轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的課程設(shè)計(MATLABSimulink)

1、.電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計電氣工程及其自動化專業(yè)任務(wù)書1.設(shè)計題目轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計2.設(shè)計任務(wù)某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)為：直流電動機：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=0.04,電樞電路總電阻R=0.0825,電樞電路總電感L=3.0mH,電流贊同過載倍數(shù)=1.5，折算到電動機飛輪慣量22GD=20Nm。晶閘管整流裝置放大倍數(shù)Ks=40，滯后時間常數(shù)Ts=0.0017s電流反響系數(shù)=0.274V/A(10V/1.5IN)轉(zhuǎn)速反響系數(shù)=0.0158Vmin/r(10V/nN)濾波時間常數(shù)取Toi=0.0

2、02s，Ton=0.01s=15V；調(diào)治器輸入電阻Ra=40k3.設(shè)計要求(1)穩(wěn)態(tài)指標(biāo):無靜差(2)動向指標(biāo):電流超調(diào)量5%；采用轉(zhuǎn)速微分負(fù)反響使轉(zhuǎn)速超調(diào)量等于0。Word資料.目錄III4第一章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理.41.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹.41.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成.51.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特點.61.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向數(shù)學(xué)模型.7起動過程解析.8第二章調(diào)治器的工程設(shè)計.102.1調(diào)治器的設(shè)計原則.102.2型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較.102.3電流調(diào)治器的設(shè)計.11結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇.11時間常數(shù)的計

3、算.13選擇電流調(diào)治器的結(jié)構(gòu).13計算電流調(diào)治器的參數(shù).13校驗近似條件.14計算調(diào)治器的電阻和電容.152.4轉(zhuǎn)速調(diào)治器的設(shè)計.15轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡.15確準(zhǔn)時間常數(shù).16選擇轉(zhuǎn)速調(diào)治器結(jié)構(gòu).17計算轉(zhuǎn)速調(diào)治器參數(shù).17檢驗近似條件.17計算調(diào)治器電阻和電容.18第三章Simulink仿真.193.1電流環(huán)的仿真設(shè)計.19Word資料.3.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計193.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計21第四章設(shè)計心得23參照文件23Word資料=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=前言好多生產(chǎn)機械要求在必然的范圍內(nèi)進行速度的圓滑調(diào)治，而且要求擁有優(yōu)異的穩(wěn)態(tài)、動向性能。而直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍

4、廣、靜差率小、牢固性好以及擁有優(yōu)異的動向性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時期內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是直流調(diào)速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應(yīng)用特別寬泛的電力傳動系統(tǒng)。它擁有動向響應(yīng)快、抗攪亂能力強等優(yōu)點。我們知道反響閉環(huán)控制系統(tǒng)擁有優(yōu)異的抗擾性能，它對于被反響環(huán)的前向通道上的所有擾動作用都能有效的加以控制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反響和PI調(diào)治器的單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)能夠再保證系統(tǒng)牢固的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但若是對系統(tǒng)的動向性能要求較高，比方要求起制動、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。這主若是由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能夠完滿依照需要來控制動向過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)

5、系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反響環(huán)節(jié)是特地用來控制電流的。但它可是在高出臨界電流值今后，強烈的負(fù)反響作用限制電流的沖擊，其實不能夠很理想的控制電流的動向波形。在實質(zhì)工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的贊同過載能力，最好是在過分過程中向來保持電流（轉(zhuǎn)矩）為贊同最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達(dá)牢固轉(zhuǎn)速后，又讓電流馬上降下來，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)速是線性增加的。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的啟動過程。隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的獲得寬泛應(yīng)用，對其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)質(zhì)量

6、量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產(chǎn)機械能夠?qū)崿F(xiàn)制動調(diào)速，所以我們就要對這樣的自動調(diào)速系統(tǒng)作一些深入的認(rèn)識和研究。本次設(shè)計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不能逆直流調(diào)速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管組成，控制回路主要由檢測電路，驅(qū)動電路組成，檢測電路又包括轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測等部分。第一章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的介紹雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用寬泛，經(jīng)濟，合用的電力傳動系統(tǒng)。它擁有動向響應(yīng)快、抗攪亂能力強的優(yōu)點。我們知道反響閉環(huán)控制系統(tǒng)擁有優(yōu)異的抗擾性能，它對于被反響環(huán)的前向通道上的所有擾動作用都能有效的加以控制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反響和PI調(diào)治器

