雙閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計

1、雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計課程設(shè)計課程名稱：運動控制系統(tǒng)設(shè)計題目:雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：自動化年級：1304學(xué)生姓名：曾龍輝日期：教務(wù)處制第一章緒論錯誤!未定義書簽。第二章總體方案設(shè)計錯誤!未定義書簽。方案比較錯誤!未定義書簽。方案論證錯誤!未定義書簽。方案選擇錯誤!未定義書簽。設(shè)計要求錯誤!未定義書簽。第三章單元模塊設(shè)計錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計錯誤!未定義書簽。電流檢測電路設(shè)計錯誤!未定義書簽。整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計錯誤味定義書簽。過電壓保護(hù)和du/dt限制錯誤!未定義書簽。過電流保護(hù)和di/dt限制

2、錯誤!未定義書簽。整流電路參數(shù)計算錯誤!未定義書簽。電源設(shè)計錯誤味定義書簽?？刂齐娐吩O(shè)計錯誤!未定義書簽。第四章系統(tǒng)調(diào)試錯誤!未定義書簽。錯誤!未定義書簽。第五章設(shè)計總結(jié).一課程設(shè)計報告第六章總結(jié)與體會錯誤!未定義書簽。7參考文獻(xiàn)錯誤!未定義書簽。第一章緒論自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KZ-D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KZ-D系統(tǒng)的應(yīng)用還是占有相當(dāng)?shù)谋戎?。在工程設(shè)計與理論學(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)計問題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實驗法與仿真實驗，其中前兩種方

3、法在具有各自優(yōu)點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。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。這主要是因為在單閉環(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

4、流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。在實際工作中，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。第二章總體方案設(shè)計方案比較方案一：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)速成正比的電壓比與

5、給定電壓出比較后，得偏差電壓AU、經(jīng)放大器FD,產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF的控制電壓冰，用以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖所示。,frr-柒攵。右缶di心狂剪ch小名曲:由由於;lilll一圖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ASRO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)，即把ASR

6、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所示。圖方案二原理框圖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)朋二2,3,6,12,?,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=8,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

7、除了直流分量外,還含有交流分量。把交流分量引到運算放大器輸入端,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，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，乂能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。方案選擇1 .在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個調(diào)節(jié)港綜合多種信號、各參數(shù)間相互

8、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，并克服兒個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，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)計的最終方案。設(shè)計要求直流電動機(jī)設(shè)計雙閉環(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)的額定參數(shù)R=264W、“二220V、-=1600r/min,電樞電阻兄二。，電樞繞組電感乙二，電機(jī)飛輪矩GDdJ-m）電

9、流過載倍數(shù)電樞回路總電阻可取為后2兄。，系統(tǒng)總飛輪矩GDGD?2 .設(shè)計要求：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量%W10%。3單元模塊設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，本文所設(shè)計的雙閉環(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。轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動變阻滯即可獲得相應(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。其電路原理圖如圖所示。R10JGNDX（轉(zhuǎn)速給定電路）圖轉(zhuǎn)速給定電路原理圖轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計轉(zhuǎn)速檢測電路的主要

10、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)。其原理圖如圖所示。圖轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖電流檢測電路設(shè)計電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路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。其電路原理圖如圖所示。（互感器電流檢測電路）WWW圖電流檢測電路原理圖整流及晶

11、閘管保護(hù)電路設(shè)計整流電路如圖所示，在整流電路中主要是晶閘管的保護(hù)問題。品閘管具有許多優(yōu)點，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，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/dt限制，過電流保護(hù)和di/dt限制。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

12、保護(hù)。元件保護(hù)主要是通過阻容吸收電路，連線如圖所示。阻容吸收電路的參數(shù)計算式根據(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。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

13、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)措施有下列兒種：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)品閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y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。硒堆可以單獨使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。

14、本系統(tǒng)采用快速熔斷器對可控硅進(jìn)行過流保護(hù)。整流電路參數(shù)計算%的計算UU/max+U丫ApcQsamn-CUsll-一負(fù)載要求的整流電路輸出的最大值；力一晶閘管正向壓降，其數(shù)值為一，通常取q=第11頁n-主電路中電流回路晶閘管的個數(shù);A一理想情況下夕=時，整流輸出電壓力與變壓潛二次側(cè)相電壓力之比;C一線路接線方式系數(shù);月一電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常取月二09；即加一最小控制角，通常不可逆取心訪=1020”；外八一變壓器短路電壓比，lOOKv以下的取U、=O5；一變壓器二次側(cè)實際工作電流額定電流之比；已知4mL22W,取U.r=IV、=2,查表得A=2.34,取/7=0.9,%加=1?！?，4=。5,_

15、L=i,查表得。=0.5代入上式得:1?N220 +2x12.34x0.9x(0.985-0.5x0,05)= 110VU）=（1L2）-應(yīng)用式一 師查表得A = 2.34，取 /7 = 0.9，3 = cos。= 0.985 ,5二(17. 2)2202.34x0,9x0,985= 106-127V取“。皿，電壓比K啜嘲35（2）一次和二次向電流和12的計算由式得C,，2=/2。由表得K“=o.816,K/2=6816,考慮勵磁電流和變壓器的變比K,根據(jù)以上兩式得：2:=1.05/=1,05x0.816x1.2/3.45=0.3AZ2=0,816x1.2=0.98A（3）變壓器的容量計算第第

