畢業(yè)論文轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，軍工等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。20世紀(jì)90年代前的大約50年的時(shí)間里，直流電動(dòng)機(jī)幾乎是唯一的一種能實(shí)現(xiàn)高性能拖動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互獨(dú)立并且正交，為控制提供了便捷的方式，使得電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的起動(dòng)，制動(dòng)和調(diào)速性能。盡管近年來(lái)直流電動(dòng)機(jī)不斷受到交流電動(dòng)機(jī)及其它電動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，但至今直流電動(dòng)機(jī)仍然是大多數(shù)變速運(yùn)動(dòng)控制和閉環(huán)位置伺服控制首選。因?yàn)樗哂辛己玫木€性特性，優(yōu)異的控

2、制性能，高效率等優(yōu)點(diǎn)。直流調(diào)速仍然是目前最可靠，精度最高的調(diào)速方法。本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是應(yīng)用自動(dòng)控制理論和工程設(shè)計(jì)的方法對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，設(shè)計(jì)出能夠達(dá)到性能指標(biāo)要求的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器，通過(guò)在DJDK-1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制試驗(yàn)裝置上的調(diào)試,并應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以達(dá)到滿足控制指標(biāo)的目的。目錄摘要I目錄II第一章、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型11.1、數(shù)學(xué)模型的參數(shù)給定1、電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)TL1、電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm1、觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)KS21.2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)2、調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)基

3、本矛盾3、調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理5、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析5、轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用61.3、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型7、主電路7、額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)描述7、晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函91.4、調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)10、整流變壓器的計(jì)算10、晶閘管組件的計(jì)算與選擇11、主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)11、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算121.5、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元13、過(guò)流保護(hù)器(GL)、電流變送器(LB)13、電流調(diào)節(jié)器(ACR)13、零速封鎖器(LSF)13、給定器(GD)13、轉(zhuǎn)速變送器(SB)13、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)13、鋸齒波觸發(fā)器(CF)141.6、雙

4、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖14、電流調(diào)節(jié)器和電流變送器的傳函14、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速變送器的傳函14、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖15第二章、按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器162.1、設(shè)計(jì)要求16、基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)）16、設(shè)計(jì)指標(biāo)172.2、工程設(shè)計(jì)方法的基本思路172.3、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)17、電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化17、確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)18、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇19、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算20、校驗(yàn)近似條件20、電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)212.4、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)22、電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)22、轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理22、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選

5、擇23、轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計(jì)算24、轉(zhuǎn)速環(huán)的性能指標(biāo)262.5、系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標(biāo)28、近似的PI調(diào)節(jié)器28、系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖29第三章、調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的數(shù)字仿真303.1、基于工程設(shè)計(jì)法的數(shù)字仿真30、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖30、時(shí)域分析30課程設(shè)計(jì)體會(huì)31參考文獻(xiàn)32第一章、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型1.1、數(shù)學(xué)模型的參數(shù)給定1.1.1、電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)TL TL=0.176ms1、電樞回路總電阻R R0.221、電樞回路的總電感LL39.22mH1.1.2、電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)TmTm=0.127s1.1.2.1、電動(dòng)機(jī)的Ce Ce=0.138 Vminr

6、1.1.3、觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)KSKs=221.2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1.2.1、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計(jì)思路。在以下四項(xiàng)中，前兩項(xiàng)屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項(xiàng)屬于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。1.2.1.1、調(diào)速范圍D生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即 （1-1）1.2.1.2、靜差率s 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱(chēng)作靜差率，即 （1-2）靜

7、差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。1.2.1.3、跟隨性能指標(biāo) 在給定信號(hào)R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來(lái)描述。具體的跟隨性能指標(biāo)有下列各項(xiàng)：上升時(shí)間，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時(shí)間.1.2.1.4、抗擾性能指標(biāo) 此項(xiàng)指標(biāo)表明控制系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)的能力，它由以下兩項(xiàng)組成：動(dòng)態(tài)降落，恢復(fù)時(shí)間。1.2.2、調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)基本矛盾在理解了本設(shè)計(jì)需滿足的各項(xiàng)指標(biāo)之后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標(biāo)的兩個(gè)矛盾，即1、 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準(zhǔn)確性對(duì)系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求互相矛盾；2、起動(dòng)快速性與防止電流的沖擊對(duì)電機(jī)電流的要求互相矛盾5。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),在保證

