運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、Ucgraty of Sconce and Tocnnotogy Boil ng運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)間 2014. 10學(xué) 院自動(dòng)化專業(yè)班級(jí)自1103姓名曹俊博學(xué)號(hào)41151093指導(dǎo)教師潘月斗成 績摘 要本課程設(shè)計(jì)從直流電動(dòng)機(jī)原理入手，建立VM雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)的ACR和ASR結(jié)構(gòu)，其中主回路采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電, 觸發(fā)器采用KJ004觸發(fā)電路，系統(tǒng)無靜差；符合電流超調(diào)量cri<5%：空載啟動(dòng)到額定 轉(zhuǎn)速超調(diào)最。nW10%。并詳細(xì)分析系統(tǒng)各部分原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，且利用 Sinniliiik對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種參數(shù)給定下的仿真。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)

2、；直流調(diào)速：無靜差；仿真AbstractTliis course is designed fiom DC motoi; establish the principles ofV-M double closed loop DC speed conti ol system design, tlie double closed loop de speed conb ol system and tlie structure, inducting ACR ASR the main loop tliyiistor tlu ee-phase bridge type all control the powei

3、 supply and triggei the rectifiei ciraiit KJ004 trigger circuit, tlie system witliout the static poor; Accord witli aureiit overshoots sigma 15% or less; No-load start to tlie rated speed overshoot sigina n 10% or less. And detailed analysis of tlie system piinciple and tlie static and dynamic pertb

4、nnance, and tlie system ot simiiliiik to various parameters set simulation.Key Words： double closed loop： DC speed control system； witliout tlie static poor： simulation目 錄摘要1Abstiact1引言11實(shí)驗(yàn)內(nèi)容22實(shí)驗(yàn)設(shè)備23實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理23.1 V-M系統(tǒng)原理23.2 三相橋式整流電路23.3 保護(hù)電路部分33.4 直流電源電路43.5 VT觸發(fā)電路53.6 ASR控制電路53.7 ACR控制電路73.8 電流檢測電路83

5、.9 轉(zhuǎn)速檢測電路94系統(tǒng)工作原理95調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過程105.1 參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求105.2 相關(guān)參數(shù)計(jì)算115.3 電流環(huán)設(shè)計(jì)115.4 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)146 Matlab 仿真186.1 啟動(dòng)過程仿真187心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)21附錄221主電路原理圖222仿真模型圖223啟動(dòng)波形圖23引 言運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)需綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)針對(duì)一個(gè)較為具體的控制對(duì)象或過 程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件選型。通過課程設(shè)計(jì)，可以對(duì)理論知識(shí)融會(huì)貫通，培養(yǎng)同學(xué)們的 系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，使同學(xué)們達(dá)到以下能力訓(xùn)練：（1）調(diào)查研究、分析問題的能力：（2）使用設(shè)計(jì)手冊、技術(shù)規(guī)范的能力：（3）查閱文獻(xiàn)的能力；（4）制定設(shè)計(jì)方案的能力

6、：（5）計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力；（6）設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖的能力；（7）語言文字表達(dá)的能力。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容的具體內(nèi)容是主電路及其保護(hù)電路設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限 幅電路的設(shè)計(jì)。雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）主回路及其保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（2）轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器及其限幅電路的設(shè)計(jì):2實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、裝有matlab的PC機(jī)一臺(tái)3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理3.1V-M系統(tǒng)原理V-M系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖如下。圖中VT是進(jìn)閘管整流電路，為直流電機(jī)提供可 控直流電源，GT是晶閘管整流電路的控制器，稱為調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置（簡稱觸發(fā)器）。 通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動(dòng)脈沖的相位，即可改變平均整流

7、電壓 Ud,從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）主電路原理圖如圖 3-1 o3. 2三相橋式整流電路三相整流電路是電機(jī)的可控供電電源。三相橋式全控整流電路必須有兩只晶閘 管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成電流回路，其中一只在共陰組，另外一只在共陽組，而且這兩 只導(dǎo)通的管子不在同一相內(nèi)。因此，負(fù)載電壓是兩相電壓之差，即線電壓，一個(gè)周期內(nèi)有六次脈動(dòng)，它為線電壓的包絡(luò)線。晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通120° ,關(guān)斷 240° ,管子換流只在本組內(nèi)進(jìn)行，每隔120°換流一次。出發(fā)脈沖需寬脈沖或雙窄 脈沖，共陰極組及共陽極組內(nèi)各管脈沖相位差為120° ,接在同一相的不同管

