雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計

1、32雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計設(shè)計任務(wù)書課程名稱：電氣技術(shù)綜合實驗班 級： 論文題目：雙閉環(huán)系統(tǒng)的最佳工程設(shè)計 小組成員： 任課教師： 目錄第一章 設(shè)計任務(wù)書21.1系統(tǒng)性能指標21.2設(shè)計內(nèi)容21.3應(yīng)完成的技術(shù)文件2第二章 設(shè)計說明書32.1綜述32.2整流主電路32.3觸發(fā)電路的選擇和同步4第三章 設(shè)計計算書83.1整流裝置的計算83.2計算系統(tǒng)中一些環(huán)節(jié)的參數(shù)確定其傳遞函數(shù)113.3雙閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)計算和系統(tǒng)原理圖的確定123.4系統(tǒng)性能指標的校核計算17第四章 參考資料20第五章 附圖與附表215.1系統(tǒng)基本原理圖215.2靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖215.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的

2、動態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)表225.4典I典II的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖225.5系統(tǒng)參數(shù)表235.6元器件明細表275.7系統(tǒng)原理圖28第六章 個人小結(jié)291。設(shè)計任務(wù)書1.1 系統(tǒng)性能指標1) 調(diào)速范圍D102) 靜差率s53) 電流超調(diào)量54) 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的超調(diào)量15% 調(diào)整時間1s5) 當負載變化20的額定值、電網(wǎng)電壓波動10%額定值時最大動態(tài)速降10%動態(tài)恢復(fù)時間0.3s1.2 設(shè)計內(nèi)容1） 設(shè)計系統(tǒng)原理圖2） 計算調(diào)節(jié)器參數(shù)及其它參數(shù)3） 編寫課程設(shè)計說明書1.3 應(yīng)完成的技術(shù)文件1） 設(shè)計說明書2） 設(shè)計計算書3） 系統(tǒng)原理圖4） 電器元件明細表2.課程設(shè)計說明書2.1 綜述運動控制系統(tǒng)也

3、可稱作電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過對電動機電壓、電流、頻率等輸入量的控制，來改變電動機的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機械量,使其拖動的機械按照人們期望的要求運行，以滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。隨著工業(yè)的發(fā)展，對于運動控制的要求也越來越高，在這種背景下，運動控制系統(tǒng)日趨復(fù)雜,逐漸成為一個跨多學(xué)科的綜合性技術(shù)。運動控制系統(tǒng)主要用到以下學(xué)科的知識。關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)系統(tǒng) 最佳 電流環(huán) 速度2.2 整流主電路整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。整流電路應(yīng)用十分廣泛，直流電機就是其中一種十分常見的負載.整流電路可從很多角度進行分類，主要分類方法是：按組成的

4、器件可分為不可控、半控和全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分可分為單相、雙相、三相和多相電路；按控制方法又可分為相控整流和斬波控制整流電路. 本系統(tǒng)采用的是三相全控橋式晶閘管相控整流電路。這是因為電機容量相對較大，并且要求直流脈動小、容易濾波。其交流側(cè)由三相電網(wǎng)直接供電，直流側(cè)輸出脈動很小的直流電。在分析時把直流電機當成阻感性加反電勢負載。因為電機電流連續(xù)所以分析方法與阻感性負載相同，各參量計算公式亦相同。 現(xiàn)簡述其工作原理：習(xí)慣將其中陰極連在一起的三個晶閘管（，,，)稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶閘管（，,)稱為共陽極組.此外習(xí)慣上希望晶閘管按從1到6的順序依

5、次導(dǎo)通. 三相橋式全控可看成兩個半波電路的串聯(lián)，輸出電壓是共陽極組和共陰極組的疊加。當0時，其實就相當于三相橋式不控整流電路。在電動機負載是，為了保持電流連續(xù)通常在電樞回路串入大電感。因此主回路電流可認為是平直的.隨著控制角的增大輸出電壓將會減小。圖2。1 三相橋式整流電路主電路2。3觸發(fā)電路的選擇和同步1）概述TC787是采用獨有的先進IC工藝技術(shù)，并參照最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計的單片集成電路，他可單電源工作，亦可雙電源工作,主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)和三相功率晶體管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種交流調(diào)速和交流裝置,他們是目前國內(nèi)市場上廣泛流行的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成