8、系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，解決了第一個(gè)矛盾。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速啟制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，則單閉環(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(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程中的電流和轉(zhuǎn)矩。無(wú)法解決第二個(gè)基本矛盾。在電機(jī)最大電流受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只是在超過(guò)臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟?/p>

9、制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)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(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-1a所示。t0nIdnnIdnIdlt0Idla) b)圖1-1 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程 b) 理想快速啟動(dòng)過(guò)程當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。對(duì)于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下,希望充分地利用電機(jī)的過(guò)載能力,最好是在過(guò)渡過(guò)程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值,使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng),到達(dá)穩(wěn)

10、定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降低下來(lái),使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行.這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖1-1b所示,起動(dòng)電流呈方形波,而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過(guò)程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖2-2b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實(shí)現(xiàn)。問(wèn)題是希望在啟動(dòng)過(guò)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,希望只有轉(zhuǎn)速反饋,不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用,而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。1.2.3、調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理見(jiàn)圖1-2：圖1-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖為了

11、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用,在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(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(jí)連接.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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓是Unmax，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Uimax，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。1.2.4、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)

12、過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形是接近理想快速起動(dòng)過(guò)程波形的。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)過(guò)程中的飽和與不飽和狀況，可將起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段，即電流上升階段；恒流升速階段；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從起動(dòng)時(shí)間上看，第二段恒流升速是主要階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了在電流受限制下的快速起動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，達(dá)到“準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn)，就是起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速一定有超調(diào)。其起動(dòng)過(guò)程波形如圖1-3所示。圖1-3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個(gè)特點(diǎn)：1、飽和非線性控制：隨著ASR的飽和和不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)。系統(tǒng)表

13、現(xiàn)為恒流電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)則表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。在不同情況下，表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的現(xiàn)行系統(tǒng)，這就是飽和非線性控制的特征。2、準(zhǔn)時(shí)間控制：?jiǎn)?dòng)過(guò)程中主要階段實(shí)第II階段，即恒流升速階段。它的特征是電流保持恒定，一般選擇為允許的最大值，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使啟動(dòng)過(guò)程盡可能更快。這個(gè)階段屬于電流受限制的條件下的最短時(shí)間控制，或稱(chēng)時(shí)間最優(yōu)控制。3、轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于采用了飽和非線性控制,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入第III階段即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后,必須使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)。按照PI調(diào)節(jié)器的特性，只有使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR的輸入偏差電壓Un為負(fù)值

14、，才能使ASR退出飽和。這就是說(shuō)，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)6。1.2.5、轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的作用，可以歸納為1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓Um*變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；2）對(duì)付在變化起抗擾作用；3）其輸出限幅決定允許的最大電流。2電流調(diào)節(jié)器的作用：1）對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流；3）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨起給定電壓Um*變化；4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)最用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常7。1.3、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主

15、電路的數(shù)學(xué)模型1.3.1、主電路見(jiàn)附圖一1.3.2、額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)描述由圖2-5中的c)可列出微分方程如下： (主電路,假定電流連續(xù)) (額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)) (牛頓動(dòng)力學(xué)定律,忽略粘性摩擦) (額定勵(lì)磁下的電磁轉(zhuǎn)矩)式中：TL包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；GD2電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分折算到電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩，單位為Nm2；Cm=30Ce/電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；定義下列時(shí)間常數(shù)：TL=L/R電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，單位為s； Tm=(GD2R)/(375CeCm)電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)，單位為s。整理后得式中 IdL=TL/Cm負(fù)載額定電流

16、.在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉式變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù) (1-3)電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)為 (1-4)由以上傳遞函數(shù)，可以得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-4所示：圖1-4 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入量。一個(gè)是理想空載整流電壓Ud0，另一個(gè)是負(fù)載電流IdL。前者是控制輸入量，后者是擾動(dòng)輸入量。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中把電流Id表現(xiàn)出來(lái)，可將擾動(dòng)量IdL的綜合點(diǎn)前移，并進(jìn)行等效變換，如圖1-5所示圖1-5 直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化和變換a) b) 1.3.3、晶閘管觸發(fā)和整流裝置傳函1、失控時(shí)間 以單相全波純電阻負(fù)載整流電路為例來(lái)討論滯