8、子脈 沖相位差為180° o晶閘管按順序輪流導(dǎo)通，相鄰順序管子脈沖相位差為60° ,即 每隔60°換流一次。晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次側(cè)線電壓的電質(zhì)峰值。潞2晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖3. 3保護(hù)電路部分選用用儲(chǔ)能元件吸收生產(chǎn)過電壓的能量的保護(hù)。使用RC吸收電路，這種保護(hù) 可以把變壓器繞組中釋放出的電磁能量轉(zhuǎn)化為電容器的電場能量儲(chǔ)存起來。由于電 容兩端電壓不能突變，所以能有效抑制過電壓，串聯(lián)電阻消耗部分產(chǎn)生過電壓的能 量，并抑制LC回路的震動(dòng)。晶閘管對(duì)過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時(shí)，就 會(huì)誤導(dǎo)通.引發(fā)電路故

9、障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重夏峰值電壓一定值時(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。本設(shè)計(jì)采用 如圖3-3阻容吸收回路來抑制過電壓。圖3-3阻容保護(hù)電路由于本系統(tǒng)是不可逆控制系統(tǒng)，電機(jī)不能反轉(zhuǎn)?？梢栽O(shè)想，如果系統(tǒng)突然斷電,電機(jī)的電流突然下降。感應(yīng)電動(dòng)勢為：diU=晶閘管開關(guān)的時(shí)間是毫秒級(jí)的，所以dt非常小，U非常大。也就是說，給電機(jī) 供電的電源突然斷開后，電機(jī)將產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢。這個(gè)電動(dòng)勢對(duì)晶閘管是次沖 擊，在反復(fù)

10、的沖擊下，晶閘管會(huì)被擊穿而不受控制，造成整個(gè)電路癱瘓。因此為了 防止這個(gè)電壓突然加在晶閘管上，所以在電機(jī)兩端可以并聯(lián)一個(gè)RC電路，R用來 消耗電路中的電能，防止RLC振蕩，C用來緩沖電機(jī)兩端的電壓，防止電壓突變。圖84電機(jī)兩端RC保護(hù)電路除此之外，主電路中還應(yīng)該設(shè)計(jì)保險(xiǎn)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常之后，能立即斷電保護(hù) 主電路。3.4直流電源電路由于運(yùn)放和觸發(fā)電路中的器件均需要使用直流電源，所以電路中包含直流電源 部分。直流電源需要先經(jīng)過整流，濾波，穩(wěn)壓最后得到+15V和-15V的電源。整流 橋使用的是橋式整流電路，濾波電路使用的是大容量電解電容。穩(wěn)壓使用的是78系 列的線性穩(wěn)壓芯片7815和7915芯片。

11、圖$5整流穩(wěn)壓電路3. 5VT觸發(fā)電路晶閘管是半控器件，導(dǎo)通需要觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖可以使用模擬電路搭建，但 是穩(wěn)定性不可靠，因此實(shí)際電路中多使用集成電路。由于VM系統(tǒng)正在被PWM系 統(tǒng)替代，網(wǎng)上的這方面的資料匱乏，所以這里使用一個(gè)虛擬的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生器件。 實(shí)際中，產(chǎn)生的脈沖不是單窄脈沖還是雙脈沖或者單寬脈沖。這樣可以保證導(dǎo)通的 晶閘管均有脈沖。VTI OV T2 0VT3 OVT4 OVT5 OVT6 VT)VT2ENVT3VCCVT4GNDVT5UctVT6U7-|GNDO-I5V-|GNDOUctU?圖86VT脈沖觸發(fā)電路3. 6 ASR控電路轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器ACR調(diào)