6、電路的換代產(chǎn)品,與TCA785及KJ（或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點，而且裝調(diào)簡便、使用可靠，只需一個這樣的集成電路,就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3只KJ004，1只KJ041，1個KJ042)（或KC）系列器件組合才能具有的三相移相功能,因此，TC787可廣泛應(yīng)用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng),從而取代TCA785,KJ004，KJ009，KJ041,KJ042等同類電路，為提高整機壽命，縮小體積，降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑，為了讓

7、學(xué)生了解新技術(shù)，我們在設(shè)計三相全控橋式整流電路實驗裝置時觸發(fā)電路采用了TCT787。2)TC787的基本原理TC787的內(nèi)部集成有3個過零和極性檢測單元，3個鋸齒波形成單元，3個比較器,1個脈沖發(fā)生器，1個抗干擾鎖定電路、1個脈沖形成電路，1個脈沖分配及驅(qū)動電路。它們的工作原理可簡述為:經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過過零和極性檢測單元檢測出零點和極性后，作為內(nèi)部3個恒流源的控制信號，3個恒流源輸出的恒值電流給3個等值電容Ca，Cb，Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波，鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點，該交相點經(jīng)集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交

8、相點以后的鋸齒波或移相電壓的波動不影響輸出，該交相信號與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號相位對應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號送到脈沖分配及驅(qū)動電路.假設(shè)系統(tǒng)未發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止端的信號無效,此時脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖(引腳6為高電平）或單脈沖(引腳6為低電平)的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動電路功率放大后輸出,一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止信號有效，脈沖分配和驅(qū)動電路內(nèi)部的邏輯電路動作,封鎖脈沖輸出,確保集成電路的6個引腳12,11，10,9,8,7輸出全為低電平。3）由TC787構(gòu)成

9、的三相六脈沖觸發(fā)電路如圖2。1所示。380V三相交流電經(jīng)過同步變壓器變壓為30V的同步信號a1，b1,c1后，經(jīng)過電位器RP1，RP2，RP3及RCT型網(wǎng)絡(luò)濾波接入到TC787的同步電壓輸入端，通過調(diào)節(jié)RP1,RP2，RP3可微調(diào)各相電壓的相位，以保證同步信號與主電路的匹配。Ca，Cb,Cc為積分電容，TC787芯片的鋸齒波的線性、幅度由Ca、Cb、Cc電容決定，因此,為了保證鋸齒波有良好的線性及三相鋸齒波斜率的一致性，選擇Ca、Cb、Cc時要求其3個電容值的相對誤差要非常小，以產(chǎn)生的鋸齒波線性好、幅度大且不平頂為宜。Ca、Cb、Cc為電容量的參考值為0.15F。連接在13腳的電容Cx決定輸出

10、脈沖的寬度，Cx越大,脈沖越寬，可得到0度80度范圍的方波，不過脈沖太寬會增大驅(qū)動級的損耗。Cx參考值為3300F0.1F.調(diào)節(jié)RP可以使輸入4腳的電壓012V之間連續(xù)變化，從而使輸出脈沖在0-180度之間變化，7-12腳的輸出端有大于25mA的輸出能力,采用6只驅(qū)動管擴展電流，經(jīng)脈沖變壓器隔離后將脈沖接到晶閘管的控制極（g）和陰極(k）之間，以觸發(fā)晶閘管。圖2。1 觸發(fā)電路4）雙閉環(huán)控制電路的工作原理首先是對雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可以根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖來分析,分析穩(wěn)態(tài)工作原理的關(guān)鍵是要了解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般都會存在著兩種狀況:飽和輸出達到限幅值，不飽和輸出未達到限幅

11、值。當調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系,相當于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當調(diào)節(jié)器不飽和時，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總為零。在實際的正常運行時,電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的.因此,只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和,穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。而當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時，ASR輸出達到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響.雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的,ASR的輸出量是由