17、后時(shí)間的大小。假設(shè)在t1時(shí)刻某一對(duì)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，控制角為1；如果控制電壓Vct在t2時(shí)刻發(fā)生變化，但由于晶閘管已經(jīng)導(dǎo)通，Vct的改變對(duì)它已不起作用，平均整流電壓Vdo1并不會(huì)立即產(chǎn)生反應(yīng)，必須等到t3時(shí)刻該組件關(guān)斷以后，觸發(fā)脈沖才有可能控制另外一 對(duì)晶閘管。設(shè)Vct2對(duì)應(yīng)的控制角為2，則另一對(duì)晶閘管在t4時(shí)刻才導(dǎo)通，平均整流電壓變成Vd02。假設(shè)平均整流電壓是在自然換相點(diǎn)變化的，則從Vct發(fā)生變化到Vd0發(fā)生變化之間的時(shí)間Ts便是失控時(shí)間。本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路，平均失控時(shí)間Ts =1.67(ms)，實(shí)際取1.7(ms)。1、晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳函 用單位階躍函數(shù)來(lái)表示滯后，則晶閘管

18、觸發(fā)和整流裝置的輸入輸出為 Ud0=KsUct1(t-Ts)按拉氏變換的位移定理,則傳遞函數(shù)為 (1-5)考慮到Ts很小,忽略其高次項(xiàng),則晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié) (1-6)式中 Ks=觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)；Ts= 觸發(fā)和整流裝置的平均失控時(shí)間。工程近似條件 c1/3Ts (1-7)1.4、調(diào)速系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)在理解了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路的數(shù)學(xué)模型和工作原理之后，可以計(jì)算出各個(gè)組成部分的選用型號(hào)及取值。這一部分已有成熟理論，所以本文在此處只是簡(jiǎn)要的給予部分計(jì)算過(guò)程。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。1.4.1、整流變壓器的計(jì)算1、整流變壓器的次級(jí)相電壓的有效值

19、U2=113V1、變壓器的額定參數(shù)變壓器接成/ Y 形，可以得到零線，同時(shí)濾除三次諧波。（1） 次級(jí)線電壓： U線 = 1.732U2 = 196（V）（2） 二次側(cè)電流： I2 = 0.816Id = 95（A）（3） 變壓器的變比： K = U1相 /U2相 = 1.95（4） 一次側(cè)相電流： I1=48.7（A）（5） 一次容量： S1 = 3 U1 I1(1+5%)= 32(KVA)（6） 二次容量： S2 = 3U2I2 = 32(KVA)（7） 平均計(jì)算容量：S = ( S1+ S2)/2 = 32(KVA)1.4.2、晶閘管組件的計(jì)算與選擇1、SCR的額定電流ITN = (1.5

20、-2)Kfb Id =96128 (A)取IT =100(A)1.4.2.2、SCR的額定電壓:Utn = (2-3)Utm = 554831(V)取Utn =700(V)、主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)1、過(guò)電壓保護(hù)（1） 交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù):用壓敏二極管抑制事故過(guò)電壓壓敏電阻的標(biāo)稱(chēng)電壓：U1MA1.33*1.414*UB =1.33*1.414*196=368.6(V)通流容量: IPM110KFU2L/U1MA*I200.95=110*0.5*196*0.2540.95÷440.1=6.66(A)（2）直流側(cè)過(guò)壓保護(hù): 利用電阻和電容吸收操作過(guò)壓A. 電容C的參數(shù): C = 2LBK

21、L2ID2 /(KV2-1)UD2= 2*2.94*103*0.52*15.62/(22-1)*2202 = 2.5(µF)取 C = 4µFUC > 2UD = 2*220 = 440(V)取 UC = 630(V)B. 電阻R的參數(shù):R = UD(KV-1) / KIID =220*(2-1)/0.5*15.6 = 28()取 R = 30PR PD/800 = 2.8*103/800 = 3.7(W)取 PR = 10W所以選定CD = 4µF/630V, RB = 30/10W1.4.3.2、晶閘管換向過(guò)電壓保護(hù)為防止在換相過(guò)程中，被關(guān)斷的晶閘管出現(xiàn)

