運(yùn)動(dòng)控制課設(shè)

1、湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱課程名稱 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 課題名稱課題名稱 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)專專 業(yè)業(yè) 班班 級(jí)級(jí) 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 姓姓 名名 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 劉星平、唐勇奇等劉星平、唐勇奇等 2013 年年 09 月月 02 日日等級(jí):湖南工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 課 題 雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 劉星平、唐勇奇等 審 批： 任務(wù)書下達(dá)日期 2013 年 09 月 02 日任務(wù)完成日期 2013 年 09 月 13 日 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、電路功能：1）轉(zhuǎn)

2、速、電流雙閉環(huán)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)。2）電路由主電路與控制電路組成，電路主要環(huán)節(jié)：主電路及相關(guān)濾波環(huán)節(jié)?？刂齐娐分饕h(huán)節(jié)：脈沖產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)電路、電壓電流檢測(cè)單元、檢測(cè)與故障保護(hù)電路、各類調(diào)節(jié)器等。3）系統(tǒng)要求檢測(cè)電路與保護(hù)電路設(shè)計(jì)較完整。2. 系統(tǒng)總體方案確定3. 主電路設(shè)計(jì)與分析確定主電路方案；主電路元器件的計(jì)算及選型；主電路保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)4. 控制電路設(shè)計(jì)與分析檢測(cè)電路設(shè)計(jì)；功能單元電路設(shè)計(jì)；觸發(fā)電路設(shè)計(jì)、各類調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)；控制電路參數(shù)確定設(shè)計(jì)要求：1）整個(gè)系統(tǒng)要求采用雙閉環(huán)系統(tǒng)。2）設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；3）單元電路設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；4）分析各部

3、分電路的工作原理，給出必要的波形分析或仿真分析。5）繪制總電路圖6）寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件主要設(shè)計(jì)條件1、設(shè)計(jì)依據(jù)主要參數(shù)1） 輸入電壓：三相（AC）380V（1+10%）2） 1)晶閘管裝置放大系數(shù)：KS =30。電樞回路總電阻：R=0.18，電磁時(shí)間常數(shù)lT=0.012s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)mT=0.12s，0R=20k3） 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量i%5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n%15%。4）電動(dòng)機(jī)部分9，10：電動(dòng)機(jī)電樞端電壓aU =220V，電動(dòng)機(jī)的電樞電流dI =0.35A，電樞電路電阻aR =21.2，轉(zhuǎn)速 n=1600r/min,額定功率nP=185w，電樞電路電感aL=

4、0.72H，極對(duì)數(shù) p=2，電磁轉(zhuǎn)矩M=0.034mH,角速度 =1600*2/60=164.47rad/s,頻率 W=50HZ； 勵(lì)磁部分：勵(lì)磁電壓fU=220V，勵(lì)磁電流fI=98.2MA,勵(lì)磁電路電阻fR=2.07k,勵(lì)磁電路電感fL=106.5H。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=0.0146kg.m*m。2、可提供實(shí)驗(yàn)與仿真條件 說(shuō)明書格式說(shuō)明書格式1 課程設(shè)計(jì)封面；2 任務(wù)書；3 說(shuō)明書目錄；4 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）；5 單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6 故障分析與電路改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)及仿真等。7 總結(jié)與體會(huì)；8 附錄（完整的總電路圖）；9 參考文獻(xiàn)；10課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表 進(jìn)進(jìn) 度度

5、安安 排排第一周星期一：課題內(nèi)容介紹和查找資料；星期二：總體電路方案確定星期三：主電路設(shè)計(jì)星期四：控制電路設(shè)計(jì) 星期五：控制電路設(shè)計(jì)；第二周星期一：控制電路設(shè)計(jì)星期二：電路原理及波形分析等星期四五：寫設(shè)計(jì)報(bào)告，打印相關(guān)圖紙； 星期五下午：答辯及資料整理 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)1 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(第 3 版)M.機(jī)械工業(yè)出版社，2003.82 王兆安 黃俊.電力電子技術(shù)（第 4 版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2000.53 陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)M.機(jī)械工業(yè)出版社，1998.54 李華德.交流調(diào)速控制系統(tǒng)M.電子工業(yè)出版社，2003.35 張燕賓.SPWM 變頻調(diào)速技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出

