基于MATLAB的直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真

基于MATLAB的直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)摘

要直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測(cè)環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，構(gòu)成了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，前者通過(guò)電流元件的反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過(guò)轉(zhuǎn)速檢測(cè)元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)起動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電壓的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。并通過(guò)Simulink進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模和系統(tǒng)仿真，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)，雙閉環(huán)，PWM，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器，SimulinkStudyoftheSpeed-adjustingTechnologyforDCMotorbasedonMatlabAbstractThedesignusesthyristors,diodesandotherdevicesdesignsaspeed,currentdouble-loopSCRDCconvertersystem.Thesystemsetsupthecurrentdetectingaspect,thecurrentregulatorACRandthespeeddetectinglink,speedregulatorASR,composesthecurrentcentralandthespeedcentral,theformerthroughthefeedbackofthecurrentcomponentstoleveloffthecurrent,thelatterthroughthefeedbackofspeeddetectingdevicetomaintainthespeedstablyandfinallyeliminatesthedeviationofspeedbias.，thusallowingthesystemtothepurposeofregulatingthecurrentandspeed.whenthesystemstarts,thespeedouterringsaturatsnon-functional,thecurrentinnerringplaysamajorroletoregulatethestartingcurrenttomaintainthemaximumsothatthespeedlinearchange,toreachagivenvalue;whenitoperatessteadily,thespeednegativefeedbackfromtheouterringplaysamajorrole,toletthespeedchangeswiththegivenspeedvoltage,atthesametimethecurrentinnerringregulatesthearmaturecurrentofmotoradjustmenttobalancetheloadcurrent.Simulinkforsystemthroughmathematicalmodelingandsystemsimulation.Finallydisplaycontrolsystemmodelandtheresultsofanti-truth.Keywords:DCmotor,Double-loop,PWM,thespeedregulator,thecurrentregulator，Simulink目錄TOC\o"1-3"\f\h\u27646前言 431286第一章緒論 6290761．1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述 683471.1.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 688501.2PWM的相關(guān)介紹 717462第二章總體方案設(shè)計(jì) 8109142.1方案比較 839742.2方案論證 9270972.3方案選擇 929622.4設(shè)計(jì)參數(shù) 1028991第三章單元模塊的仿真電路設(shè)計(jì) 1022683.1轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì) 10113953.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 10298963.3電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 11271973.4整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì) 1210050第四章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 12162474.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 13211734.1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 13267134.1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性 15206154.1.3穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 1759134.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型 1758244.2.1動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 19275634.3調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 20182994.3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 21250324.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 2344374.3.3調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 2512352第五章系統(tǒng)調(diào)試 2540965.1系統(tǒng)MATLAB仿真 25111795.2系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 2557815.3系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 26前言自70年代以來(lái)，國(guó)外在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速”技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)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(jì)與理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)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(jì)問(wèn)題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實(shí)驗(yàn)法與仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩種方法在具有各自?xún)?yōu)點(diǎn)的同時(shí)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(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。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(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)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(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的。但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。在實(shí)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(guò)載能力，最好是在過(guò)度過(guò)程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線(xiàn)性增長(zhǎng)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(dòng)過(guò)程。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。

全數(shù)字直流調(diào)速裝置與早先的模擬直流調(diào)速裝置相比較，全數(shù)字直流調(diào)速裝置具有不可比擬的優(yōu)越性，最顯著的特點(diǎn)是：工作可靠、速度控制精度高，并且不受環(huán)境溫度等條件的影響、系統(tǒng)還具有參數(shù)自整定、故障報(bào)警、故障記憶等功能，這樣就給用戶(hù)的使用、維護(hù)提供了極大的方便。而且隨著技術(shù)發(fā)展及大批量生產(chǎn)，全數(shù)字直流調(diào)速裝置的價(jià)格已經(jīng)大幅度下降，與模擬直流調(diào)速裝置相比較已相差無(wú)幾，所以在短短的幾年內(nèi)全數(shù)字直流調(diào)速裝置幾乎取代了模擬直流調(diào)速裝置。在電機(jī)的發(fā)展史上，直流電動(dòng)機(jī)有著光輝的歷史和經(jīng)歷，皮克西、西門(mén)子、格拉姆、愛(ài)迪生、戈登等世界上著名的科學(xué)家都為直流電機(jī)的發(fā)展和生存作出了極其巨大的貢獻(xiàn)，這些直流電機(jī)的鼻祖中尤其以發(fā)明擅長(zhǎng)的發(fā)明大王愛(ài)迪生卻只對(duì)直流電機(jī)感興趣，現(xiàn)而今直流電機(jī)仍然成為人類(lèi)生存和發(fā)展極其重要的一部分，因而有必要說(shuō)明對(duì)直流電機(jī)的研究很有必要。