7、的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠在保證系統(tǒng)牢固的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但若是對系統(tǒng)的動向性能要求較高，比方要求起制動、突加負(fù)載動向速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主若是由于在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能夠完滿依照需要來控制動向過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)是特地用來控制電流的。但它可是在高出臨界電流Idcr值今后，靠強烈的負(fù)反響作用限制電流的沖擊，其實不能夠很理想的控制電流的動向波形。帶-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=電流截止負(fù)反響的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖1-（a）所示。當(dāng)電流從最大值降低下來今后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減小，所以加速過程必然拖

8、長。IdnIdnIdmIdmIdcrnnIdLIdLOtOt(a)(b)(a)帶電流截止負(fù)反響的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程(b)理想迅速起動過程圖1調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形在實質(zhì)工作中，我們希望在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的贊同過載能力，最好是在過渡過程中向來保持電流（轉(zhuǎn)矩）為贊同最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)牢固轉(zhuǎn)速后，又讓電流馬上降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形如圖1-（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增加的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。實質(zhì)上，由于主

9、電路電感的作用，電流不能夠突跳，為了實現(xiàn)在贊同條件下最快啟動，要點是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程，依照反響控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反響就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反響就能獲得近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反響，而不能夠讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反響同時加到一個調(diào)治器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反響，不再靠電流負(fù)反響發(fā)揮主作用，所以我們采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反響作用又能使它們作用在不同樣的階段。1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反響分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)治器，分別調(diào)治轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間

10、實行串級連接，如圖2所示，即把轉(zhuǎn)速調(diào)治器的輸出看作電流調(diào)治器的輸入，再用電流調(diào)治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)治環(huán)在里面，叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(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)。該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)治器ASR和ACR一般都采用PI調(diào)治器。由于PI調(diào)治器作為校正裝置既能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時獲得無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的牢固性；作為控制器時又能兼顧迅速響應(yīng)和除掉靜差兩方面的要求。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，采用PI調(diào)治器便能保證系統(tǒng)獲得優(yōu)異的靜態(tài)和動向性能。-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=圖2轉(zhuǎn)

11、速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)*、U轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反響電壓；*、U電流給定電壓和電流反響電壓；ASR圖中UUnnii轉(zhuǎn)速調(diào)治器；ACR電流調(diào)治器；TG測速發(fā)電機；TA電流互感器；UPE電力電子變換器1.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特點IdRU*nASRU*iUiACRUctUPEd+-Ud0+-IRn+KsE1/CeUn圖3：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，解析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特點的要點是掌握PI調(diào)治器的穩(wěn)態(tài)特點。一般存在兩種情況：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)治器飽和時，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)治環(huán)開環(huán)。

12、當(dāng)調(diào)治器不飽和時，PI作用使輸入誤差電壓U在穩(wěn)太時總是為零。實質(zhì)上，在正常運行時，電流調(diào)治器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。所以，對靜特點來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)治器飽和與不飽和兩種情況。1轉(zhuǎn)速調(diào)治器不飽和這時，兩個調(diào)治器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入誤差電壓都是零，所以，Un*=Un=n=n0（1-1）Ui*=Ui=Id（1-2）-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=Un*由式（1-1）可得：n=n0從而獲得靜特點曲線的CA段。與此同時，由于ASR不飽和，Ui*Uim*IdIdm，這可知就是說，CA段特點從理想空載狀態(tài)的Id=0素來連續(xù)到Id=Idm。而Idm，一般都是大于額定電流Idn

13、的。這就是靜特點的運行段，它是一條水平的特點。2轉(zhuǎn)速調(diào)治器飽和Uim*這時，ASR輸出達(dá)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)變成了一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)治系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時：Uim*Id=Idm（1-3）其中，最大電流Idm取決于電動機的贊同過載能力和拖動系統(tǒng)贊同的最大加速度，由上式可得靜特點的AB段，它是一條垂直的特點。這樣是下垂特點只適合于nn0的情況，由于若是nn0，則UnUn*，ASR將退出飽和狀態(tài)。圖4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特點曲線1.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式依舊是以傳達(dá)函數(shù)或零極

14、點模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動向結(jié)構(gòu)圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)治器的傳達(dá)函數(shù)。為了引出電流反響，在電動機的動向結(jié)構(gòu)框圖中必定把電樞電流Id展現(xiàn)出來。-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=U*iId-IU*ndLW(s)W(s)Ks-1/RRn+ASRACRl+Tssm-UctTs+1Ud0EUnUi圖5：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動向結(jié)構(gòu)框圖起動過程解析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓Ugn由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速調(diào)治器輸出電壓Ugi、電流調(diào)治器輸出電壓Uk、可控整流器輸出電壓Ud、電動機電樞電流Ia和轉(zhuǎn)速n