6、版社，1997.126 譚建成.電機(jī)專用集成電路M.機(jī)械工業(yè)出版社，1997.87 劉祖潤(rùn) 胡俊達(dá).畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).機(jī)械工業(yè)出版社，19958 許大中，賀益康.電機(jī)控制M.浙江大學(xué)出版社，1996.119 張燕賓等.實(shí)用變頻調(diào)速技術(shù)培訓(xùn)教程M. 機(jī)械工業(yè)出版社，2003.710 劉星平電力電子技術(shù)及電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).校內(nèi)，1999目錄第 1 章 系統(tǒng)總體方案確定.11.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 .1第 2 章 主電路各器件的選擇和計(jì)算.32.1 給定器 G 的參數(shù)設(shè)計(jì) .32.2 變壓器參數(shù)計(jì)算 .32.3 晶閘管參數(shù)計(jì)算： .42.4 平波電抗器參數(shù)設(shè)計(jì) .4第 3 章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

7、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì).63.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) .73.1.1 確定時(shí)間常數(shù) .73.1.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì).83.1.3 檢驗(yàn)近似條件 .93.1.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .103.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) .103.2.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) .103.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)的確定 .113.2.3 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) .113.2.4 檢驗(yàn)近似條件 .123.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 .13第 4 章 驅(qū)動(dòng)及觸發(fā)電路設(shè)計(jì).144.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .144.1.1 觸發(fā)裝置 GT 和 I 組脈沖放大器 AP1.144.1.2 零速封鎖器 DZS.144.1.3 速度變換器 FBS.1

8、44.2 保護(hù)電路設(shè)計(jì) .154.2.1 電流反饋與過(guò)流保護(hù) .154.2.2 過(guò)電壓保護(hù) .15第 5 章 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真及調(diào)試.185.1 MATLAB 簡(jiǎn)介.185.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真 .18總 結(jié).19參考文獻(xiàn).20附錄：電路總電氣圖.211 第 1 章 系統(tǒng)總體方案確定1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由給定器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)裝置、速度變換器、電流變換器等環(huán)節(jié)組成。雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)總線路圖如圖 1-1 所示。單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只是用來(lái)。限制電流的沖擊，并不能很好地控制電流的動(dòng)態(tài)波形

9、。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值 Idm 的恒流過(guò)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)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程?，F(xiàn)在的問(wèn)題希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒(méi)有電流負(fù)反饋。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起2 作用呢？這需要使用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在系統(tǒng)里設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）連接（如上圖），把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的

10、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)在外面，稱作外環(huán)。這樣就形成了雙閉環(huán)調(diào)節(jié)。為了獲得良好的靜，動(dòng)態(tài)性能，兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用 PI 調(diào)節(jié)器由于積分飽和的特性還要對(duì)兩個(gè)調(diào)節(jié)器進(jìn)行限幅，限幅的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 U*im，電流給定電壓的最大值，即限制了最大電流；電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓 Ucm，Uc 的最大值，即限制了電力電子變換器的最大輸出電壓 Udm。啟動(dòng)時(shí)，加入給定電壓，“速度調(diào)節(jié)器”和“電流調(diào)節(jié)器”即以gU飽和限幅值輸出，式電動(dòng)機(jī)以限定的最大啟動(dòng)電流加速啟動(dòng)，直到電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定轉(zhuǎn)速（），并在

11、出現(xiàn)超調(diào)后，“速度調(diào)節(jié)器”和gfnUU“電流調(diào)節(jié)器”退出飽和，最后穩(wěn)定在略低于給定轉(zhuǎn)速值下運(yùn)行。系統(tǒng)工作時(shí)，要先給電動(dòng)機(jī)加勵(lì)磁，改變給定電壓的大小即可方gU便的改動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。“速度調(diào)節(jié)器”和“電流調(diào)節(jié)器”均設(shè)有限幅環(huán)節(jié)，“速度調(diào)節(jié)器”的輸出作為“電流調(diào)節(jié)器”的給定，利用“速度調(diào)節(jié)器”的輸出限幅可達(dá)到限制啟動(dòng)電流的目的?！半娏髡{(diào)節(jié)器”的輸出作為“觸發(fā)電路”的控制電壓，利用“電流調(diào)節(jié)器”的輸出限幅可ctU達(dá)到限制的目的。max3 第 2 章 主電路各器件的選擇和計(jì)算2.1 給定器 G 的參數(shù)設(shè)計(jì)其原理圖如圖 2-1 所示:電壓給定器由一個(gè)電位器RP及一個(gè)開關(guān)S組成。其中RP用來(lái)調(diào)節(jié)電壓的大小，