16、頁S二隹=3=3x380x0.3=342KVA勒=3%勾=3x110k。.98=323.4KVAS=1（Si+品）=4（3424323.4）=332.7KVA22晶閘管參數(shù)選擇Zmffi;=1.5xl.2=1.8A%=構(gòu)牧=*&=L46AZvr（jiv）=r?7=0-66AJL由整流輸出電壓4=4=220V,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：Urm=8W%=?695V,晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即：/EW=1/2x/2xV3（/2=134.7Vo安全裕量，選擇電壓裕量為2倍關(guān)系，電流裕量為倍關(guān)系，所以晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為：=2x

17、269=539V1爾=1.5x26.4A=39.6A電源設(shè)計該模塊的主要功能是為轉(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)計一款15V的直流穩(wěn)壓電源供電，其電路圖如圖所示。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，常見的兒種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流電路。本設(shè)計采用橋式整流電路，其主要特點如下：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

18、源變壓器充分利用，效率高。in out（15V雙電源電路）圖士15V電源電路原理圖濾波電路用于濾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,以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路?？刂齐娐吩O(shè)計本控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其原理圖如圖所示。第15頁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。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實際極性，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，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。ACR和AS

19、R的輸入、輸出信號的極性，主要視觸發(fā)電路對控制電壓的要求而定。若觸發(fā)潛要求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。圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第第頁圖雙閉環(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)：264W、220V、1600r/minsRa=。，La=晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40電樞回路總電阻:R=9+=。電流反饋系數(shù)：B=A(10V/)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：。=v(10V/nx)設(shè)計要求靜態(tài)指標(biāo)：無靜差動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量。遛W5%,空載啟動到而定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。n

20、%W101參數(shù)計算1 .因為UW30V,a的整定范圍在30150之間，由公式匕=2.3虱cosa知當(dāng)a=30時仄取得最大值，由此計算得U2二。2 .由4=4一1居=C有Ce=o第17頁TRGD23由-叩市有明4.由L=0.693-有Li由7；=4有T1二。1dminR系統(tǒng)設(shè)計1 .電流環(huán)的設(shè)計（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Tsi電流濾波時間常數(shù)Toi,三相橋式電路每個波頭的時間是，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（02）Toi二,因此取Toi=2ms=o電流環(huán)小時間常數(shù)TEi,按小時間常數(shù)近似處理，取TXi=Ts+Toi=o（2）確定電流環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)

21、。根據(jù)設(shè)計要求。遇W5樂而且Tl/TEi二二10.因此，電流環(huán)可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。（3）電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。電流調(diào)節(jié)器選擇PI型，其傳遞函數(shù)為%($)=(X（4）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。ACR超前時間常數(shù)二1二；電流開環(huán)增益：因要求545%,故應(yīng)取/G=0.5,因此（=肥=135.1廠。于是，ACR的比例系數(shù)為=135.lx0.0091x1.80.1395x40= 0.3966第第頁（5）計算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖所示。按所用運穿放大器，取R0=40K。，各電阻和電容值計算如下：&=（4=0.3966x40K=15.86K,取16KG=r./R.=（0.0091/16/C）

22、xl06wF=0.57F圖電流調(diào)節(jié)器原理圖（6）校驗近似條件。電流環(huán)截止頻率4=儲=135.1尸1）校驗晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：%/，=196.1s因為37；3x0,0017外,所以滿足近似條件。2）校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：3以23J=3J1=45.27$t現(xiàn)在也工V0.4825x0,0091%,滿足近似條件。3）校驗小時間常數(shù)的近似處理是否滿足條件:-/!=-J!=18078廣現(xiàn)在NF30.0()17x0.002%，滿足近似條件。按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計指標(biāo)要求和近似條件。2 .轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計（1）確定時間常數(shù)。電流環(huán)等效時間常數(shù)為2G=0074s

23、；轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)般,根據(jù)所用測速發(fā)動機(jī)紋波情況，取乙二;轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)0“按小時間常數(shù)近似處理，取G/2G+7；”=0.0174，（2）確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計要求轉(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)；乂根據(jù)動態(tài)設(shè)計要求，應(yīng)按典型H型系統(tǒng)設(shè)計轉(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)卻=仁=5x0.0174=0.087s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為KS + 1)2/丁2 二“2x25x0.01742=396.4.V-2K：(/z+D-CT；_6x0,1395x0.12

24、90x0.482524口于是，ASR的比例系數(shù)為”=2haRT=2x5x0.0069xl.8x0.0174=（5）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，按所用運算放大器，取R0=40KQ,各電阻和電容值計算如下:R,=K,A=24.11X40K=964.4K,取IMC,1=ron/R=(0.087/1M)x106=0.087/C0n=4T,JRo=l“F第27頁圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖=Kn/r=34.5s1（6）校驗近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率31con外,滿足簡化條件。2）校驗小時間常數(shù)近似處理是否滿足cn外,滿足近似條件。%= 81.2%3）校驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時,而=1R/G=

25、47.8xl.8/0.1290=667.Or/min因此q%=(*)x2(Z)學(xué)莞=8-L5x骸x修=4.。4%1。能滿足設(shè)計要求。設(shè)計完成的控制系統(tǒng)如圖所示。nref2圖設(shè)計完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)第四章系統(tǒng)調(diào)試由于本文只進(jìn)行了理論性設(shè)計，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)如圖所示。圖系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖在仿真過程中，Ma

26、tlab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（OrdinaryDifferentialEquation,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ODE45oode45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)果如圖所示。圖雙閉環(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，但因為轉(zhuǎn)速環(huán)的作用重新將轉(zhuǎn)速拉入穩(wěn)定值。圖轉(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。因為開環(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。第五章設(shè)計總結(jié)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由價止?fàn)顟B(tài)啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如仿真圖所示。由于在啟動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和