15、的動向響應(yīng)波形過程如圖28所示。由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)治器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動向過程就分成、三個階段。圖6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第一階段是電流上升階段。當(dāng)突加給定電壓Ugn時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=來不及轉(zhuǎn)動（n=0），轉(zhuǎn)速負(fù)反響電壓Ufn0，這時，UnUgnUfn很大，使ASR的輸出突增為Ugio，ACR的輸出為Uko，可控整流器的輸出為Udo，使電樞電流Ia迅速增加。當(dāng)增加到IaIL（負(fù)載電流）時，電動機開始轉(zhuǎn)動，今后轉(zhuǎn)速調(diào)治器ASR的輸出很快達(dá)到限幅值Ugim，從而使

16、電樞電流達(dá)到所對應(yīng)的最大值Iam（在這過程中Uk,Ud的下降是由于電流負(fù)反響所引起的），到這時電流負(fù)反響電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即UgimUfiIam（1-3）式中，電流反響系數(shù)。速度調(diào)治器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值Iam開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR素來是飽和的，轉(zhuǎn)速負(fù)反響不起調(diào)治作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)治。由于電流Ia保持恒定值Iam，即系統(tǒng)的加速度dn/dt為恒值，所以轉(zhuǎn)速n按線性規(guī)律上升，由UdIamRCen知，Ud也線性增加，這就要求Uk也要線性增加，故

17、在啟動過程中電流調(diào)治器是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)治階段。轉(zhuǎn)速調(diào)治器在這個階段中起作用。開始時轉(zhuǎn)速已經(jīng)上升到給定值，ASR的給定電壓Ugn與轉(zhuǎn)速負(fù)反響電壓Ufn相平衡，輸入誤差Un等于零。但其輸出卻由于積分作用還保持在限幅值Ugim，所以電動機仍在以最大電流Iam下加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。超調(diào)后，Ufn0,Un0，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）Ugi才從限幅值降下來，Uk與Ud也隨之降了下來，但是，由于Ia仍大于負(fù)載電流IL，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍連續(xù)上升。到IaIL時，電動機才開始在負(fù)載的阻力下減速，知道牢固（若是系統(tǒng)的動向質(zhì)量不夠好，可

18、能振蕩幾次今后才牢固）。在這個階段中ASR與ACR同時發(fā)揮作用，由于轉(zhuǎn)速調(diào)治器在外環(huán)，ASR處于主導(dǎo)地位，而ACR的作用則力求使Ia趕忙地隨從Ugi的變化。ASR輸出穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速等于給定值ng，電樞電流Ia等于負(fù)載電流IL，ASR和ACR的輸入誤差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為UgiUfiIL（1-4）ACR的輸出電壓為UkCengILRKs（1-5）由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內(nèi)，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=環(huán)相當(dāng)于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)治，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。

19、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)，只有在超調(diào)后，轉(zhuǎn)速調(diào)治器才能退出飽和，使在牢固運行時ASR發(fā)揮調(diào)治作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和湊近穩(wěn)態(tài)運行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)擁有優(yōu)異的靜態(tài)和動向質(zhì)量。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完滿不同樣的兩種狀態(tài)，在不同樣情況下表現(xiàn)為不同樣結(jié)構(gòu)的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來解析，不能夠簡單的用線形控制理論來抽象的設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)。2）轉(zhuǎn)速超調(diào)：當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)治器ASR采用PI調(diào)治器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是贊同的，對于完滿不同樣意超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來控制超

20、調(diào)。3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：在設(shè)備贊同條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機贊同過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在起動過程、兩個階段中電流不能夠突變，實質(zhì)起動過程與理想啟動過程對照還有一些差距，但是這兩段時間只占所有起動時間中很小的成分，無傷全局，可稱作“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”。采用飽和非線性控制的方法實現(xiàn)準(zhǔn)時間最優(yōu)控制是一種很有合用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制中獲得寬泛應(yīng)用。第二章調(diào)治器的工程設(shè)計2.1調(diào)治器的設(shè)計原則為了保證轉(zhuǎn)速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速變化率反響和電流反響的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：1。保證轉(zhuǎn)速在設(shè)定后趕忙達(dá)到穩(wěn)速

