直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)，更是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)，它具有調(diào)速范圍廣、精度高、動(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，所以在電力傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。基于設(shè)計(jì)題目，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路，調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來(lái)供電。本論文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖；然后確定主電路的參數(shù)以及框圖中所需的電動(dòng)機(jī)參數(shù)；本論文的重點(diǎn)設(shè)計(jì)是直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，在直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱(chēng)作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱(chēng)做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)就能獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。最后采用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，使其滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：力傳動(dòng)；雙閉環(huán)；直流調(diào)速系統(tǒng)；電流調(diào)節(jié)器；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器I

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)AbstractSpeed,loopcontrolofDCspeedregulationsystemaverygoodofDCmotorspeedcontrolsystem,alsoakindofwideapplications,tosystem,ithasaspeedhighgooddynamicperformanceandtocontrol,isallofAC,electricdriveautomaticcontrolsystemimportantsoinelectricdrivesystembeenwidelyused.onofmotorspeedspeed,loopcontrolcircuit,system'sathree-phasefull-bridgecontrolledrectifiersupplyThispaperfirstlydeterminewholedesignschemediagram;todetermineofblockoftheparameters;theofthispaperisthedesignDCmotorspeedregulatortoadjusttheandwhichrespectivelyintroducedintospeedfeedbackandfeedback,instartonlythecurrentnegativetospeed,asspeednegativefeedback,betweenimplementationofconnection.thestructure,thecurrentloopknownasinnerring;speedloopoutside,calledring.ThisformofspeedregulationregulatorshaveadoptedPIregulator,theDCspeedcontrolcangooddynamicperformance.usingtheMATLAB/onspeedanalysisout,totheengineeringparameters.Keywords:

；doubleloop；DCspeed；currentregulatorspeedII

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘Abstract........................................................................................................................................II目..............................................................................................................................................III第1章

緒.........................................................................................................................-11.1課題的背景、目的及意........................................................................................--1.2課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨....................................................................................-1-1.3本課題采用的技術(shù)方案及技術(shù)難........................................................................21.4本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)............................................................................................--1.4.1建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模.....................................................................................-31.4.2經(jīng)典控制部.................................................................................................--1.4.3仿真部..........................................................................................................--第2章

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模.............................................................-42.1系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)........................................................................................................--2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原....................................................................................-6-2.2.1轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指.........................................................................62.2.2調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)基本矛.............................................................................72.2.3調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原.........................................................................82.2.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程分.................................................................92.2.5動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作.................................................--2.3晶閘管—電動(dòng)機(jī)主電路的設(shè)...............................................................................-122.4主電路參數(shù)計(jì)......................................................................................................-132.5主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保..............................................................................-142.5.1過(guò)電壓保...................................................................................................-142.5.2過(guò)電流保...................................................................................................-14第3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).153.1設(shè)計(jì)要...................................................................................................................--3.1.1基本數(shù)據(jù)（其中包括銘牌數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù).............................................-153.1.2設(shè)計(jì)指.......................................................................................................-16III

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3.1.3工程設(shè)計(jì)方法的基本思...........................................................................163.2電流調(diào)節(jié)器額定設(shè)...............................................................................................-173.2.1電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)............................................................................173.2.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選................................................................................183.2.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)...............................................................................193.2.4電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指................................................................................203.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)...................................................................................................-213.3.1電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函........................................................................213.3.2轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處............................................................--3.3.3

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選.............................................................................223.3.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)...............................................................................243.3.5轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指...............................................................................263.4電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比............................................................-27-第4章調(diào)速系統(tǒng)性能指標(biāo)的數(shù)字仿.............................................................................294.1基于工程設(shè)計(jì)的數(shù)字仿......................................................................................--4.2時(shí)域分..................................................................................................................30參考文.................................................................................................................................--結(jié)束.....................................................................................................................................32致.........................................................................................................................................--IV