12、負載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于轉(zhuǎn)速和負載電流。PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分,到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當負載電流達到Idm時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時,電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性比帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。接著是對其起動過程的分析，由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和

13、三種情況,整個動態(tài)過程就分成、三個階段.第階段(電流上升階段)。突加給定電壓后,經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用， UC、Ud0、Id都跟著上升，但是在Id沒有達到負載電流IdL以前,電動機還不能轉(zhuǎn)動。當IdIdL后，電動機開始起動.由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長,因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強迫電樞電流迅速上升。直到電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id的增長,標志著這一階段的結(jié)束。第階段（恒流升速階段）。這是起動過程中的主要階段。在這個階段中,ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流Id恒定,因而系統(tǒng)的加速度恒定,轉(zhuǎn)

14、速呈線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E是一個線性漸增的擾動量，為了克服它,Ud0和UC也必須基本上按線性增長，才能保持Id恒定。第階段（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段）。當轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài),Ui*和Id很快下降.但是，只要Id仍大于負載電流IdL，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到Id =IdL時，轉(zhuǎn)矩Te =TL,則dn/dt =0,轉(zhuǎn)速n才到達峰值。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，當Id IdL時，直到穩(wěn)定。綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個

15、特點：(1)飽和非線性控制（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準時間最優(yōu)控制。最后是對其動態(tài)抗擾性能的分析，對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能.主要是抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能.負載擾動作用在電流環(huán)之后,因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。就靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。但從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不同,存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別。負載擾動能夠比較快地反映到被調(diào)量n上，從而得到調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)電壓擾動的作用電力被調(diào)量稍遠，調(diào)節(jié)作用受到延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抑制電壓擾動的性能要差一點。綜上所述,由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)

16、速以后才能反饋回來，抗擾動性能大有改善。因此,在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。3。設(shè)計計算書3.1 整流裝置的計算（有關(guān)參數(shù)見已知參數(shù)表）1）選擇整流電路的形式：三相全控橋2)確定最小控制角 計算所需整流電源電壓 （31） =134。79 V3)確定變壓器和晶閘管的容量 KVA （32） KVA (33)取最大值 KVA整流元件：額定電壓 V （3-4）并考慮3倍過壓容量，取 990。51 V額定電流：有效值 A （35） 平均值 A （36) A 考慮(1.5-2）的過流裕量，取=16。4 A4） 計算所需平波電抗器的電感量 mH電流連續(xù)時： （37)其

17、中 mH (3-8) mH (39）（ 為整流橋輸出的額定電流）( mH （310）KD:計算系數(shù)，無償補償電機812，取8;p：磁極對數(shù)）即: mH （3-11)電流斷續(xù)時： （3-12) mH （313)(三項全控橋 ）（：給定的允許電流脈沖系數(shù)，三相整流電路中,，取5%）平波電抗器電感 mh (3-14）取平波電抗器電阻 5）計算選擇保護電路（1）晶閘管關(guān)斷過電壓保護根據(jù) A,查下表選擇R，C表3-1 阻容保護電路參數(shù)表晶閘管額定電流（A）1000500200100502010電容(）210.50。250。20。150。1電阻（）2510204080100取R=80 C=0.15 =0。

18、818 W （3-15）（2)交流測過電壓保護阻容吸收電路與變壓器次級接法一致如下： （316）(：每相容量）耐壓： V K (317）取20K(：變壓器激磁電流百分數(shù)，10560KVA的三相變壓器,取為5）A (） (3-18) W （319）（3)直流測過電壓保護選擇根據(jù)標準電壓和通流容量通過查表可得出：V (320）通流容量選擇0.5KA查表得，壓敏電阻型號規(guī)格為MY31-440/0。5。（4） 過電流保護根據(jù)的公式來進行選擇,本設(shè)計中 A所以查表得快速熔斷器型號為RLS-10。（5）電壓上升率、電流上升率 避免晶閘管由于正向電壓上升率過大,而引起的晶閘管誤導(dǎo)通，造成快熔或晶閘管燒壞。通

