雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)試系統(tǒng)設(shè)計

雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計一、設(shè)計目的1、通過對實際綜合實驗的培養(yǎng)，加強資料收集整理能力、自習(xí)能力；、熟悉相關(guān)實驗裝置；、加深對運動控制系統(tǒng)課程的認(rèn)識理解，培養(yǎng)良好的專業(yè)理論水平和實際設(shè)計能力；、了解雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，組成以及各單元模塊的作用。二、設(shè)計要求1、靜差率s1%；2、過渡過程較為平穩(wěn)；三、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)（簡稱雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）是由單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差，且采用電流截止負(fù)反饋作限流保護(hù)可以限制啟（制）動時的最大電流。但是，單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在以下問題需要解決。1、在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。在采用電流截止負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，一個調(diào)節(jié)器需完成兩種調(diào)節(jié)任務(wù)：正常負(fù)載時是實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，過載時進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。一般而言，在這種情況下，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時具有良好的動態(tài)品質(zhì)。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的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，即最佳過渡過程。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)限制了最大電流，但它并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。系統(tǒng)啟動時，電流達(dá)到最大值后會隨著轉(zhuǎn)速的上升，反電勢的增加而迅速下降。這樣，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩也迅速下降，從而使啟動加速

過程變慢，其啟動電流及轉(zhuǎn)速波形見圖1左圖所示，而有些調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如龍門刨床、軋鋼機等經(jīng)常處于正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)，為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短過渡過程的時間因此，希望能充分利用電動機所允許的過載能力，在啟動過程中保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值不變，以使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，轉(zhuǎn)速直線上升，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，盡快使電流下降為穩(wěn)態(tài)值，并轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想啟動過程波形示于圖1右圖中，這就是調(diào)速系統(tǒng)在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制的條件下的最佳啟動過程。圖1直流電動機啟動的過渡過程實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖1右圖所示理想波形不能實現(xiàn)，只能盡量逼近。為了獲得近似理想地過渡過程，并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助調(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)。1、晶閘管整流器及其保護(hù)電路如下圖所示，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓U來移動觸發(fā)脈沖的相位，改c變可控整流器平均輸出直流電壓U，從而實現(xiàn)直流電動機的平滑調(diào)速。晶閘管可控d整流器的功率放大倍速在104以上，門極電流可以直接用電子控制；響應(yīng)時間是毫秒級，具有快速的控制作用。GToUcUdM系統(tǒng)原理圖GToUcUdM系統(tǒng)原理圖在理想情況下，U和U之間呈線性關(guān)系：cdU=KUdsc式中：U平均整流電壓；dU控制電壓；cK晶閘管整流器放大系數(shù)。s實際整流電路圖如下，還要考慮晶閘管的保護(hù)問題。由于晶閘管具有辦半導(dǎo)體器件共有的弱點，承受過電壓和過電流的能力差，短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。為了晶閘管裝置能長期可靠運行，除了選擇元件外，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。這里主要用到過電壓保護(hù)和du/dt限制。在保護(hù)電路中，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，所以可以有效地抑制尖峰過電壓。串電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。2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR與電流調(diào)節(jié)器ACR在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要

控制電流是系統(tǒng)在充分利用電動機過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，其關(guān)鍵是

處理好轉(zhuǎn)速控制與電流控制之間的關(guān)系，就是將二者分開，用轉(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)節(jié)電流。ASR與ACR之間實現(xiàn)串級連接，即以ASR的