12、最大輸出電壓為10V ，S用來(lái)控制運(yùn)行、停止。輸出電壓面板上有表指示。 其中電位器RP1、RP2的電阻取10，又因?yàn)?，則其功率k10cUV，則取用功率為0.02的電阻。231000.0110 10cUPWWRW2.2 變壓器參數(shù)計(jì)算由于整流輸出電壓的波形在一周期內(nèi)脈動(dòng) 6 次的波形相同，因此在dU計(jì)算時(shí)只需要對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)算。由此得出整流輸出平均電壓： ( 由于為不可逆系統(tǒng)，則導(dǎo)通角2=2.34cosdUU取=0)由電路原理可知：，則=220dUV700dNIIA2220942.342.34dUUV =0.015 (取=15V)nmNUn151000min/VrnmU4 （取=10V）im1

13、00.01 /1.5 700dmUVAIimU2.3 晶閘管參數(shù)計(jì)算： 對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管電流有效值為：210.5773VTddIIII 則晶閘管的額定電流為： 0.3680.368 700257.61.57VTVTAVdIIIAA 取 1.52 倍的安全裕量， 500VTAVIA由于電流連續(xù)，因此晶閘管最大正反向峰值電壓均為變壓器二次線電壓峰值，即：22.452.45 94230.3FMRMUUUV 取 23 倍的安全裕量，690VTUV 由公式：得022=5%dUUU0231dUV又由 公式得 ， 取為 24。0dscUK U023123.110UdKsUcsK則應(yīng)取額定電壓為

14、690V、額定電流為 500A、的晶閘管。24sK 2.4 平波電抗器參數(shù)設(shè)計(jì) 在 V-M 系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)增加電機(jī)的發(fā)熱，同時(shí)也產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，為了避免或減輕這種影響，須設(shè)置平波電抗器。平波電抗器的電感量一般按低俗輕載時(shí)保證電流連續(xù)的條件來(lái)選擇。通常首先給定最小電流（以 A 為單位通常取電動(dòng)機(jī)額定電流的 5%-10%），再利用它計(jì)算所需的總電感量（以 mH 為單位），減去電樞電感，即得平波電抗器應(yīng)有的電感值。對(duì)于三相橋式整流電路總電感量為：5 由于=（5%-10%）,這里取 10%，則=70Ad minINId minI2min0.6930.93dULmHI電樞電感的計(jì)算公式

15、為mL331010 220 100.7922 2 1000 700DNmN NK ULmHPn I （取 P=2，=10）DK（P：電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)，：計(jì)算系數(shù)，對(duì)一般無(wú)補(bǔ)償機(jī)DK=812）DK由于變壓器的漏電感很小，可以忽略不計(jì)，那么平波電抗器電感值的取值為： L=0.93-0.79=0.14mH,取其電感值為 0.2Mh。6 第 3 章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)本章主要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電路的功能。先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意設(shè)計(jì)完要校驗(yàn)。再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的時(shí)候，校核轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)量，如果不滿足設(shè)計(jì)要求的時(shí)候，重新按照

16、ASR 退飽和的情況設(shè)計(jì)超調(diào)量。首先要畫出雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 3-1 所示，分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性的關(guān)鍵是掌握 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)太特征。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，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)太時(shí)總是U為零。 Ks 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE如圖 3-1 雙閉環(huán)直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。7 其

17、次為雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-2 所示。圖中和分)(sWASR)(sWACR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露出來(lái)。dIU*n Uct-IdLnUd0Un+- -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E如圖 3-2 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型3.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的作用：1）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓變化；*iU2）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起

