VM轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（DOC X頁）

1、目錄1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案31.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的概述31.2電機(jī)的技術(shù)參數(shù)41.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性52.1主電路的選擇92.2整流變壓器參數(shù)的計(jì)算102.3平波電抗器的電感量112.4晶閘管保護(hù)電路113 動態(tài)參數(shù)計(jì)算及調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)143.1系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖143.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)143.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)184 結(jié)論22摘 要本次設(shè)計(jì)利用晶閘管等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)v-m轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。通過分析直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過電流元件的反饋?zhàn)饔?/p>

2、穩(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速檢測元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(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。采用工程設(shè)計(jì)的方法對直流雙閉環(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，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。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)對調(diào)節(jié)器的具體設(shè)計(jì)。之后，再對系統(tǒng)的起動過程進(jìn)行分析，以了解系統(tǒng)的動態(tài)性能。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)，晶閘管，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的概述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的電力拖動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、

3、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)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(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)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負(fù)載動態(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，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如1-1（a

4、）所示。當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。（a）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程（b）理想的快速起動過程圖1-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形在實(shí)際工作中,我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動過程波形如圖1-1（b）所示，這時(shí)，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動

5、過程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動，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)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)反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔迷诓煌碾A段。1.2電機(jī)的技術(shù)參數(shù)直流電動機(jī)(zd2-152-1b)的技術(shù)參數(shù):額定容量：額定電壓：額定電流： 額定轉(zhuǎn)速： 額定效

6、率：勵磁電壓： 勵磁電流： 電樞繞組電阻： 換向繞組電阻： 過載倍速： 磁極對數(shù)： 轉(zhuǎn)動慣量： 測速發(fā)電機(jī)（icf-22e）的技術(shù)參數(shù)：額定容量： 額定電壓： 額定電流： 額定轉(zhuǎn)速： 系統(tǒng)參數(shù)：電樞總電阻： 系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量：1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性1.3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(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。二者之間實(shí)行串級聯(lián)接，如圖1-2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)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)

7、調(diào)速系統(tǒng)。圖1-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)asr轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 acr電流調(diào)節(jié)器 tg測速發(fā)電機(jī)ta電流互感器 upe電力電子變換器為了獲得良好的靜、動態(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，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖如圖1-3所示。圖1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖圖中標(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。圖中還表示了兩個(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定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器acr的輸出限幅電壓ucm限制了電力電子變換器的最大輸

8、出電壓udm。1.3.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖1-4所示。它可以很方便地根據(jù)原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示pi 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 pi 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限幅值，不飽和輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，pi的作用使輸入偏差電壓u在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。圖1-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電

9、流反饋系數(shù)實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此由第一個(gè)關(guān)系式可得從而得到圖1-5所示靜特性的ca段。與此同時(shí)，由于asr不飽和，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知。這就是說，ca段特性從理想空載狀態(tài)的id=0一直延續(xù)到id=idm，而idm一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和這時(shí)，asr輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系

10、統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)其中，最大電流idm是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電動機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。其所描述的靜特性對應(yīng)于圖1-5中的ab段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于，則，asr將退出飽和狀態(tài)。圖1-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)pi調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性好。1.3.3各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)

11、態(tài)參數(shù)計(jì)算 由圖1-4可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的；asr的輸出量是由負(fù)載電流決定的；而控制電壓uc的大小則同時(shí)取決于n和id，或者說，同時(shí)取決于和。這些關(guān)系反映了pi調(diào)節(jié)器不同于p調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而pi調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要pi調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止所以，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) 2 主電路的確定及參數(shù)計(jì)算2.1主電路的選擇在直流調(diào)速系統(tǒng)中，我們采用的是晶閘管-