輸出電壓U作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號，再用ACR的輸出電壓U作為晶閘管

ic觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的機構(gòu)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、輸出限幅電路的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速與電流采用負(fù)反饋閉環(huán)。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定在雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓U是電流ACR的電流給定信號，i其限幅值U為最大電流給定值，因此，ASR的限幅值完全取決于電動機所允許的im過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。而ACR的輸出電壓限幅值U，表示對最小cma角的限制，也表示對晶閘管整流輸出電壓的限制。調(diào)節(jié)器輸出限幅值的計算與整定是系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試工作中很重要的一環(huán)。在具體分析一下系統(tǒng)時必須注意調(diào)節(jié)器輸出限幅值所代表的具體物理意義及其計算和整定方法。3、調(diào)節(jié)器鎖零為使調(diào)速系統(tǒng)消除靜差，并改善系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，在系統(tǒng)中引入PI調(diào)節(jié)器作為較正環(huán)節(jié)。由于PI調(diào)節(jié)器的積分作用，在調(diào)速系統(tǒng)停車期間，調(diào)節(jié)器會因輸入干擾信號的作用呈現(xiàn)出較大的輸出信號，而使電動機爬行，這在控制上是不允許的，因此對調(diào)速系統(tǒng)中具有積分作用的調(diào)節(jié)器，在沒有給出電動機啟動指令之前，必須將它的“鎖”到零電位上，簡稱為調(diào)節(jié)器鎖零。系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器鎖零是由零速電路來實現(xiàn)的，并且系統(tǒng)對調(diào)節(jié)器鎖零電位有如下具體要求：系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時，調(diào)節(jié)器必須鎖零；系統(tǒng)接到啟動指令或正常運行時，調(diào)節(jié)器鎖零立即解除并正常工作。根據(jù)上述要求，鎖零電路只需兩個信號來控制調(diào)節(jié)器“鎖零”與“開放”兩個狀態(tài)。停車時：U=U=0，調(diào)節(jié)器鎖零，無輸出信號。nfm啟動時：U豐0，U=0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處正常工作狀態(tài)。nfn穩(wěn)態(tài)運行時：U=U工0,調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。nfn制動停車時：Un=0，U豐0，調(diào)節(jié)器鎖零解除，并處于正常工作狀態(tài)。fn四、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計算⑴穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，兩個調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U決定了電流給定的最大值，電流調(diào)im節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U，圖4中cmdm用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出達(dá)到限幅值，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(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓AU在穩(wěn)態(tài)時為零。為了實現(xiàn)電流的實時控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和狀態(tài)，因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。圖4、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖I、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，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。因此U*=U二an二annn0U*二U=01iid式中a,卩分別為轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個關(guān)系式可得U*n=n=na0從而得到圖5所示靜特性的AB段。與此同時，由于ASR不飽和，U*<U「從上述第二個關(guān)系式可知：I<I。這iimddm就是說，AB段靜特性從理想空載狀態(tài)的I二0—直延續(xù)到I二I，而I一般都是大于dddmdm額定電流I的。這就是靜特性的運行段，它是水平的特性。dNII、轉(zhuǎn)速節(jié)器飽和ASR輸出達(dá)到限幅值U*時，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對轉(zhuǎn)速環(huán)不再影響,im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)。穩(wěn)態(tài)時U*I=im=IP(3-2)圖5、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式中，最大電流I是由設(shè)計者選定的，取決于電動機的容許過載能力和系統(tǒng)要求的最dm大加速度。式(3-2)所描述的靜特性是圖5的BC段，它是垂直的特性這樣的下垂特性是適合n<n的情況，因為如果n>n，則U>U*，ASR將退出飽和狀態(tài)。00nn雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于I時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)dm速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到I時，對應(yīng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U*，這dmim時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，起到過電流的自動保護(hù)作用。這就是采用兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。圖5反映了ASR調(diào)節(jié)器退飽和的條件。當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時，I二I，若負(fù)ddm載電流減小，I<I，使轉(zhuǎn)速上升，n>n，An<0，ASR反向積分，從而使ASR調(diào)ddm0節(jié)器退出飽和，又回到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，使系統(tǒng)回到靜特性的AB段。⑵各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算由圖5可以看出，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系：

U*=U=an=anTOC\o"1-5"\h\znn0U*=U=卩1=卩1iiddlUCn+1RCU*/a+1RU=——do=ed——=e——nd——cKKKSss上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*決定的，ASR的輸出量U*ni是由負(fù)載電流I決定的，而控制電壓U的大小則同時取決于n和I，或者說，同時取dlcd決于U*和I。這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點。P調(diào)節(jié)器的輸出量總idl是正比于輸入量的，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其飽和輸出為限幅值，而非飽和輸出的穩(wěn)態(tài)值取決于輸入量的積分，它最終將使控制對象的輸出達(dá)到其給定值，使PI調(diào)節(jié)器的輸入誤差信號為零，否則PI調(diào)節(jié)器仍在繼續(xù)積分，并未達(dá)到穩(wěn)態(tài)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋計算有關(guān)的反饋系數(shù)：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)U*a=nmnmaxU*P=imIdm兩個給定電壓的最大值U*和U*由設(shè)計者選定。nmim五、雙閉環(huán)晶閘不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動態(tài)過程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，圖中W(s)和W(s)分別表示ASRACR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流I顯露出來。daa圖6、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖1、起動過程分析