目前，在直流調(diào)速方面IGBT一電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展得很成熟，但脈沖寬度調(diào)制(PWM)直流調(diào)速系統(tǒng)與之相比有著許多無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，因而具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展前景。

第一章緒論1．1直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十多年來(lái)，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿(mǎn)足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。1.1.1直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這種方法最好。Ia變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。（2）改變電動(dòng)機(jī)主磁通。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱(chēng)弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。If變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同Ia變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。（3）改變電樞回路電阻R。在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒(méi)什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)及電車(chē)等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主速。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專(zhuān)門(mén)的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：

（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。

（2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。

（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。1.2PWM的相關(guān)介紹脈寬調(diào)制的全稱(chēng)為：PulseWidthModulator簡(jiǎn)稱(chēng)PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流負(fù)載回路中、燈具調(diào)光或直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、HW-1020型調(diào)速器、就是利用脈寬調(diào)制(PWM)原理制作的馬達(dá)調(diào)速器、PWM調(diào)速器已經(jīng)在:工業(yè)直流電機(jī)調(diào)速、工業(yè)傳送帶調(diào)速、燈光照明調(diào)解、計(jì)算機(jī)電源散熱、直流電扇等、得到廣泛應(yīng)用。自從全控型電力電子器件問(wèn)世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方式，形成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。與V-M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡(jiǎn)單，需用的電力電子器件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000左右；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；電力電子開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。因而，PWM調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛，特別是在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，已經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)。

