[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)報告vm雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：此設(shè)計(jì)利用晶閘管、二極管等器件設(shè)計(jì)了一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。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)饔梅€(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。該系統(tǒng)起動時，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)起動電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(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)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。

2、并通過simulink進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。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，simulinkabstract: the design uses thyristors, diodes and other devices designs a speed, current double-loop scr dc converter system. the system sets up the current detecting aspect, the current regulator acr and the speed detecting lin

3、k, speed regulator asr, composes the current central and the speed central, the former through the feedback of the current components to level off the current, the latter through the feedback of speed detecting device to maintain the speed stably and finally eliminates the deviation of speed bias.，t

4、hus allowing the system to the purpose of regulating the current and speed. when the system starts, the speed outer ring saturats non-functional, the current inner ring plays a major role to regulate the starting current to maintain the maximum so that the speed linear change, to reach a given value

5、; when it operates steadily, the speed negative feedback from the outer ring plays a major role ,to let the speed changes with the given speed voltage , at the same time the current inner ring regulates the armature current of motor adjustment to balance the load current. simulink for system through

6、 mathematical modeling and system simulation. finally display control system model and the results of anti-truth. keywords: double-loop, thyristors, the speed regulator, the current regulator，simulink第2頁 目 錄1 前言12總體方案設(shè)計(jì)22.1 方案比較22.2 方案論證22.3 方案選擇32.4 設(shè)計(jì)要求33單元模塊設(shè)計(jì)43.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)43.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì)43.3 電流檢測電路

7、設(shè)計(jì)53.4 整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)63.4.1 過電壓保護(hù)和du/dt限制63.4.2 過電流保護(hù)和di/dt限制63.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算73.5電源設(shè)計(jì)93.6 控制電路設(shè)計(jì)94系統(tǒng)調(diào)試155 結(jié)論186總結(jié)與體會197參考文獻(xiàn)201 前言 自70年代以來，國外在電氣傳動領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動機(jī)調(diào)速”技術(shù)（簡稱kzd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kzd系統(tǒng)的應(yīng)用還是占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在工程設(shè)計(jì)與理論學(xué)習(xí)過程中，會接觸到大量關(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

8、各自優(yōu)點(diǎn)的同時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)，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(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，只有電流截止至負(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

9、，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。在實(shí)際工作中，我們希望在電機(jī)最大電流限制的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過度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啟動，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。這時，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)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。2總體方案設(shè)計(jì)2.1 方案比較方案一：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機(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

10、與給定電壓ud 比較后,得偏差電壓u ,經(jīng)放大器fd ,產(chǎn)生觸發(fā)裝置cf 的控制電壓uk ,用以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。放大器整流觸發(fā)裝置負(fù)載電壓電動機(jī) 速度檢測圖2.1 方案一原理框圖 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)，

11、即把a(bǔ)sr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、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(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。電流檢測整流觸發(fā)裝置asracr負(fù)載電壓電動機(jī)速度檢測 圖2.2 方案二原理框圖2.2 方案論證方案一采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6 ,12 , ,其數(shù)目總是有限的,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(wèi) = ,否則晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)的電流脈動總會帶來各種影響,主要有:(1) 脈動電流產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩,對生產(chǎn)機(jī)械不

12、利; (2)脈動電流(斜波電流) 流入電源,對電網(wǎng)不利,同時也增加電機(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,反而會產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時會造成放大器局部飽和,從而破壞系統(tǒng)的正常工作。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，同時也兼顧了啟動時啟動電流的動態(tài)過程。在啟動過程的主要階段，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

13、得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。2.3 方案選擇1.在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個調(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)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。2.系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制啟動電流，不能充分利用電動機(jī)的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程。為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個信號綜合于一個調(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。2.4 設(shè)計(jì)要求直流電動機(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：1.直流電動機(jī)額定

14、參數(shù)：直流電動機(jī)的額定參數(shù)pn=11kw、un=230v、in=47.8a、nn=1450 r/min，電樞電阻ra=0.9，電樞繞組電感l(wèi)a=6.6mh，電機(jī)飛輪矩gdd2=6.39nm2，電流過載倍數(shù)=1.5，電樞回路總電阻可取為r=2ra，系統(tǒng)總飛輪矩gd2=2.5 gdd2。2. 設(shè)計(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n10。3單元模塊設(shè)計(jì)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、電源等幾個部分。3.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動變

15、阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動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。 圖3.1 轉(zhuǎn)速給定電路原理圖3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì)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。 圖3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖3.3 電流檢測電路設(shè)計(jì)電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路

16、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。 圖3.3 電流檢測電路原理圖3.4 整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)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，很短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。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

17、/dt限制，過電流保護(hù)和di/dt限制。 圖3.4 整流電路及晶閘管保護(hù)電路3.4.1 過電壓保護(hù)和du/dt限制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)。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。3.4.2