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第章

緒論課題的背景、目的及意義20紀(jì)90代前的大約年的時(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€(xiàn)性特性，優(yōu)異的控制性能，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)速方法許多生產(chǎn)機(jī)械由于加工和運(yùn)行的要求，電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于起動(dòng)，制動(dòng)，反轉(zhuǎn)的過(guò)渡過(guò)程，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率。為了縮短這部分時(shí)間僅采用節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)其性能還不很令人滿(mǎn)意雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由速度，電流兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于大范圍內(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。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)更是一種當(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)，是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，采用電流負(fù)反饋能夠得到近似的恒流過(guò)程實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只需要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)饔谩蓚€(gè)調(diào)節(jié)器組成的雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)是不能滿(mǎn)足要求的。在我國(guó)許多工業(yè)部門(mén)的電力拖動(dòng)場(chǎng)合仍然采用直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。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，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(mǎn)足控制指標(biāo)的目的。課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)就目前來(lái)看，直流調(diào)速系統(tǒng)仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。在我國(guó)許多工業(yè)部門(mén)，-1-

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動(dòng)場(chǎng)合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。而且，計(jì)算機(jī)和直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)合體具有工作可靠、速度控制精度高，并且不受環(huán)境溫度等條件的影響、具有參數(shù)自整定、故障報(bào)警、故障記憶等功能給用戶(hù)的使用、維護(hù)提供極大方便。趨勢(shì)：近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，直流電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)日益顯露，交流可調(diào)拖動(dòng)勢(shì)必會(huì)取代直流可調(diào)拖動(dòng)系統(tǒng)，交流調(diào)速取代直流調(diào)速后，直流與交流共存。本課題采用的技術(shù)方案及技術(shù)難點(diǎn)根據(jù)本課題的實(shí)際情況，宜從以下三個(gè)方面入手分析：1．直流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型2．雙閉環(huán)流調(diào)速的工程設(shè)計(jì)3．應(yīng)用MATLAB件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正本課題所涉及的調(diào)速方案本質(zhì)上是改變電樞電壓調(diào)速。該調(diào)速方法可以實(shí)現(xiàn)大范圍平滑調(diào)速，是目前直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方案。但電機(jī)的開(kāi)環(huán)運(yùn)行性能（靜差率和調(diào)速范圍）遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求。按反饋控制原理組成轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)是減小或消除靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落的有效途徑。轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)是調(diào)速系統(tǒng)的基本反饋形式?？梢獙?shí)現(xiàn)高精度和高動(dòng)態(tài)性能的控制，不僅要控制速度，同時(shí)還要控制速度的變化率也就是加速度。由電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可知，加速度與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩成正比關(guān)系，而轉(zhuǎn)矩又與電動(dòng)機(jī)的電流成正比。因而同時(shí)對(duì)速度和電流進(jìn)行控制，成為實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能電機(jī)控制系統(tǒng)所必須完成的工作。因而也就有了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)。關(guān)于工程設(shè)計(jì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng)其設(shè)計(jì)非常復(fù)雜本設(shè)計(jì)利用階次優(yōu)化的原理對(duì)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析。設(shè)計(jì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考慮各方面的因素,全局最優(yōu)的觀點(diǎn)正確選擇合理的階次工程設(shè)計(jì)方法的基本思路是先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)滿(mǎn)足所需要的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)應(yīng)用到雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中先從電流環(huán)入手按上述原則設(shè)計(jì)好電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)等效環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。-2-

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的主要研究?jī)?nèi)容1.4.1建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，列寫(xiě)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，并畫(huà)出其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。1.4.2經(jīng)典控制部分首先了解雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理然后應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法分別進(jìn)行主電路、電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì),并應(yīng)用MATLAB言中的SIMULINK工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1.4.3仿真部分簡(jiǎn)單介紹MATLAB言及SIMULINK工具箱運(yùn)用工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)及其頻率特性曲線(xiàn)合曲線(xiàn)對(duì)由不同方法設(shè)計(jì)出的調(diào)速系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較研究，從而得到性能指標(biāo)較為理想的系統(tǒng)模型。并嘗試性地提出改進(jìn)方案。-3-

mee寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)mee第章系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)定