第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1方案比較方案一：?jiǎn)伍]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(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)SF,引出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓Uf與給定電壓Ud比較后,得偏差電壓ΔU,經(jīng)放大器FD,產(chǎn)生觸發(fā)裝置CF的控制電壓Uk,用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。圖2.1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(cè)環(huán)節(jié)以及電流檢測(cè)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ASR。電流調(diào)節(jié)器ACR和電流檢測(cè)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(cè)反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱(chēng)為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因轉(zhuǎn)速環(huán)包圍電流環(huán)，故稱(chēng)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(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)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2.2所示。圖2.2方案二原理框圖2.2方案論證方案一采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時(shí)整流電路的脈波數(shù)m=2,3,6,12,?,其數(shù)目總是有限的,比直流電機(jī)每對(duì)極下?lián)Q向片的數(shù)目要少得多。因此,除非主電路電感L=∞,否則晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電流脈動(dòng)總會(huì)帶來(lái)各種影響,主要有:(1)脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利;(2)脈動(dòng)電流(斜波電流)流入電源,對(duì)電網(wǎng)不利,同時(shí)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除了直流分量外,還含有交流分量。把交流分量引到運(yùn)算放大器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會(huì)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(duì)成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對(duì)生產(chǎn)工藝的要求的滿(mǎn)足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在啟動(dòng)過(guò)程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過(guò)載能力的條件下獲得最佳過(guò)渡過(guò)程，很好的滿(mǎn)足了生產(chǎn)需求。2.3方案選擇1.在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號(hào)，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)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(lái)限制啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力獲得最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即最佳過(guò)渡過(guò)程。為了獲得近似理想的過(guò)度過(guò)程，并克服幾個(gè)信號(hào)綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，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(kāi)加以控制，用兩個(gè)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(jì)的最終方案。而由于電機(jī)上網(wǎng)容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。電動(dòng)機(jī)額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾。主變壓器采用A/D聯(lián)結(jié)。因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負(fù)反饋進(jìn)行限流保護(hù)。出現(xiàn)故障電流時(shí)過(guò)電流繼電器切斷主電路電源。為使線(xiàn)路簡(jiǎn)單，工作可靠，裝置體積小，宜采用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵(lì)磁應(yīng)保持恒定，勵(lì)磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵(lì)磁后加電樞電壓，主接觸器主觸點(diǎn)應(yīng)在勵(lì)磁繞組通電后方可閉合，同時(shí)設(shè)有弱磁保護(hù)環(huán)節(jié)電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。2.4設(shè)計(jì)參數(shù)一、直流電動(dòng)機(jī)參數(shù):PN=20W、UN=24V、IN=1.5A、nN=3000r/min、電樞電阻Ra=1.8Ω、電樞回路總電阻R=4.5Ω電樞電感La=6.76mH、GD2=15.68N·cm2、Tm=30ms、Tl=2.2ms測(cè)速發(fā)電機(jī)參數(shù):Un=80V，nN=3000r/min，PN=16W，IN=200mA，負(fù)載電阻R=400Ω二、PWM主電路：驅(qū)動(dòng)頻率f≥10kHz三、設(shè)計(jì)指標(biāo)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：D=20，s≤5%；轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：U*n=5V，Uim=5V，Idm=1.5IN，σi≤5%，σn≤10%。第三章單元模塊的仿真電路設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文所設(shè)計(jì)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(cè)電路、電流檢測(cè)電路、控制電路、整流及晶閘管保護(hù)電路、電源等幾個(gè)部分。3.1轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可獲得相應(yīng)大小的給定信號(hào)。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3.1所示。圖3.1轉(zhuǎn)速給定電路原理圖3.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為與轉(zhuǎn)速稱(chēng)正比的電壓信號(hào)，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿(mǎn)足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路主要由測(cè)速發(fā)電機(jī)組成，將測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測(cè)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(hào)，經(jīng)過(guò)濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖3.2所示。圖3.2轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路原理圖3.3電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)電流檢測(cè)電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)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(hào)，起到電氣隔離的作用。其電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3電流檢測(cè)電路原理圖3.4整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)整流電路如圖3.4所示，在整流電路中主要是晶閘管的保護(hù)問(wèn)題。晶閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外，還須針對(duì)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(guò)電壓保護(hù)和du/dt限制，過(guò)電流保護(hù)和di/dt限制。圖3.4整流電路及晶閘管保護(hù)電路第四章雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普通的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度。電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在突加給定下的跟隨性能、動(dòng)態(tài)限流性能和抗擾動(dòng)性能等，都比單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)好。本課題設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)雙閉環(huán)的中兩個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算與檢測(cè)。4.1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性4.1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是20世紀(jì)60年代在國(guó)外出現(xiàn)的一種新型的調(diào)速系統(tǒng)。70年代以來(lái),在我國(guó)的冶金、機(jī)械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使用了一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器可以得到轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)節(jié)。從擴(kuò)大調(diào)速范圍的角度來(lái)看,單環(huán)系統(tǒng)已能基本上滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。但是,任何調(diào)速系統(tǒng)總是需要啟動(dòng)與停車(chē)的,從電機(jī)能承受的過(guò)載電流有一定限制來(lái)看,要求啟動(dòng)電流的峰值不要超過(guò)允許數(shù)值。為達(dá)到這個(gè)目的,采用電流截止負(fù)反饋的系統(tǒng),它能得到啟動(dòng)電流波形,見(jiàn)圖2.1中實(shí)線(xiàn)所示。波形的峰值正好達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)所允許的最大沖擊電流,其啟動(dòng)時(shí)間為。圖4.1帶有截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng),除要求對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外,很多生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程的要求,例如可逆軋鋼,龍門(mén)刨床都是經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的,為了提高生產(chǎn)率,要求盡量縮短過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間。從圖2.1啟動(dòng)電流變化的波形可以看到,電流只在很短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了最大允許值,而其他時(shí)間的電流均小于此值,可見(jiàn)在啟動(dòng)過(guò)程中,電機(jī)的過(guò)載能力并沒(méi)有充分利用。如果能使啟動(dòng)電流按虛線(xiàn)的形狀變化,充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力,使電機(jī)一直在較大的加速轉(zhuǎn)矩下啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí)間就會(huì)大大縮短,只要就夠了。