19、常限制措施是在每一個晶閘管橋臂中串接一個空芯小電感（電感量約為 2030H）本設(shè)計選擇橋臂串空芯電抗 h （3-21）6）選擇觸發(fā)電路主電路變壓器Y/Y-12,同步變壓器Y/Y4或Y/Y-103。2 計算系統(tǒng)中一些環(huán)節(jié)的參數(shù),確定其傳遞函數(shù)1）已知參數(shù)（1) 電動機參數(shù)表表3-2電動機參數(shù)表4.522022.310000.93213.82（2）晶閘管整流電源電源電阻 （三相全控橋 m=6)( ） （3-22) （3-23）(）：變壓器短路電壓比，5%（1000KVA以下）10%）放大倍數(shù) (324）時間常數(shù) s （3-25)2）固有參數(shù)的設(shè)計計算（1）給定電壓最大值 V(2）調(diào)節(jié)器限幅電壓 V

20、 (3-26)（3）參數(shù)計算如下電動機電磁時間常數(shù) （327)(副方電阻，取0。2) mH (328) s （329）電動機電勢常數(shù) Vmin/r (3-30）電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù) Nm/A （3-31）電動機機電常數(shù) s(332）轉(zhuǎn)速慣量 Nms2 （3-33）3)預(yù)選參數(shù)（1） 調(diào)節(jié)器輸入阻抗 R0=20 K （2） 電流反饋系數(shù) V/A （334) （Idm=1.52IN) （3） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) Vmin/r （3-35)（4） 電流反饋濾波時間常數(shù) ms（5） 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) ms(6） 電流給定濾波時間常數(shù) ms（7) 轉(zhuǎn)速給定濾波時間常數(shù) ms3.3雙閉環(huán)系統(tǒng)的參數(shù)計算和系統(tǒng)原理圖

21、的確定1）電流環(huán)的計算：將電流環(huán)簡化成典型型系統(tǒng)，求出（1）簡化系統(tǒng)略去反電勢E=對電流的影響;合并小慣性環(huán)節(jié)，包括晶閘管延遲和反饋濾波環(huán)節(jié)三相橋式電路的平均失控時間：=0.00167 s (3-36） （12）=3。3 ms 即取電流濾波時間常數(shù)=0.002 s電流環(huán)小時間常數(shù)之和=0。00167+0.002=0.00367 s (337） （2）求出固有部分的傳遞函數(shù)，畫出簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖固有部分的傳遞函數(shù): (338）簡化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖： 圖31 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖檢查對電源電壓的抗擾性能： （3-39） （）參照下表，各項指標都是可以接受的表33電源電壓抗擾性能表55。533。218。

22、512.9/T2.83。43.84.0/T14。721。728。730.4(3）根據(jù)典型型系統(tǒng)的校正項目和幅頻特性，電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) （340)（4）取 s，校正得到圖圖3-2 電流環(huán)結(jié)構(gòu)校正圖(5)要求，取=0。5， s-1 ()（3-41) （342）（6） s-1 (3-43)（7)校驗近似條件電流環(huán)截止頻率： s1 （3-44)a. 警惕管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件 199.6滿足近似條件 (3-45）b. 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： （3-46)滿足近似條件 c. 電流環(huán)小間常時數(shù)近似處理條件： （3-47)滿足近似條件(8）求出電流調(diào)節(jié)器元件參數(shù)，,取122 (3

23、-48)取 (349） (3-50)取）速度環(huán)的計算：將速度環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，求得，(1）確定時間常數(shù)a。電流環(huán)等效時間常數(shù) s (3-51）b.轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) sc.轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)s (3-52）(2）電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù),降階近似為，電流環(huán)在速度環(huán)中等效為 (3-53)（3）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 (354)（4）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5則ASR的超前時間常數(shù) s (3-55）（5)由典型型系統(tǒng)得,開環(huán)增益 kN=h+12h2Tn2=5+12520.017342=399.1 s-2 (3-56）可以得到ASR的比例系數(shù)