22、反向過(guò)壓，而導(dǎo)致反向擊穿。通常在晶閘管元件兩端并聯(lián)RC阻容吸收電路。C=0.25（uF）R=20()電容C的耐壓為：1.5*277V=415.5V電阻功率：PR=1.75*F*C*Utm2 *10-6（W）=1.68W1.4.3.3、過(guò)電流保護(hù)每個(gè)橋臂串個(gè)快速融斷器額定電流：IN =ITNITN=100A，則：IN=100A。額定電壓: Urn KVTUUb/1.414 = 233.9（V）取 Urn = 400V實(shí)際選用 RSO100A/400V 6只1.4.4、平波電抗器的參數(shù)計(jì)算1、限制電流脈動(dòng)的電感量LmLm= (Udm/U2)*103*U2 / 2fbSiId= 15 mH1.4.4

23、.2、使電流連續(xù)的電感量LcrLcr = KcrU2/Idmin = 0.693*113/ Id*8% = 8mH1.4.4.3、電動(dòng)機(jī)電樞電感LD和變壓器電感LBLD=19.1*UN*103/2PIN*nN =0.2mHLB =0.2mH1.5、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電氣原理及控制單元見(jiàn)附圖一1.5.1、過(guò)流保護(hù)器(GL)、電流變送器(LB)見(jiàn)附圖一1.5.2、電流調(diào)節(jié)器(ACR)見(jiàn)附圖一1.5.3、零速封鎖器(LSF)見(jiàn)附圖一1.5.4、給定器(GD)見(jiàn)附圖一1.5.5、轉(zhuǎn)速變送器(SB)見(jiàn)附圖一1.5.6、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)見(jiàn)附圖一1.5.7、鋸齒波觸發(fā)器(CF)見(jiàn)附圖一1.6、雙閉環(huán)調(diào)速系

24、統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在對(duì)調(diào)節(jié)器具體設(shè)計(jì)之前，為了從整體理解整個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，這里先給出了各調(diào)節(jié)器和變送器的傳遞函數(shù)。1.6.1、電流調(diào)節(jié)器和電流變送器的傳函1、電流調(diào)節(jié)器ACR的傳遞函數(shù)Uct (s ) /Un*( s )-Id(s)= Ki (is+1) /is（Tois+1）其中： Ki=Ri/Ro電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) i=RiCi電流調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)Toi=0.25RiCoi電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) 電流反饋系數(shù)1.6.1.2、電流變送器LB的傳遞函數(shù)Id (s) / Id (s)= (v/A)1.6.2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速變送器的傳函1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的傳遞函數(shù)U i* (s) / U n

25、* (s) -n (s) =Kn (ns+1) /ns（Tons+1）其中：Kn=Rn/R0轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) n=RnCn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)Ton=0.25RnCon轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)1.6.2.2、轉(zhuǎn)速變送器SB的傳遞函數(shù)Un(s)/n(s)=a（v/rpm）1.6.3、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，由上述各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，須加低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)Toi按需要給定。濾波環(huán)節(jié)可以抑制反饋信號(hào)中的交流分量，但同時(shí)也給反饋信號(hào)帶來(lái)延滯。為了平衡這一延滯作用，在給定

26、信號(hào)通道中加入一個(gè)相同時(shí)間常數(shù)Toi的慣性環(huán)節(jié)，稱(chēng)作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是：使給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)同樣的延滯，使二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶?lái)設(shè)計(jì)上的方便。同樣，由測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有電機(jī)的換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)由Ton表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，也需要在轉(zhuǎn)速給定通道配上時(shí)間常數(shù)為T(mén)on為濾波環(huán)節(jié)6。所以實(shí)際的電路需增加電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波、和兩個(gè)給定濾波環(huán)節(jié)，見(jiàn)圖1-6:圖1-6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第二章、按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2.1、設(shè)計(jì)要求本論文首先應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速

27、系統(tǒng),然后利用現(xiàn)代控制理論中的線性二次型性能指標(biāo)最優(yōu)設(shè)計(jì)方法, 設(shè)計(jì)此調(diào)速系統(tǒng)。2.1.1、基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)）（1）被控直流電動(dòng)機(jī) Pe=22 kw Ue=220 v Ie=116 A ne=1500r/min Re=0.102 Ce=0.138 Vmin =1.5 （2）整流裝置 三相全控橋式整流電路 Rn=1.60 Ks=Ud/Uk=40 Ts=1.7 ms（3）電樞回路總電阻 R0.22（4）電樞回路總電感 L=39.22 mH（6）系統(tǒng)時(shí)間常數(shù) Tl0.176 ms Tm=0.127 ms（7）反饋濾波時(shí)間常數(shù) Toi=0.00285 s Ton=0.00285 s