18、及時(shí)抗擾作用；3）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流，使系統(tǒng)獲得最大加速度起動(dòng)；4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起大快速的安全 保護(hù)作用。當(dāng)故障消失時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。3.1.1 確定時(shí)間常數(shù)（1）、整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts： 三相橋式電路平均失控時(shí)間 Ts = 0.0017s8 （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（12）Toi = 3.33s。則 Toi=0.002s （3）、電流小時(shí)間常數(shù)：iT 按小時(shí)間常數(shù)近似處理：sTTToisi0037. 0（4）電磁時(shí)間常數(shù)：SlT0.0020.00250.8

19、llLTR3.1.2 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式 PI 型電流調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖 3-3 所示。圖中為電流給定電壓，為電流負(fù)反饋電壓，調(diào)iUdI節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。cU如圖 3-3 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型型系統(tǒng)設(shè)%5i計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：9 ssKsWiiiACR) 1()(檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：0.00250.680.0037liTT電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：S0.0025ilT電流環(huán)開環(huán)增益：取，因此5 . 0iITK1

20、14.1350037. 05 . 05 . 0ssTKiI于是，ACR 的比例系數(shù)為：135.14 0.0025 0.80.67640 0.01IiisKRKK 220700 0.050.185min/1000NNaeNUI RCVrn 2125 0.80.82375375 0.185 9.55 0.185memGD RTsC C3.1.3 檢驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：114.135sKIci晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：，滿足近似條件。cisssT11 .1960017. 03131忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件： 滿足近似條件。113366.30.82 0.0025cimlT

21、T電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：10 ，滿足近似條件。cioissssTT18 .180002. 00017. 01311313.1.4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖 3-3，按所用運(yùn)算放大器取，各電阻和電容值為040Rk , 取 2700.676 4027.04iiRKRKk k , 取 0.130.00250.09327 10iiiCFFRF ， 取 0.2344 0.0020.240 10oioioTCFFRF按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，4.3%5%i滿足設(shè)計(jì)要求。3.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用： 1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓變化，當(dāng)偏差電壓為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)*m

22、U態(tài)無(wú)靜差； 2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用； 3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。3.2.1 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此其閉環(huán)傳遞函數(shù)為：111)1(1)1()()()(2sKsKTsTsKsTsKsUsIsWIIiiIiIidcli忽略高次項(xiàng)，可降階近似為：)(sWcli11 111)(sKsWIcli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))(sUi在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：111)()()(sKsWsUsIIcliid這樣，原來(lái)是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似的等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。這就表明，電1/IK流的閉環(huán)

23、控制改造了控制對(duì)象，加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)控制的一個(gè)重要功能。3.2.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間常數(shù)的確定電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：ssTKiI0074. 00037. 0221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0.005onTs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10.00740.0050.0124nonITTsssK電壓反饋系數(shù)：150.015min/1000 /minnmNUVVrnr3.2.3 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，采用含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，其原理圖如圖 3-4 所示。圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，nU為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)

24、器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。niU12 圖 3-4 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器按設(shè)計(jì)要求，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ssKsWnnnASR) 1()(按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=3，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為：3 0.01240.0372nnhTs 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為：222214144522 9 0.0124NnhKsh T 于是，ASR 的比例系數(shù)為：14 0.01 0.185 0.826.822 3 0.015 0.8 0.0124emnnhC TKh RT 3.2.4 檢驗(yàn)近似條件 由公式：可得1cK 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：111445 0.03725

25、3.8NcnNnKKs13 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為： ， 滿足簡(jiǎn)化條件。1111135.1463.7330.0037IcniKssT轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：， 滿足近1111135.1454.8330.005IcnonKssT似條件。 3.2.5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖 2-4，取，則040Rk ，取 280；06.8 40272nnRK RKk k， 取 0.2；30.03720.13280 10nnnCFFRF , 取 0.5。344 0.0050.540 10ononoTCFFRF14 第 4 章 驅(qū)動(dòng)及觸發(fā)電路設(shè)計(jì)雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)由給定器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)