12、電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡稱v-m系統(tǒng)）的原理圖如圖2-1所示。它通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置gt的控制電壓uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變平均整流電壓ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。與旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且再技術(shù)性能上也呈現(xiàn)出較大的優(yōu)越性。圖2-1 晶閘管-電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，根據(jù)晶閘管的特性，可以通過調(diào)節(jié)控制角大小來調(diào)節(jié)電壓。當(dāng)整流負(fù)載容量較大或直流電壓脈動較小時(shí)應(yīng)采用三相整流電路，其交流側(cè)由三相電源供電。三相整流電路中又分三相半波和全控橋式整流電路，本設(shè)計(jì)采用了三

13、相全控橋式整流電路來供電，該電路是目前應(yīng)用極廣泛的整流電路，輸出電壓波動小，適合直流電動機(jī)的負(fù)載，并且該電路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣，能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)連續(xù)、平滑地轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等技術(shù)要求。圖2-2 主電路原理圖三相全控橋式整流電路由晶閘管vt1、vt3、vt5接成共陰極組，晶閘管vt4、vt6、vt2接成共陽極組，在電路控制下，只有接在電路共陰極組中電位為最高又同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，以及接在電路共陽極組中電位最低而同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖的晶閘管，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才構(gòu)成完整的整流電路。為了使元件免受在突發(fā)情況下超過其所承受的電壓電流的侵害，電路中加入了過電壓、過電流保護(hù)裝置。2.2整流變壓器參數(shù)的計(jì)算2.2.1

14、的計(jì)算為了減小電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾,使整流主電路與電網(wǎng)隔離,為此需要配置整流裝置。但由于電網(wǎng)電壓波動、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算: 式中：為負(fù)載的額定電壓，取220v為整流元件的正向?qū)▔航?，?vn為電流回路所經(jīng)過的整流元件的個(gè)數(shù)，橋式電路取2a為理想情況下時(shí)，取2.34b為實(shí)際電壓與理想空載電壓比，取0.93為最小移相角，取c為線路接線方式系數(shù)，取0.5為變壓器阻抗電壓比，取0.05為二次側(cè)允許出現(xiàn)的最大電流與額定電流之比，取0.816 所以將數(shù)據(jù)代入2.2.2變壓器和晶閘管的容量1.變壓器容量理想條件下變壓器二次容量為2.晶閘管容量晶閘管

15、額定電壓應(yīng)選等于元件實(shí)際承受最大峰值電壓的(23)倍 考慮3倍的過壓容量,取晶閘管額定電流:有效值平均值考慮(1.52)的過流裕量,取2.3平波電抗器的電感量為了使負(fù)載電流得到平滑的直流,通常在整流輸出端串入帶有氣隙鐵心的電抗器。電流連續(xù)時(shí):式中: 所以：電流斷續(xù)時(shí): 其中給定的允許電流脈動系數(shù),三相整流電路中,取。所以：平波電抗器電感：平波電抗器電阻為：=2.4晶閘管保護(hù)電路1.晶閘管關(guān)斷過電壓保護(hù)為了避免晶閘管兩端在關(guān)斷過程中出現(xiàn)瞬時(shí)反向過電壓尖峰波形,最常用的保護(hù)方式是在晶閘管兩端并接rc吸收元件。選擇根據(jù)查表得：電阻， 電容，電阻功率2.交流側(cè)過電壓保護(hù)為了避免接通、斷開交流側(cè)電源時(shí)出

16、現(xiàn)暫態(tài)過程而引起的過電壓，故采用阻容吸收電路。電容：電阻： 電阻功率：3.直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)由于是電感性負(fù)載,故在某種情況下,會發(fā)生浪涌過電壓.如電壓過高的話,有可能會造成晶閘管硬開通而損壞。為避免它，故在直流負(fù)載兩端并接壓敏電阻來保護(hù)。選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電壓和通流容量通過查表可得出：通流容量選擇。 故查表得壓敏電阻型號規(guī)格為。4.過電流保護(hù)造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動太大、電動機(jī)軸上拖動的負(fù)載超過允許值、電路中管子誤導(dǎo)通以及管子擊穿短路等。為了避免這些影響，通常采取快速熔斷器來起到過電流的保護(hù)作用?？焖偃蹟嗥鹘臃ㄓ腥N，本設(shè)計(jì)采用接入橋臂與晶閘管串聯(lián)的方法。選擇根據(jù)的計(jì)算公式來進(jìn)