21、狀態(tài)；2。保證最優(yōu)的穩(wěn)準(zhǔn)時間；3。減小轉(zhuǎn)速超調(diào)量。為認(rèn)識決上述問題，就必定對轉(zhuǎn)速、電流兩個調(diào)治器的進行優(yōu)化設(shè)計，以滿足系統(tǒng)的需要。建立調(diào)治器工程設(shè)計方法所依照的原則是：看法清楚、易懂；計算公式簡短、好記；不但給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡短的計算公式；合用于各種能夠簡化成典型系統(tǒng)的反響控制系統(tǒng)。直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)治器參數(shù)的工程設(shè)計包括確定典型系統(tǒng)、選擇調(diào)治器種類、計算調(diào)治器參數(shù)、計算調(diào)治器電路參數(shù)、校驗等內(nèi)容。在選擇調(diào)治器結(jié)構(gòu)時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標(biāo)的關(guān)系都已早先找到，詳盡選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算一下就

22、可以了，這樣就使設(shè)計方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量。2.2型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較好多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳達(dá)函數(shù)可表示為：-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=mKjs1Wsj1nsrTjs1i1依照W(s)中積分環(huán)節(jié)個數(shù)的不同樣，將該控制系統(tǒng)稱為0型、型、型系統(tǒng)。自動控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時是有差的，而型及型以上的系統(tǒng)很難牢固。所以，平時為了保證牢固性和必然的穩(wěn)態(tài)精度，多用型、型系統(tǒng)，典型的型、型系統(tǒng)其開環(huán)傳達(dá)函數(shù)為K（2-1）W(s)1)s(TsK(s1)（2-2）W(s)1)s2(Ts一般說來典型型系統(tǒng)在動向隨從性能上能夠做到超調(diào)小，但抗憂性能差；而典型型系統(tǒng)

23、的超調(diào)量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。基于此，在轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個重要作用是保持電樞電流在動向過程中不高出贊同值，即能否控制超調(diào)是設(shè)計電流環(huán)第一要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設(shè)計為型系統(tǒng)，電流調(diào)治的設(shè)計應(yīng)以此為限制條件。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉(zhuǎn)速環(huán)平時設(shè)計為型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時間常數(shù)Ts和電流濾波時間常數(shù)Toi一般都比電樞回路電磁Tl小好多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取Ti=Ts+Toi。這樣，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似辦理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設(shè)計成典型型系統(tǒng)，同理，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似辦理后，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控

24、對象形如式(2-1)。如前所述，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計成型系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)治器也就設(shè)計成PI型調(diào)治器，以下式所示:W(s)K(s1)（2-3）s2.3電流調(diào)治器的設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇在按動向性能設(shè)計電流環(huán)時，能夠暫不考慮反電動勢變化的動向影響，即E0。這時，電流環(huán)如圖7所示。-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=*1+Uc(s)Ud0(s)1/RId(s)Ui(s)KsT0is+1ACRTs+1Tls+1-sUi(s)T0is+1圖7電流環(huán)的動向結(jié)構(gòu)框圖及其化簡忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是：1ci3TmTl式中ci-電流環(huán)開環(huán)頻率特點的截止頻率。若是把給定濾波和

25、反響濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s)/，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反響系統(tǒng)。U*i(s)Uc(s)Ks/RId(s)+-T0is+1ACR(Tss+1)(Tls+1)圖8等效成單位負(fù)反響系統(tǒng)最后，由于Ts和T0i一般都比Tl小得多，能夠看作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為Ti=Ts+Toi則電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最后簡化成圖8U*i(s)Uc(s)Ks/RId(s)+-ACR(Tls+1)(Tis+1)圖8小慣性環(huán)節(jié)的近似辦理圖2-23c-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=時間常數(shù)的計算1、直流電機參數(shù)2、整流裝置滯后時間常數(shù)Ts=0.0

26、017s。3、電流濾波時間常數(shù)Toi=0.002s。4、電流環(huán)小時間常數(shù)之和T=Ts+Toi=0。0017s+0。002s=0.0037s5、電樞回路電磁時間常數(shù)TlL0.003R0.03640.08256、電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)GD2R1292.7*0.0825Tm375CCm300.1485e375*0.4478*0.4478*選擇電流調(diào)治器的結(jié)構(gòu)要求電流無靜差，實質(zhì)系統(tǒng)不同樣意電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動向過程中不高出贊同值，而對電網(wǎng)電壓顛簸的及時抗擾作用可是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以隨從性能為主，應(yīng)采用典型I型系統(tǒng)。電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型

