數(shù)的確定： 主電路按圖6接線，電動(dòng)機(jī)加勵(lì)磁。將給定信號(hào)ug直接接uct，將轉(zhuǎn)速計(jì)的“轉(zhuǎn)速輸出”接到fbs(速度變換器)的1、2端，慢慢增加正給定，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，使轉(zhuǎn)速達(dá)到1600rpm，用萬(wàn)用表測(cè)量fbs的3、4端的輸出電壓，調(diào)節(jié)fbs上的電位器rp,使3、4端的輸出電壓為2v，同時(shí)記下電壓的極性，此時(shí)應(yīng)該3端為負(fù)，4端為正（若極性不對(duì)，應(yīng)對(duì)換1、2兩端的接線），以保證組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。 （2）轉(zhuǎn)速環(huán)的閉環(huán)調(diào)試系統(tǒng)按圖7接線，組成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。將給定打向正給定，并逆時(shí)針調(diào)到0； 接通控制電路電源，合上勵(lì)磁電源，合上主電源慢慢增加給定，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，觀察電流