28、（8）調(diào)節(jié)器最大給定電壓 U*nm=U*im=10 v（9）調(diào)節(jié)器輸入回路電阻 R0=40 k2.1.2、設(shè)計(jì)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：無(wú)靜差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。2.2、工程設(shè)計(jì)方法的基本思路用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器必須同時(shí)解決自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、抗干擾性等各方面相互矛盾的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能要求8。作為工程設(shè)計(jì)方法,首先要使問(wèn)題簡(jiǎn)化,突出主要矛盾。簡(jiǎn)化的基本思路是，把調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程分為兩步：第一步，先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需要的穩(wěn)態(tài)精度。第二步，再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)這樣做，就把穩(wěn)、準(zhǔn)、快抗干擾之間互相交叉的矛盾問(wèn)題

29、分成兩步來(lái)解決，第一步先解決主要矛盾動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，然后在第二步中進(jìn)一步滿足其它動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)時(shí)，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時(shí)只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計(jì)算以下就可以了。這樣就使設(shè)計(jì)犯法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計(jì)工作量6。2.3、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2.3.1、電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)電流環(huán)首先遇到的問(wèn)題是反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的交叉反饋?zhàn)饔?。它代表轉(zhuǎn)速環(huán)輸出量對(duì)電流環(huán)的影響。實(shí)際系統(tǒng)中的電磁時(shí)間常數(shù)TL一般遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm，因而電流的調(diào)節(jié)過(guò)程往往比轉(zhuǎn)速的變化過(guò)程快得多，也就是說(shuō)，比反電動(dòng)勢(shì)E的變化快得多。反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)只是

30、一個(gè)變化緩慢的擾動(dòng)作用，在電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程中可以近似的認(rèn)為E不變，即E=0。這樣，在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)作用，而將電動(dòng)勢(shì)反饋?zhàn)饔脭嚅_(kāi)，從而得到忽略電動(dòng)勢(shì)影響的電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖。再把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)。最后，Ts和Toi一般比Tl小的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)處理，看作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，取Ti=Ts+Toi6。 圖2-1 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)2.3.2、確定電流環(huán)的時(shí)間常數(shù) 2、三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts=0.0017s 2、電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi Toi =0.00285s2、電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)TI = Ts+Toi=0.00455s (2-

31、1)2.3.3、電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇首先應(yīng)決定要把電流環(huán)校正成哪一類(lèi)典型系統(tǒng),電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值,因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào),或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā),應(yīng)該把電流環(huán)校正成典系統(tǒng)?？呻娏鳝h(huán)還有另一個(gè)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)的作用,為了提高其抗擾性能,又希望把電流環(huán)校正成典系統(tǒng)。一般情況下,當(dāng)控制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比TL/TI 10時(shí),典系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的。因此,一般多按典系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)6。本設(shè)計(jì)因?yàn)?i% 5%且TL/TI =0.000176/0.00455<10。所以 按典系統(tǒng)設(shè)計(jì),選PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (2

32、-2)式中 Ki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)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，選擇=TL, 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以化簡(jiǎn)為圖2-2：圖3-2 電流環(huán)簡(jiǎn)化成典系統(tǒng)2.3.4、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算2、計(jì)算時(shí)間常數(shù)和比例系數(shù)電流調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù): I =Tl =0.176ms電流開(kāi)環(huán)增益: 要求i%5%, 應(yīng)取KITi=0.5因此 KI = 0.5/Ti=0.5/0.00455=109.89（1/s）電流反饋系數(shù) (2-3)于是，ACR的比例系數(shù) : (2-4)2、計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容按所用運(yùn)放取 R0 =40k(),則 Ri = KiR0 = 4.64() (2-

33、5) Ci =i /Ri= 0.000176/4.64=37.93F (2-6) Coi =4Toi /R0 =4*0.00285/(40*103)=2.85F (2-7)在工程實(shí)際中Ri取5k.2.3.5、校驗(yàn)近似條件電流環(huán)的截止頻率ci =KI =109.892.3.5.1、晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件ci 1/3Ts現(xiàn)在 ，1/3TS=1/3*0.0017s=196.1>ci ，滿足近似條件。2.3.5.2、忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件 (2-8)3(1/TmTl)1/2=3*(1/(0.127*0.000176)1/2=634.5>ci =KI =109.892、小時(shí)間常數(shù)