27、I型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)治器，其傳達(dá)函數(shù)能夠?qū)懗蒏i(is1)WACR(s)is（2-5）式中i電流調(diào)治器的比率系數(shù)；K電流調(diào)治器的超前時間常數(shù)。Tl0.0364檢查對電源電壓的抗擾性能：9.84，參照典型型系統(tǒng)動向抗擾性能Ti0.0037指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表格，能夠看出各項指標(biāo)都是能夠接受的。計算電流調(diào)治器的參數(shù)電流調(diào)治器超前時間常數(shù)：i=Tl=0.07s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求i5%時，應(yīng)取KITi=0.5，所以-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=KI0.50.5135.1s1Ti0.0037于是，ACR的比率系數(shù)為：KiKIiR135.10.03640.0

28、825Ks0.3702400.0274校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：-1；ci=K=135.1sI晶閘管整流裝置傳達(dá)函數(shù)的近似條件：11196.11滿足近似條件3Ts30.0017ss忽略反電動勢變化對電流環(huán)動向影響的條件：13140.80430.0364滿足近似條件TmTl0.1485電流環(huán)小時間常數(shù)近似辦理條件：1113TsToi180.8滿足近似條件-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=計算調(diào)治器的電阻和電容圖9PI型電路調(diào)治器的組成按所用運算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為：RiKiR00.37024014.82取15kkkCii0.0364F2.4F取2.

29、4FRi15103Coi4Toi40.002F0.2F取0.2FR0403102.4轉(zhuǎn)速調(diào)治器的設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，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*Ui(s),所以電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為1Id(s)Wcli(s)Ui*(s)1s1KI-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動向結(jié)構(gòu)圖便如圖10所示和電流環(huán)同樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反響濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成*n()/，Us再把時間常數(shù)為1/KI和T0n的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，

30、其中Tn1TonKIIdL(s)U*n(s1U*n(s1Id(s)Rn+1)ASR)s1-(s)T0ns+1KI+CeTms-Un(s)T0ns+1圖10用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動向結(jié)構(gòu)圖最后轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡圖為圖11圖11等效成單位負(fù)反響系統(tǒng)和小慣性的近似辦理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖確準(zhǔn)時間常數(shù)1、電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知KITi=0.5，則12TiKI2、轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton。依照已知條件可知Ton=0.01s3、轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)Tn。按小時間常數(shù)近似辦理，取Tn1TonKI-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=選擇轉(zhuǎn)速調(diào)治器結(jié)構(gòu)為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，

31、在負(fù)載擾動作用點前面必定有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包括在轉(zhuǎn)速調(diào)治器ASR中，現(xiàn)在在擾動作用點后邊已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，所以轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳達(dá)函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動向抗擾性能好的要求。因此可知，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)治器，其傳達(dá)函數(shù)為Kn(ns1)WASR(s)ns式中Kn轉(zhuǎn)速調(diào)治器的比率系數(shù)；n轉(zhuǎn)速調(diào)治器的超前時間常數(shù)。計算轉(zhuǎn)速調(diào)治器參數(shù)按跟平易抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：hTn轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為：KNh12526396.4s22h2T2n0.01742ASR的比率系數(shù)為：Kn(h1)CeTm60.2740.44780.1

32、4852hRTn250.01580.082548.20.0174檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為cnKNKNn11電流環(huán)傳達(dá)函數(shù)簡化條件為1KI1135.163.7s1滿足近似條件3Ti30.0037-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=2)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似辦理條件為1KI1135.138.7s1滿足近似條件3Ton30.01計算調(diào)治器電阻和電容圖12PI型轉(zhuǎn)速調(diào)治器的組成取R0=40k，則nn048.2401928取1928；RKRkkkCnn0.087F0.0451F取0.045F；Rn1928103Con440.01F1F取1FTonR040103當(dāng)h=5時，盤問

33、典型型系統(tǒng)階躍輸入隨從性能指標(biāo)的表格能夠看出足設(shè)計要求，需要增加微分負(fù)反響：37.6%，不能夠滿dn4h2Tn452sh151Cdn0.0638F1.6F取1.6FdnR040103-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=Ton0.01取6.25kRdn6.25kCdn1.6F第三章Simulink仿真3.1電流環(huán)的仿真設(shè)計校正后電流環(huán)的動向結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關(guān)計算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，以以下圖：圖13電流環(huán)的仿真模型圖14電流環(huán)的仿真結(jié)果3.2轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設(shè)計校正后電流環(huán)的動向結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關(guān)計算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，以以下圖：-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=圖15轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型圖16轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計-完滿版學(xué)習(xí)資料分享-=WORD完滿版-可編寫-專業(yè)資料分享=圖18雙閉環(huán)的仿真結(jié)果-完