12、節(jié)電流。ASR與ACR之間 實(shí)現(xiàn)串級(jí)連接，即以ASR的輸出電壓Ui作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號(hào)，再用 ACR的輸出電壓Uc作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看, 轉(zhuǎn)速環(huán)在外面為外環(huán)，電流環(huán)在里面為內(nèi)環(huán)。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)器都采用具有輸入、輸出限幅電路的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速與電流都采 用負(fù)反饋閉環(huán)。ASR是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，一般為了有較高的精度，使用PI調(diào)節(jié)器。PI調(diào)節(jié)器的傳遞函 數(shù)為：IXASR的加入使外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)成為II型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，所以可對(duì)負(fù)載變化產(chǎn)生的擾動(dòng)起主要 抗擾作用，且由于ASR作為ACR的輸入，使得轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn) 態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)

13、速誤差。通常，調(diào)節(jié)器輸出的限幅方法有三種，一種是采用二極管鉗 位的外限幅電路，一種是采用二極管鉗位的負(fù)反饋內(nèi)限幅電路，第三種是采用晶體 三極管負(fù)反饋內(nèi)限幅電路。在這里，我們采用第一種限幅方式，即二極管鉗位的外 限幅電路。檜壓管鉗位的外雙幅電路%im Ucx圖詞穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路由F PI調(diào)節(jié)器的傳感器的傳遞函數(shù)可以知道，PI調(diào)節(jié)器在模擬電路中表現(xiàn)為 比例放大電路和積分電路。圖$9ASR控制電路圖中R3為滑動(dòng)變阻器，是轉(zhuǎn)速的設(shè)定端。這個(gè)信號(hào)經(jīng)過放大后，與實(shí)際的轉(zhuǎn)速 信號(hào)進(jìn)行比較，所得差分信號(hào)，然后對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行比例積分運(yùn)算。得到信號(hào)必須 要進(jìn)行限幅，這里使用的是二極管鉗位限幅。3. 8 AC

14、R 觸J四ACR為電流調(diào)節(jié)器，為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，電流調(diào)節(jié)器一般均采用PI調(diào)節(jié)器。由圖可知，ACR的傳遞函數(shù)為：ACR的加入使作為內(nèi)環(huán)的電流環(huán)成為I型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，使電流緊緊跟隨其給定電 壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸量）變化，實(shí)現(xiàn)了時(shí)間最優(yōu)控制。同ASR調(diào)節(jié)器一樣，PI調(diào) 節(jié)器包含一個(gè)比例環(huán)節(jié)和一個(gè)積分環(huán)節(jié)。用模擬電路實(shí)現(xiàn)的方式如下：ACR圖$10ACR控制電路上面電路中，U*i為電流的設(shè)定值。該信號(hào)經(jīng)過放大之后與實(shí)際電流值進(jìn)行比 較。所得的信號(hào)進(jìn)行比例積分計(jì)算，其輸出信號(hào)為Uc叩整流電路的控制信號(hào)。同 樣為了限制輸出上限和下限，使用了二極管鉗位電路。3.9 電流檢測電路電樞電流檢測的方法有多種，

15、這里使用點(diǎn)數(shù)串聯(lián)電阻的方法。R26OUi圖$11電流檢測電流檢測電路上圖是一個(gè)差分信號(hào)放大電路，放大的信號(hào)經(jīng)過一個(gè)電壓跟隨器輸出。輸出的R?7信號(hào)作為電流環(huán)的反饋信號(hào)。上圖的計(jì)算公式為:Ui= Udl3.10 轉(zhuǎn)速檢測電路控制電路最終的控制的目標(biāo)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，任何電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，必 定存在轉(zhuǎn)速檢測電路。檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速有多種方式，數(shù)字電路中有碼盤電路，或者 編碼器，在模擬電路中一般使用測速電機(jī)。測速電機(jī)的返回的電壓信號(hào)會(huì)隨著電機(jī) 轉(zhuǎn)速的增加而增加。轉(zhuǎn)速反饋圖$12轉(zhuǎn)速檢測電路4系統(tǒng)工作原理內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，一般將其設(shè)計(jì)為PI調(diào)節(jié)器，整個(gè)回路是I型系統(tǒng)。內(nèi)環(huán)的輸 入是外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)的輸出。突然