34、近似處理?xiàng)l件 (2-9)1/3(1/TsToi)1/2=1/3*(1/(0.0017*0.00285)1/2=151.44>ci =109.89按上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到動(dòng)態(tài)指標(biāo)I%=4.3%<5%。2.3.6、電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)2.3.6.1、頻域指標(biāo) 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示,其開(kāi)環(huán)頻率特性為: (2-10)L()=20lgKI-20lg-20lg(1+Ti22)½ (2-11)()=-90o-tg-1Ti (2-12)()=90o-tg-1Ti (2-13)根據(jù)典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨指標(biāo)和頻域指標(biāo)的參數(shù)的關(guān)系,當(dāng)KITi=0.5時(shí), 阻尼比=0.707，振蕩

35、指標(biāo)MP=1，截止頻率 ci=KI=74.6因此 ()=-90o-tg-1Ti=-116.6o (ci)=180-()=63.4o2.3.6.2、跟隨性能指標(biāo) i%=4.3%<5% 上升時(shí)間tr=4.72Ti=4.72*0.00455=21.48ms 超調(diào)時(shí)間tm=6.5Ti=6.5*0.00455=29.58ms 調(diào)節(jié)時(shí)間tS=6Ti=6*0.00455=27.3ms 2.4、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)2.4.1、電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器時(shí)，可把已設(shè)計(jì)好的電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)。為此，需求出它的等效傳遞函數(shù)： (2-14) (2-15)近似條件: (2-16)式中

36、cn為轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率,其一般較低。在后續(xù)計(jì)算完成后,需校驗(yàn)此近似條件。2.4.2、轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如3-3（a）所示。把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改為U*n(s)/；再把時(shí)間常數(shù)為T(mén)on和2Ti的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為T(mén)n的慣性環(huán)節(jié)，且Tn=Ton+2TI,，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化成圖2-3（b）。圖3-3 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理2.4.3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型型系統(tǒng)的原因1). 系統(tǒng)在負(fù)載擾動(dòng)作用下，動(dòng)態(tài)速降要小。2). ST飽和時(shí)，速度環(huán)

37、退飽和超調(diào)量不大。3). 速度環(huán)基本上是恒值系統(tǒng)。2.4.3.2、典型型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系為了分析方便起見(jiàn)，引入一個(gè)新的變量h，令h=/T=2/1 (2-17)h是斜濾為-20dB/dec的中頻斷的寬度(對(duì)數(shù)坐標(biāo))，稱(chēng)作“中頻寬”。由于中頻段的狀況對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)起著決定性的作用，因此h只是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。從頻率特性上還可看出，由于T一定，改變就等于改變了中頻寬h；在確定以后，再改變K相當(dāng)于是開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率c。因此在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇兩個(gè)參數(shù)h和c，就相當(dāng)于選擇參數(shù)和K。由“振蕩指標(biāo)法”中所用的閉環(huán)幅頻特性峰值Mr最小準(zhǔn)則，對(duì)于一定的h值，只有一個(gè)確定

38、的c(或K)，可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值Mrmin，這時(shí)c和1，2之間的關(guān)系是2/c = 2h/(h+1) (2-18)c/1 = (h+1)/2 (2-19)而 1+2 = 2c/(h+1)+2hc/(h+1)=2c因此 c=(1/2)(1+2)=(1/2)(1/+1/T) (2-20)對(duì)應(yīng)的最小M峰值是 Mrmin=(h+1)/(h-1) (2-21)確定了h和c以后,可以很容易的計(jì)算和K。由h的定義知 =hT (2-22)9 (2-23)2.4.4、轉(zhuǎn)速調(diào)解器參數(shù)的計(jì)算 要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 (2-24)式中 Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);

39、n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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 (2-25)其中,轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 KN =KnR/(nCeTm) (2-26)上述近似的假定條件如下(1) cn1/(5TI)=29.85rad/sec 見(jiàn)(2-11)(2)小時(shí)間常數(shù)近似條件: (2-27)即cn(1/3)(1/(2*0.0067*0.01)1/2=28.80(rad/sec)其中轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù): Ton = 0.00285s轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù): Tn = 2TI + Ton = 0.01195s 按跟隨性能和抗擾性能都比較好的原則,取h=5則ASR的超前時(shí)間常數(shù):n=hTn=5*0.01195=0.05975(s