IIIII在恒定負(fù)載條件下轉(zhuǎn)速變化的過程與電動機電磁轉(zhuǎn)矩（或電流）有關(guān)，對電動機起動過程n二f（t）的分析離不開對I（t）的研究。圖7是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載Iddl條件下起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速波形。IIIII從電流與轉(zhuǎn)速變化過程分析所反映的特點可以把起動過程分為三個階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了快速進(jìn)入飽和、飽和及退出飽和的三種情況。第一階段（0?［）是電流上升階段：突加給定電壓U*后，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，nU、U、I都上升，但是I沒有達(dá)到負(fù)載電cdodd流I以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當(dāng)I>I后，dlddl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)速不會很快增長，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓（AU二U*-U）的數(shù)值仍然很大而迅速飽nnn和，其輸出電壓很快達(dá)到限幅值U一強迫電樞im電流I迅速上升。直到I-I，U?U*，電dddmiim流調(diào)節(jié)器很快就壓制了I的增長，標(biāo)志著這一d階段的結(jié)束。圖7、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第二階段（t?t）是恒流升速階段：ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系12統(tǒng)成為在恒流電流給定U*下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流I恒定，因而系統(tǒng)的加imd速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，是起動過程的主要階段。第三階段（t以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：單轉(zhuǎn)速上升到給定值n*時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的2輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*，所以電動機仍在加速，im使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)，U*和/很id快下降。但是，只要I扔大于負(fù)載電流I，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到I=I時，轉(zhuǎn)矩T二T，ddlddlel則dn/dt=0，轉(zhuǎn)速n達(dá)到峰值（t二t）。此后，在t?t時間內(nèi)，IVI時，電動機開334ddl始在負(fù)載的阻力下減速，直到穩(wěn)態(tài)。如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一段振蕩過程。在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)作用，而ACR則力圖使I盡快地跟隨其給定值U*，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流跟隨子系統(tǒng)。di

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特點：1）飽和非線性控制；2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。動態(tài)抗擾性能分析一般來說，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，另一個重要的動態(tài)性能是抗擾性能，主要是抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。2、抗負(fù)載擾動由圖8-1可以看出，負(fù)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(fù)載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。圖8-1、雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用抗負(fù)載擾動3、抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓變化對調(diào)速系統(tǒng)也產(chǎn)生擾動作用。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(fù)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)。電流環(huán)的存在，電壓波動可以通過電流反饋得到及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才反饋回來，因而是抗擾性能得到改善。圖8-2、雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用抗電網(wǎng)電壓擾動綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納為：、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓U*變n化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差；2）對負(fù)載變化起抗擾動作用；3）對輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。、電流調(diào)節(jié)器的作用：1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨給定電壓U*變化；i2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用；3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程；4）當(dāng)電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。六、調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法設(shè)計工作分兩步走：1）.選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。2）.再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。1、選擇調(diào)節(jié)器，將控制對象校正成為典型系統(tǒng)許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可以表示成kF!/s+1)iW(s)=Srfl(T+1)jj=1式中，分母中的sr項表示該系統(tǒng)在s=0處有r重極點，或者說，系統(tǒng)含有r個積分環(huán)節(jié)，稱做r型系統(tǒng)。由于III型(r=3)和III型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定，而0型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度低，因此常把II型、I型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)。(一)、典型I型系統(tǒng)典型I型系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)選擇為W(s)=/s(Ts+1)典型I型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示式中T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；K—系統(tǒng)的開環(huán)增益。典型I型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且對數(shù)幅頻特性的中頻段以-20db/dec的斜率穿越零分貝線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的。在典型I型系統(tǒng)中，只包含開環(huán)增益K和時間常數(shù)T兩個參數(shù)，時間常數(shù)T往往是控制系統(tǒng)本身固有的，唯一可變的只有開環(huán)增益K。設(shè)計時，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。1當(dāng)w<丄時，由開環(huán)對數(shù)頻率特性可知cT20lgK=(lgw—lgl)=20lgwcc1所以K=w(當(dāng)w<時)(3-11)ccT而相角穩(wěn)定裕度r=18Oo—9Oo—arctanwT=9Oo—arctanwTcc1所以選擇參數(shù)保證w<—，所以wT<1，arctanwT<45o,r>45o，則典型I型系cTcc統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性。c（$）2(7^+1)T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)K—c（$）2(7^+1)T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)K—系統(tǒng)的開環(huán)增益。開環(huán)對數(shù)頻率特性▲厶/dB-40dB中頻寬-20dBdec婦1^=-TCO,-40dBdec、（二）典型II型系統(tǒng)典型II型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖K(K(Ts+1)

s2(Ts+1)典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系ooh+1—c—o21時間常數(shù)T是控制對象固有的，而待定的參數(shù)有兩個：K和t。定義中頻寬：Toh——^~To12、參數(shù)之間的一種最佳配合采用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，可以找到和兩個參數(shù)之間的一種最佳配合。TOC\o"1-5"\h\z①2h2—coh+1c則T—hT“h+11c12z1h+1h+1—()2—hT22h2T211所以選擇參數(shù)，保證1<O<1或T>T,則系統(tǒng)足夠穩(wěn)定。TcT轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計1).電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)1I(s)W(s)卩—d=—di沁U：(s)卩丄s+1K原來雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(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.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇ASR采用PI調(diào)節(jié)器W(W(s)=ASRK(Ts+1)nn—