16、上電的時(shí)候，系統(tǒng)突然給定電壓U；后，由于實(shí)際轉(zhuǎn)速為零, 所以外環(huán)的輸出信弓會(huì)很快增加到輸出允許的最大的值。此時(shí)，ASR很快進(jìn)入并保持飽 和狀態(tài)，ACR一般不飽和。啟動(dòng)之后的第二階段，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)。此時(shí)點(diǎn)數(shù)電流達(dá) 到了啟動(dòng)允許的最大值，電機(jī)的速度呈線性增加。這也是啟動(dòng)過程的主要部分。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到允許的最大值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差為零，但是其輸出卻 由于積分作用還維持在限幅值,所以電機(jī)仍然在加速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入 的偏差電壓變負(fù)值，使ASR退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是只要仍然大于負(fù) 載電流血，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)增加，直至心=血時(shí)，轉(zhuǎn)矩 = TLo此后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速

17、開始 在負(fù)載的阻力下開始下降。最后幾經(jīng)振蕩之后到達(dá)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速受到干擾之后，外環(huán)的傳送器檢測到轉(zhuǎn)速信號(hào)與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng) 過ASR得到偏差信號(hào)，傳送到ACR環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)后得到Uct,于是調(diào)節(jié)整流電路的導(dǎo)通角, 調(diào)整電樞電流，最后使電機(jī)速度達(dá)到設(shè)定值。5調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算過程5.1參數(shù)以及設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)書要求該系統(tǒng)采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)Un=220V, In=136A, nN =1460r/miib電樞電阻R =0.2。，允許過載 倍數(shù)九=1.5；晶閘管裝置T=0.00167s,放大系數(shù)K. =40;平波電抗器：電阻 = 0.1C、電感Lp = 4mH ；電

18、樞回路總電阻R=0.5C；電樞回路總電感L=15mH：電動(dòng)機(jī)軸上的總飛輪慣帚GD2=22.5Nm2：電流調(diào)節(jié)器最大給定值11皿=10.2V,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值Ug'EOSV：電流濾波時(shí)間常數(shù)E=0002s,轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù).R.Ols。設(shè)計(jì)要求：1.穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差；2.動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量545%：空載啟 動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量q <10%o設(shè)計(jì)書要求設(shè)計(jì)直流電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。如圖所示：I乩J圖54雙閉環(huán)系統(tǒng)框圖5. 2相關(guān)參數(shù)計(jì)算才力萬好 Un ImR 220 136 >0.2. z .、電動(dòng)勢系數(shù)：C.=0.132V/( ninn 丁nN146

19、0轉(zhuǎn)矩系數(shù)：Cm = 蛆C.=%x0.132 =1.26 N nY A 九 n電磁時(shí)間常數(shù)：下=工=史空 =0.03$ R 0.5in 山 gii4她 f GD-R 22.5 x0.5機(jī)電時(shí)間常數(shù)：Tm = 0.18s375C& 375x0.132x1.26晶閘管整流器滯后時(shí)間常數(shù)：T = 0.00167 sACR 限幅輸入：Um*=10.2VASR 限幅輸入：U1TO*= 10.5V電樞回路最大電流：1tlm = /?In = 15% =2O4A電流反饋系數(shù)：fl = = = 0.05V/ A 1dm 204轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：e =I。' = 0.00719 V win/ rnN

20、 1460電流環(huán)的設(shè)計(jì)5. 3電流環(huán)設(shè)計(jì)在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢變化的動(dòng)態(tài)影響，即 皿0。圖>2電流環(huán)系統(tǒng)框圖如果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(hào)改成ir,（s）/p,則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)最后，由于和加一般都比“小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣 性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為= Ts+Lxo圖S3電流環(huán)系統(tǒng)框圖從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由上圖可以看出, 采用I型系統(tǒng)就夠了。從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(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(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及

21、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，應(yīng)選用典型I型系 統(tǒng)。為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇今=工，則電流環(huán)的動(dòng) 態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為下圖所示的典型形式，其中KI =5圣2*電流濾波時(shí)間常數(shù)：1=0.002s調(diào)節(jié)器參數(shù)：今= E = 0.03s1Zi=T+Tn= 0.00167 + 0.002 = 0.00367s電流環(huán)開環(huán)增益：要求丐45%時(shí)，應(yīng)取KiG、=0.5,因此:0.03x0.51.022s-1 = 136.24s- 0.003672/Kf 2 x 0.05 x40x 0.00367ACR的傳遞函數(shù)為:以r（s）=KQ + 1) _ 1.022 x (