26、節(jié)器、觸發(fā)裝置、速度變換器、電流變換器等環(huán)節(jié)組成。前面 3 章已經(jīng)介紹了速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器以及各元件的的參數(shù)設(shè)計(jì)，本章介紹一下電路中其他組成部分的構(gòu)成及原理。4.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)4.1.1 觸發(fā)裝置 GT 和 I 組脈沖放大器 AP1設(shè)計(jì)中采用主控制屏DK01的觸發(fā)裝置為集成觸發(fā)電路，在由KC04，KC41，KC42集成觸發(fā)電路芯片基礎(chǔ)上，增加了由CD4066，CD4069等芯片構(gòu)成的模擬開關(guān)，以控制輸出觸發(fā)脈沖的形式。KC04是移相集成觸發(fā)器，KC41是六路雙脈沖形成器，KC41與三塊KC04可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路。KC42為脈沖列調(diào)制形成器，以減小觸發(fā)電源功率及脈沖變壓器體積，

27、提高脈沖前沿陡度。4.1.2 零速封鎖器 DZS零速封鎖器的作用是當(dāng)轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓均為零時(shí)（即在停車狀態(tài)下），封鎖各調(diào)節(jié)器，保證電機(jī)不會(huì)爬行。4.1.3 速度變換器 FBS速度變換器為速度檢測(cè)變換環(huán)節(jié)，將直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓變換成適用于控制單元并與轉(zhuǎn)速成正比的直流電壓，作為速度反饋，其原理圖如圖 4-1 所示：圖4-1 速度變換器原理圖15 4.2 保護(hù)電路設(shè)計(jì)4.2.1 電流反饋與過(guò)流保護(hù)交流側(cè)經(jīng)電流互感器接入過(guò)電流繼電器或直流側(cè)接入過(guò)電流繼電器，可以在發(fā)生過(guò)電流時(shí)動(dòng)作，斷開主電路。也可以在每個(gè)橋臂串快速熔斷器對(duì)晶閘管進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)?？焖偃蹟嗥鞯囊螅喝蹟嗥鞯念~定電壓 22.

28、452.45 94230.3KNRMUUUVV 因此，按本課題的設(shè)計(jì)要求，用于晶閘管過(guò)電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇 240V。電流檢測(cè)為交流測(cè)的電流互感器反映電流大小的信號(hào)經(jīng)三相橋式整流電路整流后加至 RP1、RP2 及 R1、R2、VD7 上，RP1 的可動(dòng)觸點(diǎn)輸出作為電流反饋信號(hào)，反饋強(qiáng)度由 RP1 調(diào)節(jié)。RP2 可動(dòng)觸點(diǎn)與過(guò)流保護(hù)電路相連，輸出過(guò)流信號(hào)，動(dòng)作電流的大小由 RP2 調(diào)節(jié)。當(dāng)主電路電流超過(guò)某一數(shù)值后，VST1 導(dǎo)通，VT2 截止，VT3 導(dǎo)通，使繼電器 K動(dòng)作，關(guān)閉主電路電源開關(guān)，并使小電珠 H 發(fā)亮。表示已跳閘。正常工作時(shí)，VT3 截止，繼電器 K 不得電。當(dāng)過(guò)流時(shí)

29、，VT2 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，在集電極輸出一個(gè)高電平至電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸入端，作為過(guò)流推 信號(hào)。SB 為復(fù)位按鈕，當(dāng)過(guò)流動(dòng)作后，如過(guò)流故障排除，則須按下 SB 以解除，恢復(fù)正常工作。4.2.2 過(guò)電壓保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)可分為交流側(cè)和直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)，前面常采用的保護(hù)措施有阻容吸收裝置、硒堆吸收裝置、金屬氧化物壓敏電阻，這里用壓敏二極管抑制事故過(guò)電壓1）交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)壓敏電阻采用由金屬氧化物燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過(guò)電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，16 在正常工作是只有很微弱的電流通過(guò)元件，而一旦出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)電壓，壓敏電阻可通過(guò)高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑

30、制在允許的范圍內(nèi)并具有損耗低，體積小，對(duì)過(guò)電壓反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。壓敏電阻的額定電壓的選擇可按下式計(jì)算:1mAU121.33 2mAlUU式中，壓敏電阻的額定電壓，VYJ 型壓敏電阻的額定電壓有：1mAU100V，200V，400V，760V，1000V 等。變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對(duì)于星形接法的線電壓等于相電壓2lU=。2lU23U 11.332394245.03mAUV2）直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)：利用電阻和電容吸收操作過(guò)壓。整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂快速熔斷等情況，本設(shè)計(jì)用壓敏電阻設(shè)計(jì)來(lái)解決過(guò)電壓時(shí)（擊穿后），正常工作時(shí)漏電流小，損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過(guò)電壓能力強(qiáng)。壓敏電阻的額定