40、)再由式(3-23),轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益 KN =(h+1)/(2h2Tn2)=6/(2*25*0.011952)=840.3(1/s2)ASR的比例系數(shù) Kn=(h+1)CeTm/(2hRTn) (2-28) =6*0.0575*0.138*0.127/(2*5*0.007*0.22*0.01195) =32.9轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 cn =KN/1= KN *n=840.3*0.117=98.32 (2-29)取 R0 =40k則 Rn =KnR0 =1316k (2-30) C n=n/R0 =0.05975/40k=1.49uF (2-31) Con=4Ton/R0=4*0.00285/40k=

41、2.85uF (2-32)在工程實(shí)際中Rn取1400K.2.4.5、轉(zhuǎn)速環(huán)的性能指標(biāo)2、轉(zhuǎn)速環(huán)的跟隨性能指標(biāo)= 因?yàn)?(2-33)得% =37.6%顯然,%不滿足設(shè)計(jì)要求，事實(shí)上，當(dāng)突加給定或大幅度升降或制動(dòng)時(shí)，ST處于飽和限幅狀態(tài)，系統(tǒng)的超調(diào)實(shí)際上是退飽和超調(diào)。而上述計(jì)算的%=37.6%卻是ASR處于線性狀態(tài)下的超調(diào)6。此時(shí)分析典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)的的基準(zhǔn)值： （2-34）當(dāng)h=5時(shí)，查典型型抗擾性能指標(biāo)表得所以，有 （2-35）滿足設(shè)計(jì)要求。2.4.5.2、轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指標(biāo)（1）突加負(fù)載的動(dòng)態(tài)速降指標(biāo)：續(xù).1，有，所以 （2-36）因此 （2-37）滿足設(shè)計(jì)要求。（2）恢復(fù)時(shí)間指

42、標(biāo)：根據(jù)“典型型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系”表，當(dāng)h=5時(shí)，而所以，滿足設(shè)計(jì)要求。2.5、系統(tǒng)的靜態(tài)綜合及靜態(tài)性能指標(biāo)2.5.1、近似的PI調(diào)節(jié)器嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，“無(wú)靜差”只是理論上的，因?yàn)榉e分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)電容兩端的電壓不變，相當(dāng)于開(kāi)路，由于ST和LT都采用了PI調(diào)節(jié)器,可以認(rèn)為其靜態(tài)放大倍數(shù)為無(wú)窮大,所以才能在輸入電壓U=0時(shí)，使輸出電壓Uct成為任意所需值，因此,消除了穩(wěn)態(tài)誤差,但是也容易使運(yùn)放產(chǎn)生“零漂”，引起系統(tǒng)的工作點(diǎn)移動(dòng)。為了抑制“零漂”，往往采用近似的PI調(diào)節(jié)器，即在運(yùn)放的輸出端和輸入端并聯(lián)一個(gè)較大的硬反饋電阻，把靜態(tài)放大倍數(shù)壓下來(lái)，同時(shí)又不影響動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)。這樣系統(tǒng)就成了

43、有差系統(tǒng)，有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)綜合，以滿足靜態(tài)性能指標(biāo)的要求。近似的PI調(diào)節(jié)器及對(duì)數(shù)幅頻特性如圖2-4所示：圖2-4 近似調(diào)節(jié)器及對(duì)數(shù)幅頻特性a)近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖b)近似調(diào)節(jié)器的對(duì)數(shù)幅頻特性在R1、C1兩端并接一個(gè)電阻R1/，其值一般為若干M，這樣就形成了近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱(chēng)“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”。這時(shí)調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)更低于無(wú)窮大，為KP/=Ri/R0，系統(tǒng)也只是一個(gè)近似的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 (2-38)式中KP/=Ri/R0，=(R1+R1)/R1>>1,1=R1C1。靜態(tài)放大倍數(shù)KP/=Ri/R0，動(dòng)態(tài)放大倍數(shù)KP=Ri/R0。2.5.2、系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)