24、 kn=（h+1）CeTm/2hRTn= 5+10.300.1990.0418250.011.5510.01734=5.57 (3-57)(6)檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截至頻率 wcn=kNw1=kNn=399.10.0867=34.6 s-2 （3-58)a. 電流環(huán)傳遞簡化條件13k1Ti=13136.240.00367 = 62.44 s-1wcn （3-59） 滿足簡化條件b. 轉(zhuǎn)速換小時間長速近似處理條件13KITon=13136.240.01=38.91 s-1wcn （3-60) 滿足近似條件(7)計算確定速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)Cn，Rn，C0nRn=knR0=5.5720103=111.4

25、 k 取120 k （3-61）Cn=nRn= 0.0867(100103)=0.867 f 取 1 f (3-62） COn=4TonR0=40.0120103=2 f 取 2 f （363)3。4 系統(tǒng)性能指標的校核計算1靜態(tài)性能指標的計算校核典型型系統(tǒng)給定階躍輸入： （364）ess=0典型型系統(tǒng)給定階躍輸入： (365）esr=0擾動階躍輸入: （366)ess=esr+esn=0（2)跟隨性能指標的計算校核A電流環(huán)可以達到動態(tài)跟隨性能指標為：=4.3%5% （3-67） 電流環(huán)上升時間:tr=4.7T=0.0172 s （368） 電流環(huán)調(diào)整時間：ts=6T=0.022 s (3-6

26、9）c. 空載啟動到額定轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量n%,在飽和非線性下.以ASR“退飽和超調(diào)”符合系統(tǒng)實際。M=cmaxcbnbn=2cmaxcb-znNnTnTm =281.2%1.7-00.0630.017340.0418=0.072210% （370)符合設(shè)計指標(：電機過載倍數(shù) 1.52 取1.7 倍，z：理想空載啟動時，z=0，cmaxcb轉(zhuǎn)速環(huán)上升時間： （371）轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)整時間: (372）3） 抗擾動性能指標的計算校核 (1）負載變化20額定負載時 r/min （ ） （3-73） r/min （3-74） （375）驗算:恢復(fù)時間: s (376）（2）電網(wǎng)電壓波動10額定值時 (a)

27、電流環(huán)（典） r/min （377） （ ） A （3-78) (） （3-79） 驗算： s （3-80) （b）速度環(huán)（典） r/min （381） ( ） r/min （382）驗算： 10 符合設(shè)計指標 s （383）4。參考資料1 陳伯時主編，電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)，北京：機械工業(yè)出版社，第3版，2010。2 馬國偉、葉平主編,無刷直流電動機的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計,機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng),新.2004。3 王果、朱大鵬主編，直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法仿真,電機技術(shù)，2005。4 張傳偉、郭衛(wèi)主編，直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真研究，機床與液壓，2005.5 王兆安、黃俊主編，

28、電力電子技術(shù)，第4版，北京：機械工業(yè)出版社，2000。6 孟慶春主編,電力拖動自動控制系統(tǒng)，沈陽：東北大學(xué)出版社，2005年12月。7 李榮生主編，電器傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo),北京：機械工業(yè)出版社，2000.8 爾桂花、竇日軒主編，運動控制系統(tǒng)，北京:清華大學(xué)出版社，2005.9 李發(fā)海、王巖主編，電機拖動基礎(chǔ)，第3版，北京:清華大學(xué)出版社，2005年8月.10 楊蔭福、段善旭、朝澤云主編，電力電子裝置及系統(tǒng)，北京：清華大學(xué)出版社，2006.11 阮毅、陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第4版,機械工業(yè)出版社.12 阮毅、陳維鈞，運動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社.13 王兆安、劉進軍，電力電子

29、技術(shù)第5版，機械工業(yè)出版社。14 洪乃剛,電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，機械工業(yè)出版社。15 王華強。直流電機調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計方法的探討。荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報。5。附圖與附表5.1系統(tǒng)基本原理圖圖51 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理5.2靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖5-2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)5.3動態(tài)結(jié)構(gòu)圖和相應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)表圖53 圖動態(tài)結(jié)構(gòu)圖5。4典I典II的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖圖5-4 典I的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖圖55 典II的開環(huán)對數(shù)輻頻特性圖5.5系統(tǒng)參數(shù)表1)已知參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值電源電阻Rs(）0。561副方電阻RB（）0。2放大倍數(shù)Ks40時間常數(shù)Ts(s）0。00167=0