上述設(shè)想提出一個(gè)理想的啟動(dòng)過(guò)程曲線(xiàn),其特點(diǎn)是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí),啟動(dòng)電流很快加大到允許過(guò)載能力值,并且保持不變,在這個(gè)條件下,轉(zhuǎn)速得到線(xiàn)性增長(zhǎng),當(dāng)開(kāi)到需要的大小時(shí),電機(jī)的電流急劇下降到克服負(fù)載所需的電流值,對(duì)應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓在啟動(dòng)一開(kāi)始時(shí)應(yīng)為,隨著轉(zhuǎn)速的上升,也上升,達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí),。這就要求在啟動(dòng)過(guò)程中把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量,使之維持在電機(jī)允許的最大值,并保持不變。這就要求一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。如下圖4.2。圖4.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR-電流調(diào)節(jié)器，TG-測(cè)速發(fā)電機(jī)，TA-電流互感器，UPE-電力電子變換器。為了實(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)聯(lián)接，如圖4.2所示。這就是說(shuō)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，叫內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，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)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓是，它決定了電流給定電壓最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Ucm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。采用型的好處是其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于最大電流時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。圖4.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖4.1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖和靜特性為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖2-4所示。電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器均為具有限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸出達(dá)到飽和值時(shí)，輸出量的變化不再影響輸出，除非產(chǎn)生反向的輸入才能使調(diào)節(jié)器退出飽和。當(dāng)輸出未達(dá)到飽和時(shí)，穩(wěn)態(tài)的輸入偏差電壓總是為零。正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成總是不會(huì)飽和的，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有時(shí)運(yùn)行在飽和輸出狀態(tài)，有時(shí)運(yùn)行在不飽和狀態(tài)。圖4.4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖α-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；β-電流反饋系數(shù)分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：①飽和——輸出達(dá)到限幅值。即飽和調(diào)節(jié)器暫時(shí)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(kāi)環(huán)。②不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。即PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有調(diào)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種狀況：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：穩(wěn)態(tài)時(shí)，他們的輸入偏差電壓都是零，因此，而得到下圖4.5靜特性的CA段。（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和：輸出達(dá)到限幅值，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的點(diǎn)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，從而得到下圖4.5靜特性的AB段。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)并不是無(wú)窮大，特別是為了避免零點(diǎn)漂移而采用“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都N略有很小的靜差，見(jiàn)圖4.5的虛線(xiàn)。圖4.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性ASR主導(dǎo)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差A(yù)CR主導(dǎo)，表現(xiàn)為電流無(wú)靜差（過(guò)電流保護(hù)）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于最大允許最大電流時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到最大允許電流時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性要好。4.1.3穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：（4-1）電流反饋系數(shù)：（4-2）4.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，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，如下圖所示。圖4.6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有 (4-3)(4-4)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖。圖4.7雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。第I階段（0-t1）是電流上升的階段；第II階段（t1-t2）是恒流升速階段；第III階段（t2以后）是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。4.2.1動(dòng)態(tài)抗擾性能分析1．抗負(fù)載擾動(dòng)對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。圖4.8直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾動(dòng)作用由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。2．抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)由圖4.9a和4.9b對(duì)比分析可知1）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。圖4.9a單閉環(huán)系統(tǒng)2）雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來(lái)，抗擾性能大有改善。圖4.9b雙閉環(huán)系統(tǒng)因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。4.3調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)圖4.10雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖T0i：電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；T0n：轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)電流調(diào)節(jié)器的作用：（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的。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變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。4.3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.確定時(shí)間常數(shù)（1）PWM裝置的延長(zhǎng)時(shí)間Ts。Ts=0.1ms=0.0001s。（2）電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。（1~2）Toi=0.1ms，因此取Toi=0.06ms=0.00006s。（3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取=Ts+Toi=0.00016s。2.選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為(4-5)式中電流調(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)。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：,參照典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。電流開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，取，因此（4-6）于是，ACR的比例系數(shù)為（4-7）4.校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：（4-8）PWM裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿(mǎn)足近似條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件（4-9）滿(mǎn)足近似條件。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件（4-10）滿(mǎn)足近似條件。5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖4-9，按所用運(yùn)算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為,取，取取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖4.11含濾波環(huán)節(jié)的PI型電流調(diào)節(jié)器4.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)1.確定時(shí)間（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI。由前述已知，，則（4-11）（2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)，根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)紋波情況，取.（3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，?。?-12）2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)式為（4-13）3.計(jì)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，先取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為（4-14）則轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益（4-15）可得ASR的比例系數(shù)為（4-16）式中電動(dòng)勢(shì)常數(shù)（4-17）4.檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速截止頻率為：（4-18）（1）