44、圖如圖3-5所示:圖35 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖其中 KN/=RN/R0速度調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大倍數(shù) KI/=RI/R0電流調(diào)節(jié)器的靜態(tài)放大倍數(shù) KS=Ud/UK=40 =Ufn/n=Ugn/n=0.0053v/rpm =Ufi/Id=8/15=0.342V/A由圖35易得如下方程:Un=Un*-Un,Ui*=KN/Un,Ui=Ui*-Id,Uct=KI/Ui整理后能夠得到系統(tǒng)的靜特性方程為: (2-39)其中 K=KN/KI/KS/Ce系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益靜態(tài)速降為: (2-40)即 ned=1500*0.04/10(1-0.04)=6.25 為系統(tǒng)所能允許的靜態(tài)速降。第三章、調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的數(shù)

45、字仿真3.1、基于工程設(shè)計(jì)法的數(shù)字仿真3.1.1、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在第2章基于工程設(shè)計(jì)方法中, 我們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),并得到以下參數(shù)直流電動(dòng)機(jī)：=220V =116A =1500r/min Ce=0.138V/rpm；主回路總電阻：R=0.22 =0.0017s =0.00285s Tl=0.000176s =0.00285s,Tm=0.127s；反饋系數(shù)：=0.007V/rpm =0.342V/A應(yīng)用MATLAB工具箱及其SIMULINK仿真工具，按其規(guī)則，可以非常方便的繪制出控制系統(tǒng)的SIMULINK動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖以及各種仿真曲線。首先應(yīng)對(duì)圖1-2所示系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)

46、模型，其仿真結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)附圖二。3.1.2、時(shí)域分析在SIMULINK工具箱中點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵, scope中即可見(jiàn)時(shí)域響應(yīng)圖.。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程見(jiàn)附圖二課程設(shè)計(jì)體會(huì)本設(shè)計(jì)“雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)” ，對(duì)于給定的DJDK1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)定直流電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)電氣參數(shù)和時(shí)間常數(shù)，并應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，最后應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正以達(dá)到滿足控制指標(biāo)的目的。對(duì)于給定直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在經(jīng)典控制理論工程計(jì)算的基礎(chǔ)上，在完成參數(shù)測(cè)定后，應(yīng)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了主電路、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，并應(yīng)用MATLAB語(yǔ)

47、言中的SIMULINK工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，看到了理論設(shè)計(jì)與仿真結(jié)果的差異，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析，進(jìn)一步了解了工程設(shè)計(jì)方法中的近似環(huán)節(jié)給系統(tǒng)帶來(lái)的影響，認(rèn)識(shí)到了理論設(shè)計(jì)和工程計(jì)算的不同。仿真部分，運(yùn)用了MATLAB語(yǔ)言，掌握了語(yǔ)言的基本操作，并著重學(xué)習(xí)了SIMULINK工具箱。運(yùn)用SIMULINK工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線及其它各種線性分析曲線。縱觀整個(gè)設(shè)計(jì)，經(jīng)典部分是已學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)深入理解了工程設(shè)計(jì)方法，擴(kuò)展了知識(shí)面，各門(mén)課程綜合應(yīng)用，收益頗多，使我對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制有了更深的認(rèn)識(shí)。但由于理論水平有限，仍有許多不足之處有待解決。參考文獻(xiàn)1陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)

48、及自動(dòng)控制系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社，2001。2 揚(yáng)仲平，自動(dòng)控制系統(tǒng)，煤炭工業(yè)出版社，1996。3徐銀泉，交流調(diào)速系統(tǒng)及其應(yīng)用，紡織工業(yè)出版社，1990。 4許建國(guó)，拖動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)，武漢測(cè)繪科技大學(xué)出版社，1998。5佟純厚，近代交流調(diào)速，冶金工業(yè)出版社, 1985。6倪忠遠(yuǎn)，直流調(diào)速系統(tǒng)，機(jī)械工業(yè)出版社, 1996。7孫樹(shù)撲等，電力電子技術(shù)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000。8黃俊，王兆安，電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2000。9劉祖潤(rùn)，胡均達(dá)，畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)，機(jī)械工業(yè)出版社，1996。g an employment tribunal claimEmployment tribunals sort

49、out disagreements between employers and employees.You may need to make a claim to an employment tribunal if:· you don't agree with the disciplinary action your employer has taken against you· your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly.For more infor

50、mation about dismissal and unfair dismissal, see Dismissal.You can make a claim to an employment tribunal, even if you haven't appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. However, if you win your case, the tribunal may reduce any compensation awar

51、ded to you as a result of your failure to appeal.Remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. If your application is received after this time limit, the tribunal will not usually accept it.If you are worried about how the time limits apply to you, take advice