31、電壓的選取可按下式計(jì)算：1mAU 壓敏電阻承受的額定電壓峰值10.80.9mAU式中為壓敏電阻額定電壓，為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般取1mAU。壓敏電阻承受的額定電壓峰值就是晶閘管控制角時(shí)1.051.1030輸出電壓。dU 。236cos2.45 94195.72dUUV對(duì)于本設(shè)計(jì)：11.05195.7228.33256.870.80.90.80.9mAdUUVV因此壓敏電阻額定電壓取 250V 型壓敏電阻。 3) 晶閘管過(guò)電壓保護(hù)晶閘管對(duì)過(guò)電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過(guò)其斷態(tài)重復(fù)峰值電壓一定17 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(guò)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

32、，必須設(shè)置過(guò)電壓的保護(hù)及抑制過(guò)電壓的方法，過(guò)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(lái)不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來(lái)積聚的電磁能量不能及時(shí)消散而造成的，本設(shè)計(jì)在晶閘管元件兩端并聯(lián) RC阻容吸收電路來(lái)抑制過(guò)電壓。在晶閘管元件兩端并聯(lián) RC 阻容吸收電路。 ，3(24)10TCI1030R 212RmECU得 33(24)10(24)257 100.5141.028TCIF 2623111.028 1023027.1 1022RmECUJ 由于一個(gè)周期晶閘管充放電各一次，因此： 332227.1 1054.38 10REJ 354.38 102.790.02EPWT 功率

33、選擇留倍的裕量5 6 (5 6)(5 6) 2.7913.5916.31PPWW因此電阻 R 選擇阻值為 20，功率選擇 15W 的電阻，電容 C 選擇容量為0.5。F18 第 5 章 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真及調(diào)試 5.1 MATLAB 簡(jiǎn)介使用 MATLAB 對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法是：以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱，從元件庫(kù)中選取所需的元件,連接好原理圖,加上激勵(lì)源,然后單擊仿真按鈕即可自動(dòng)開始,可以同時(shí)觀察復(fù)雜的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)波形,以及得到電路性能的全部波形。5.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真下圖為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真圖：說(shuō)明：在 SI

34、MULINK 中，PWM 為一個(gè)完整模塊仿真結(jié)果如下：用繪圖命令 plot(tout , yout) 在 MATLAB 命令窗口里繪制圖形，觀察仿真輸出，如下圖所示：仿真結(jié)果說(shuō)明：轉(zhuǎn)速和電流滿足設(shè)計(jì)所需的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。19 總 結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的理解。其中涉及到多方面的知識(shí)，主要包括轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)的設(shè)計(jì)、電路中各個(gè)元件參數(shù)的計(jì)算，內(nèi)容涉及到了電力電子技術(shù)和電力拖動(dòng)等多學(xué)科。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們翻閱了許多相關(guān)的書籍，也到網(wǎng)上找了相關(guān)的資料，除此之外也咨詢了老師，問(wèn)了同學(xué)，終于完成設(shè)計(jì)。雙閉環(huán)系統(tǒng)的核心是電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，在確定兩個(gè)調(diào)節(jié)器的類型和結(jié)構(gòu)時(shí)采用常用的工程設(shè)計(jì)方法，電流調(diào)節(jié)器采用典型型系統(tǒng)，計(jì)算其基本參數(shù)后，校驗(yàn)近似條件，能夠滿足系統(tǒng)的要求，若不能滿足則要從新設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的類型和結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用典型型系統(tǒng)，和電流調(diào)節(jié)器一樣，計(jì)算其基本參數(shù)，校驗(yàn)近似條件，能滿足系統(tǒng)的要求。通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，我對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算掌握的更牢固。完成本設(shè)計(jì)用到了很多電力拖動(dòng)以外的知識(shí)，單用電力拖動(dòng)書本上的知識(shí)是設(shè)計(jì)不出來(lái)的，現(xiàn)在的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都會(huì)涉及到多方面的知識(shí)，因此學(xué)好書本上的基本知識(shí)點(diǎn)以后還要做相應(yīng)的拓展學(xué)