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型在畫(huà)出系統(tǒng)的方塊圖，進(jìn)行調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)之前，必須先要求出傳遞函數(shù)有關(guān)的各個(gè)參數(shù)，這是很重要的一步。若參數(shù)不對(duì)或不正確，調(diào)節(jié)器的計(jì)算那就必然是不合要求的。在方塊圖中涉及到電動(dòng)機(jī)的有四個(gè)參數(shù)電時(shí)間常T,電氣時(shí)間常T包D括可控硅整流器等其它部分）內(nèi)和電勢(shì)常C。為了便于說(shuō)明調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)、計(jì)算起見(jiàn)我們先選定一種直流電動(dòng)機(jī)的銘牌參數(shù)額定功率=22kW,額定電UN額定電流I=116A，額定轉(zhuǎn)n電樞內(nèi)R0.112。包括其它部分后，電ND樞回路內(nèi)阻可測(cè)得為R0.32電樞回（包括所串濾波器抗器等電感實(shí)測(cè)）37.22。由此出發(fā)我們來(lái)計(jì)算方塊圖中所需的電動(dòng)機(jī)參數(shù)。1電氣時(shí)間常數(shù)l

LmH1160.1162由電勢(shì)平衡方程（靜態(tài)）IeNND得，電勢(shì)常數(shù)U0.112CNNDN由電機(jī)原理可知C僅差一常系數(shù)，em

V/r/30Cr/min3內(nèi)R0.32,這是實(shí)際測(cè)量的。4機(jī)電時(shí)間常，為求它還需測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣GD-4-

。由力矩平衡方程

m寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)mTimLdn當(dāng)勻速時(shí)，。0

GD2dt因此

TCi。LmD將電動(dòng)機(jī)的供電斷開(kāi)，i=0，則T=0，得DTL

2dn

Cim整理后得

GD

2

imDdndt實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)，先將電機(jī)上加一定電壓，達(dá)到均速后，記下此時(shí)轉(zhuǎn)和電樞電i，然后0D切斷電樞供電，測(cè)出此時(shí)的即可求2。若摩擦力是均勻的，則測(cè)可如圖2.1a，否則按2.1b計(jì)算。dnnt

t(a)摩擦力均勻情況（）摩擦力不均勻情況圖自停車(chē)曲線(xiàn)及再求后，按下式代入數(shù)據(jù)后，可得2375C5測(cè)定觸發(fā)和整流裝置的放大倍數(shù)Ks

dn在按線(xiàn)性系統(tǒng)規(guī)律進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該把這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)K當(dāng)作常數(shù)，但-5-

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)際上觸發(fā)電路和整流電路都是非線(xiàn)性的，只能在一定的工作范圍內(nèi)近似成線(xiàn)性環(huán)節(jié)。因此，最好應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出該環(huán)節(jié)的輸—輸出特性，U

fU).設(shè)計(jì)時(shí)希望整個(gè)ct調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線(xiàn)性范圍內(nèi)，并有一定的余量，調(diào)節(jié)放大系數(shù)K可由工作范圍內(nèi)的特性斜率決定K

d經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得K=40SUd調(diào)速工作范圍

ΔUdΔUctUct圖2.2晶閘管觸發(fā)與整流的輸—輸出特性和K的測(cè)定雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2.2.1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）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D

naxnin

（式2.1）2）靜差率s當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)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-6-

dcr寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)dcrs100%n0

（式2.2）靜差率是用來(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。3）跟隨性能指標(biāo)在給定信號(hào)（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)t，超調(diào)r

，調(diào)節(jié)時(shí)t4）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)tv2.2.2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(mǎn)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。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),在保證系統(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(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I值以后，靠強(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。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2.3a所示。Id

nnIdl

Idlt

-7-

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)ab

ab圖2.3調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流轉(zhuǎn)速波形帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程理想快速啟動(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(矩)受限的條件,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(矩)為允許的最大,使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,又電流立即降低下來(lái),轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行.這樣的理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖2.2b所示起動(dòng)電流呈方形波而轉(zhuǎn)速是線(xiàn)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。2.2.3調(diào)速系統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)原理如圖2.4-8-

**d0ACR寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)**d0ACR圖2.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框Un

-

Un

W(s)ASR

Ui

-

Ui

UKUWT

T1l

Id

-

Idl

Ts

1

n圖2.5雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框?yàn)榱藢?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),分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流,二者之間實(shí)行串級(jí)連.把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸,再用流調(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)器的輸出限幅電壓

nmax

，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

i

，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。2.2.4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)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(xiàn)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)程波形如圖所示。-9-