18、過電流保護(hù)和di/dt限制由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時，溫度就會急劇上升可能燒壞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)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時間內(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，在允許的時間內(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：1.快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時間長，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

19、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。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。本系統(tǒng)采用快速熔斷器對可控硅進(jìn)行過流保護(hù)。3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算(1)的計(jì)算負(fù)載要求的整流電路輸出的最大值；晶閘管正向壓降，其數(shù)值為0.41.2v，通常取；n主電路中電流回路晶閘管的個數(shù)；a理想情況下時，整流輸出電壓與變壓器二次側(cè)相電壓之比；c線路接線方式系數(shù)；電網(wǎng)電壓波動

20、系數(shù)，通常取；最小控制角，通常不可逆?。蛔儔浩鞫搪冯妷罕?，100kv以下的取；變壓器二次側(cè)實(shí)際工作電流額定電流之比；已知，取、，查表得，取,查表得代入上式得：，應(yīng)用式，查表得，取，取，電壓比 （2）一次和二次向電流和的計(jì)算由式得 ，由表得 ，考慮勵磁電流和變壓器的變比k，根據(jù)以上兩式得：（3）變壓器的容量計(jì)算(4)晶閘管參數(shù)選擇由整流輸出電壓，進(jìn)線線電壓為110v，晶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：。考慮安全裕量，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：3.5電源設(shè)計(jì)該模塊的主要功能是

21、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整個電路的性能。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?，因此二極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，管子所承受的最大反向電壓較低，電源變壓器充分利用，效率高。 圖3.5 15v電源電路原理圖濾波電路用于濾

22、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(wèi)，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。3.6 控制電路設(shè)計(jì)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。 圖3.6 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖為了獲得良好的靜動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(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)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

23、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ui*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)。 圖3.7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖3.8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖基本數(shù)據(jù)直流電動機(jī)：11kw、230v、47.8a、1450r/min、ra=0.9，la=6.6mh晶閘管裝置放大系數(shù)：ks=40電樞回路電阻：r=1.8電流反饋系數(shù)：=0.1395v/a（10v/1.5in）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=0.0069vmin/v（10v/nn）設(shè)計(jì)要求靜態(tài)指標(biāo)：無靜差動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i%5%

24、，空載啟動到而定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%10%參數(shù)計(jì)算1.因?yàn)閡n=230v，的整定范圍在30150之間，由公式知當(dāng)=30時ud取得最大值，由此計(jì)算得u2=113.50v。2.由有ce=0.1290。3.由 有tm=0.4825s。4.由有l(wèi)=16.46mh。由有tl=0.0091s。系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.電流環(huán)的設(shè)計(jì)（1）確定時間常數(shù)。整流裝置滯后時間常數(shù)ts,三相橋式整流電路的平均失控時間ts=0.0017s。電流濾波時間常數(shù)toi,三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（12）toi=3.33ms,因此取toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時間常數(shù)ti,按小時間常數(shù)近似處

25、理，取ti=ts+ toi=0.0037s。（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i%5%，而且tl/ti=0.0091/0.0037=2.46 ，所以滿足近似條件。 2）校驗(yàn)忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，現(xiàn)在,滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求和近似條件。2.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì) （1）確定時間常數(shù)。電流環(huán)等效時間常數(shù)為；轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)，根據(jù)所用測速發(fā)動機(jī)紋波情況，取=0.01s;轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)按小時間常數(shù)近似處理，取。 （2）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)動態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

26、轉(zhuǎn)速環(huán)。 （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 （4）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asr超前時間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為于是，asr的比例系數(shù)為 （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=40k，各電阻和電容值計(jì)算如下： 圖3.10 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖（6）校驗(yàn)近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 1）校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足：現(xiàn)在,滿足簡化條件。2）校驗(yàn)小時間常數(shù)近似處理是否滿足，現(xiàn)在,滿足近似條件。3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時，而，因此，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

27、示。 圖3.11 設(shè)計(jì)完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)4系統(tǒng)調(diào)試由于本文只進(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)載擾動情況下的動態(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。 圖4.1 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖在仿真過程中，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

28、 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。ode45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。 圖4.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果圖上部為電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線，中部為擾動電流曲線，下部為電機(jī)電流曲線。加電流啟動時電流環(huán)將電機(jī)速度提高，并且保持為最大電流，而此時速度環(huán)則不起作用，使轉(zhuǎn)速隨時間線性變化，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。在第二秒時，外加一擾動信號，此時轉(zhuǎn)速受擾動信號影響有所下降，但因?yàn)檗D(zhuǎn)速環(huán)的作用重新將轉(zhuǎn)速拉入穩(wěn)定值。圖4.3轉(zhuǎn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 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，同時也會犧牲一部分動能，也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。5 結(jié)論 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