22、0.03s+ 1) 34.07(0.03s+ 1)34.07=JL +0.03s4、校驗(yàn)近似條件:電流環(huán)截止頻率：q = & =136.24 s-1（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件=199.6s-1 > 0）3T 3x0.00167滿足近似條件（2）忽略反電動(dòng)勢變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件:J= 40.82s-1 < mV0.18x0.03滿足近似條件（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件-I= -x I= 182.39s 1 > CD-3丫口13 V 0.00167x0.002滿足近似條件實(shí)際電路的搭建如下圖：圖7電流環(huán)模擬電路U： 為電流給定電壓：-/七一為電流負(fù)

23、反饋電壓：5電力電子變換器的控制電壓。電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式：區(qū)=4 q = RG Tm = cm%，4取REOOKQ,電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)時(shí)： = 1x=100x1.022 = 102.2KQ «100KQ0.03100=0.3/ZF5.4轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)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，須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。Wh(s)=l(s)U：(s)/夕%s(TZls + l)1+給s(TSls + l)1% 、i 's- + s + 1K %忽略高次項(xiàng)，上式可降階近似為：Ayh(s)«-JS + 1近似條件可由式(2-52)求出:式中一轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性

24、的截止頻率。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U：(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為Id(s) _Wh(s)U*(s)- p2_Ki這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只 有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。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)代替圖中的電流環(huán)后，圖5-5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖所示：圖S6轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和電流環(huán)中一樣，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(hào)改成 U；（s）/a，再把時(shí)間常數(shù)為1/R和Gn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= L +

25、 Ki為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(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)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能 滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：& =（» + ）式中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù):之一轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:困w (S)= K&S + 1), 下 =&困0S + 1)11/ CMs£nS + l)幺氏 02 GliS + 1)令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益

26、為Kn =與困則阿e)=與(9+ 1)S-&S + 1)。（加+1） （7加1）($)圖97校正后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇綜合系統(tǒng)和特性考慮，選取h=5,有：電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：=2= 0.00734 sKI轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：= 0.01 s轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：與=2+三= 2g/1n =2x0.00367 40.01 =0.01734ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為：rn = hn = 5x0.01734 = 0.0867s可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：Kn =211工： 2x25x0.01734= 399."可得ASR的比例系數(shù)為:=(h + l)g4=6x0.05x0T2x0.1

27、8= R43“一 IhaKT - 2x5xO.00719xO.5xO.01734 - ,Zn截止頻率：程n = &=&1% =399.1 x0.0867 =64.6 s-1ASR傳遞函數(shù)為:Kn(rns + 1) _ 11.43 x (0.0867s +1) _ 131.8(0.0867s + 1)131.80.0867s=JL +4、校驗(yàn)近似條件:(1)電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:1136.24t=64.2s > 0)133 V 0.00367滿足簡化條件(2)轉(zhuǎn)速換小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為:1 1136.247、=38.9s >30.0113滿足近似條件5 .轉(zhuǎn)速

28、調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)圖5-8含給定濾波與反饋流波的PI型電流調(diào)節(jié)器u1一為轉(zhuǎn)速給定電壓：an為轉(zhuǎn)速負(fù)反纜電壓：U：調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié) 器的給定電壓。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式：Kn = = 45 工 =上夫0ctmR ,，4取R=100KQ,轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型n型系統(tǒng)時(shí)：R = R X K = 100 Xl L43 = 1143KQ «1100KQr 0.0867工 4x0.001100= 0.04 庶6 Mat I ab 仿真6.1啟動(dòng)過程仿真按照上面計(jì)算出的數(shù)據(jù)，在simulink中仿真。下圖給出了積分帶限幅的PI調(diào)節(jié)器 Sinniliiik仿真模型。6-1仿真模型圖中不僅把PI調(diào)節(jié)器的比例部分和積分部分分開，對(duì)PI調(diào)節(jié)器的輸出設(shè)置上、下 限幅，還要對(duì)積分設(shè)置上、下限幅。而且這種積分是積分環(huán)節(jié)本身所帶的。在Simulink 環(huán)境下，這種積分限幅的實(shí)