30、室整流電壓與次級電壓比A2。34實際電壓與理想空載電壓比B0.93電壓波動系數(shù)E0.9輸出最低頻率分量的頻率值fd3002）固有參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值給定電壓最大值U*nm（V)10調(diào)節(jié)器限幅電壓Unm（V)10電動機電磁時間常數(shù)Tl（s）0。048電樞回路總電阻R（）2。751總電感L（mH）130.83電動機電勢常數(shù)Ce（Vmin/r）0。196電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)Cm（Nm/A)1.87電動機機電時間常數(shù)Tm（s)0.034轉(zhuǎn)速慣量J（Nms）0。004533）預(yù)選參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值調(diào)節(jié)器輸入阻抗R0（K)20電流反饋系數(shù)（V/A）0.52轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（Vmin/r)0。01電流反饋濾波時間常數(shù)T

31、（ms)2轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)T(ms）10電流給定反饋濾波時間常數(shù)T(ms）2轉(zhuǎn)速給定濾波時間常數(shù)T（ms）104）直流電動機參數(shù)表PN(KW）UN（V）IN（A）NN(r/min)Ra（）LD（mH）GD（Nm）32201715001.46201。1422022。315000。82151.45。522030.315000.64113。27。522040.815000。39883.822.222012。810001.89371.7322017。210001.72283。24。522022.310000。93213.825.522030.310000。76165。257。522041。3100

32、00。49127.05）整流裝置參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值變壓器副方電壓U2（V）134。79變壓器容量S2（KVA）4.22晶閘管額定UTn（V）330.17晶閘管額定電流有效值IVT(A）7.39晶閘管額定電流平均值 IvTAT（A）9。4平波電抗器電感 Ld(mH)91.94平電抗器電阻 R()0。1電壓上升率和電流上升率 Ls(H)206）調(diào)節(jié)器參數(shù)表參數(shù)名稱數(shù)值電流環(huán)小時間常數(shù) Ti(s)0。00367電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù) i(s)0。048電流環(huán)開環(huán)增益 kI(s-1)136。24電流環(huán)的比例系數(shù) ki0。856電流環(huán)截止頻率 wci(s-1)136。24電流調(diào)節(jié)器電阻 R (K)18電

33、流調(diào)節(jié)器電容 Ci(F)3轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) T0n0。01轉(zhuǎn)速換小時間常數(shù) Tn(s)0.01734轉(zhuǎn)速換的超前時間常數(shù) n(s)0.0867轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 kn(s-2)399.1轉(zhuǎn)速環(huán)的比例系數(shù) kn4.36轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率 wcn(k)34。6轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻 Rn(k)100轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電容 Cn(F)17)性能指標參數(shù)參數(shù)表數(shù)值典型型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)靜差ess0典型型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)靜差ess0電流環(huán)超調(diào)量i(%)4.3%電流環(huán)上升時間tr(s)0.0172電流環(huán)調(diào)節(jié)時間ts(s)0。022轉(zhuǎn)速環(huán)超調(diào)量n(%)8。87轉(zhuǎn)速環(huán)上升時間tr(s)0.0494轉(zhuǎn)速環(huán)調(diào)節(jié)時間ts(s)0。1656負載變化20額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)cbII(r/min)36。65負載變化20%額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)i%2。976負載變化20%額定負載時轉(zhuǎn)速環(huán)恢復(fù)時間tvs0.153電網(wǎng)電壓波動10%額定值時電流環(huán)CBI(r/min)4電網(wǎng)電壓波動10%額定值時電流環(huán)i%10.4電網(wǎng)電壓波動10額定值時電流環(huán)恢復(fù)時間tv(s)0。0796電網(wǎng)電壓波動10額定值時轉(zhuǎn)速環(huán)cbII(r/min)46.5電網(wǎng)電壓波動10%額定值時轉(zhuǎn)速環(huán)n%3.78%電網(wǎng)電壓波動10%額定值時轉(zhuǎn)速環(huán)恢復(fù)時間tv(s)0。1535.6元器件明細表序號文字符號名