Tsn_KaRn_t卩Ctnem[…K(Ts+1)則W(s)_N—則ns2(Ts+1)4).校正后的調(diào)速系統(tǒng)七、實驗驗證（一）、實驗設(shè)備及儀器1．MCL系列教學(xué)實驗臺主控制屏。2.MCL—31組件（適合MCL—III）。3．MCL—33組件。MEL-11掛箱MEL—03三相可調(diào)電阻（或自配滑線變阻器）。電機導(dǎo)軌及測速發(fā)電機、直流發(fā)電機M017.直流電動機M03。8.雙蹤示波器。（二）、實驗方法按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應(yīng)有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應(yīng)調(diào)整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關(guān)彈出，用示波器觀察每只晶閘管的控制極，陰極，應(yīng)有幅度為1V—2V的脈沖。（4）將Ublr接地,可觀察反橋晶閘管的觸發(fā)脈沖。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調(diào)好，然后才能組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)，即使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉(zhuǎn)速均為負(fù)反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內(nèi)環(huán)，后外環(huán)。即先調(diào)試電流內(nèi)環(huán)，然后調(diào)轉(zhuǎn)速外環(huán)。開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，直流發(fā)電機所接負(fù)載電阻RG斷開。（2）使Ug=0，調(diào)節(jié)偏移電壓電位器，使a稍大于90°，合上主電路電源，使Uuv，Uvw，Uwu為200V，逐漸增加給定電壓Ug,使電機起動、升速，調(diào)節(jié)Ug使電機空載轉(zhuǎn)速n0=1500r/min,再調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RG,改變負(fù)載，在直流電機空載至額定負(fù)載范圍,測取7?8點，讀取電機轉(zhuǎn)速n，電機電樞電流Id,即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f（Id）。n(r/min)150014801465143113921349I(A)0.480.520.590.700.841.01注意，若給定電壓Ug為0時，電機緩慢轉(zhuǎn)動，則表明a太小，需后移。4．系統(tǒng)調(diào)試將Ublf接地，Ublr懸空，即使用一組橋六個晶閘管。（1）電流環(huán)調(diào)試電動機不加勵磁（a）系統(tǒng)開環(huán)，即控制電壓Uct由給定器U直接接入，開關(guān)S撥向左邊，主回路g接入電阻Rd并調(diào)至最大（Rd由MEL—03的兩只900Q電阻并聯(lián)）。逐漸增加給定電壓,用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內(nèi)，電壓波形應(yīng)有6個對稱波頭平滑變化。（b）增加給定電壓，減小主回路串接電阻R，直至Id=l.lled，再調(diào)節(jié)MCL-01掛d箱上的電流反饋電位器RP,使電流反饋電壓Ufi近似等于速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值（ASR的輸出限幅可調(diào)為土5V）。（c）MCL—18（或?qū)嶒炁_主控制屏）的G（給定）輸出電壓Ug接至ACR的“3”端,ACR的輸出“7”端接至Uct,即系統(tǒng)接入已接成PI調(diào)節(jié)的ACR組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。ACR的“5”、“6”端接MEL—11電容器，可預(yù)置7pF,同時，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。逐漸增加給定電壓Ug,使之等于ASR輸出限幅值（+5V）,觀察主電路電流是否小于或等于l.lled，女口Id過大，則應(yīng)調(diào)整電流反饋電位器，使Ufi增加，直至Idv1.1Ied；如Idvled,則可將R減小直至切除，此時應(yīng)增加有限,d小于過電流保護(hù)整定值，這說明系統(tǒng)已具有限流保護(hù)功能。測定并計算電流反饋系數(shù)（2）速度變換器的調(diào)試電動機加額定勵磁（a）系統(tǒng)開環(huán)，即給定電壓U直接接至Uct,Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，g當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1500r/min時，調(diào)節(jié)FBS（速度變換器）中速度反饋電位器RP,使速度反饋電壓為+5V左右，計算速度反饋系數(shù)。（b）速度反饋極性判斷：系統(tǒng)中接入ASR構(gòu)成轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)，即給定電壓Ug接至ASR的第2端,ASR的第3端接至Uct。調(diào)節(jié)Ug（Ug為負(fù)電壓），若稍加給定，電機轉(zhuǎn)速即達(dá)最高速且調(diào)節(jié)Ug不可控，則表明單閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋極性有誤。但若接成轉(zhuǎn)速—電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。4．系統(tǒng)特性測試將ASR,ACR均接成PI調(diào)節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。ASR的調(diào)試：（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小；

“5”、“6”端接入MEL—11電容器，預(yù)置5?7“F;調(diào)節(jié)RP1、RP2使輸出限幅為土5V。(1)機械特性n=f(Id)的測定(a)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓Ug，使電機空載轉(zhuǎn)速至1500r/min,再調(diào)節(jié)測功機加載旋鈕(或發(fā)電機負(fù)載電阻Rg),在空載至額定負(fù)載范圍內(nèi)分別記錄7?8點，可測出系統(tǒng)靜特性曲線n=f(Id)n(r/