17、行選擇，本設(shè)計(jì)中，所以查表得型號為。3 動態(tài)參數(shù)計(jì)算及調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示，圖中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；晶閘管整流與觸發(fā)裝置的靜態(tài)放大倍數(shù)； 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)；晶閘管整流電路的失控時(shí)間，對于三相橋式電路；電動機(jī)電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù) ；機(jī)電時(shí)間常數(shù) ；主回路總電阻 ；電動機(jī)電勢系數(shù)（）；電動機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)（）；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（）；電流反饋系數(shù)（）；3.2電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡如圖3-2所示， 3-2 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常

18、數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個(gè)變化較慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認(rèn)為反電動勢基本不變，即。這樣，在按動態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫且把反電動勢的作用去掉，把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)，由于和一般都比小得多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：，則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡化成圖3-3。圖3-3 電流環(huán)的最終結(jié)構(gòu)框圖2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先考慮應(yīng)把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的賭轉(zhuǎn)特性，采用i型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看，實(shí)際系

19、統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型i型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型i型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用pi型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成式中：電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制多項(xiàng)的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對消，選擇則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成為圖3-4所示的典型形式，其中。圖3-4 校正成典型i型系統(tǒng)的電流環(huán)3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)是和，其中電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)本次設(shè)計(jì)要求超調(diào)要盡量小，可選， 則 由以上三

20、式聯(lián)立可得電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)圖3-5 含給定濾波和反饋濾波的pi型電流調(diào)節(jié)器含給定濾波和反饋濾波的模擬式pi型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-5所示。根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，可以知道5.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 （1）確定時(shí)間常數(shù).整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)，三相橋式電路的平均失控時(shí)間。.電流濾波時(shí)間常數(shù)，三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是，為了基本濾平波頭，應(yīng)有，因此取。.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取（2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)盡可能小，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型i型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此采用pi型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可

21、以寫成（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù) 考慮系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，并兼顧到電流超調(diào)盡量小的原則，取于是，acr的比例系數(shù)（4）檢驗(yàn)近似條件。電流環(huán)截止頻率：.晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件，滿足近似條件。.忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件，滿足近似條件。.電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件，滿足近似條件。（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為 取 取 取3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為 ，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)

22、的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。表明電流的閉環(huán)控制改造了控制對象，加快了電流的跟隨作用，這是內(nèi)環(huán)控制的一個(gè)重要功能2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖3-2中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-6所示。圖3-6 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號改成，再把時(shí)間常數(shù)為和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化成圖3-7：圖3-7 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型ii型系統(tǒng)，這樣

23、系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動態(tài)抗擾性能號的要求，asr也應(yīng)該采用pi調(diào)節(jié)器，不考慮負(fù)載擾動時(shí)，校正后的調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-8所示圖3-8 校正后的典型ii型系統(tǒng)3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和，按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系有：4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的額實(shí)現(xiàn)含給定濾波和反饋濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3-9所示。其中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為圖3-9 含給定濾波和轉(zhuǎn)速濾波的pi型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器5.確定時(shí)間常數(shù).電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)，已取，則.轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，取.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6.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按照設(shè)計(jì)要求，選用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為7.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參

24、數(shù)按照跟隨性能和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則asr的超前時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益asr的比例系數(shù)為 8.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為.電流傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足簡化條件.轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為，滿足近似條件9.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取，則，取，取，取10.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=5時(shí)，=37.6%，不滿足要求。實(shí)際上，突加階躍給定時(shí)，asr飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按asr退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量得：=8.31%10%，滿足要求。4 結(jié)論雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動時(shí)由于在起動過程中轉(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。從起動時(shí)間上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