*d*寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)*d*圖雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形從圖2.6知整個(gè)起動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段：第I階段是電流上升階段。突加給定電壓n

后,過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的控制作用,U、、I都上升，當(dāng)I后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于機(jī)械慣性作用，轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)不會(huì)很dddl快，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電Un

n

數(shù)值較大，其輸出很快達(dá)到限幅n值U，強(qiáng)迫電流I迅速上升。當(dāng)II時(shí)U，電流調(diào)節(jié)器的作用使I不再迅猛imddmiim增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，由不飽和很快達(dá)到飽和，而ACR一般應(yīng)該不飽和，以保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。第II段是恒流升速階段。從電流升到最大I開(kāi)始，到轉(zhuǎn)速升到給定值n為止，dm屬于恒流升速階段是啟動(dòng)過(guò)程中的主要階段在這個(gè)階段中終是飽和的轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為在恒值電流給定

im

作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流I恒定，因而拖動(dòng)系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速成線(xiàn)性增長(zhǎng)。d第III階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這階段開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，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(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后ASR的輸入端出現(xiàn)負(fù)的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓及的給定電U-10

i

立即從限幅值下來(lái)，主

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)電流I也因此下降。但是，由I仍大于負(fù)載電流I，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。dddlII時(shí)，轉(zhuǎn)T，dn/dt，轉(zhuǎn)速n達(dá)到峰值。此后電動(dòng)機(jī)才開(kāi)始在負(fù)載的ddll阻力下減速，與此相應(yīng)，電I也出現(xiàn)一小段小于I的過(guò)程，直到穩(wěn)定。ddl綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個(gè)特點(diǎn)：1）飽和非性控制：隨著的飽和和不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)當(dāng)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(xiàn)性控制的特征。2）準(zhǔn)時(shí)間制：?jiǎn)?dòng)過(guò)程中主要階段是第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(xiàn)性控制啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入第III段即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后,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，只使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR輸入偏差電為負(fù)值，才能使ASR退飽和。這就是說(shuō)，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速n系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)響應(yīng)必然有超調(diào)。2.2.5動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)速、電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能。1動(dòng)態(tài)跟隨性能。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過(guò)程中，能夠在電流受電機(jī)過(guò)載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能。在減速過(guò)程中，由于主電路電流的不可逆性，跟隨性能變差。對(duì)于電流內(nèi)環(huán)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)應(yīng)強(qiáng)調(diào)有良好的跟隨性能。2．動(dòng)態(tài)抗擾性能（1）抗負(fù)載擾動(dòng)。負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來(lái)產(chǎn)生抗擾作用。因此，在突加減)負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)速降升)。為了減少動(dòng)態(tài)速降升)，必須在設(shè)計(jì)，要求系統(tǒng)具有較好的抗擾性能指標(biāo)。對(duì)于設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。（2抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載擾動(dòng)在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中作用的位置不同，系統(tǒng)對(duì)它的動(dòng)態(tài)抗擾效果也不一樣。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載電流擾動(dòng)都-11

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)作用在被負(fù)反饋環(huán)包圍的前向通道上僅就靜特性而言統(tǒng)對(duì)它們的抗擾效果是一樣的。但是從動(dòng)態(tài)性能上看，由于擾動(dòng)作用的位置不同，還存在著及時(shí)調(diào)節(jié)上的差別。負(fù)載擾動(dòng)作用在被調(diào)量的前面它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測(cè)出來(lái)從而在調(diào)節(jié)器得到反映。電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)則離被調(diào)量更遠(yuǎn)，它的波動(dòng)先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過(guò)機(jī)電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來(lái)，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)嫌晚。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，這個(gè)問(wèn)題便大有好轉(zhuǎn)。由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)電流反饋得到及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后才在系統(tǒng)中有所反應(yīng)。因此，在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)速降會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)中小得多。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)n跟隨給定電

n

變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；2）對(duì)負(fù)載化起抗擾作用；3）其輸出幅決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。2．電流調(diào)節(jié)器的作用：1）對(duì)電網(wǎng)壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；2）起動(dòng)時(shí)證獲得允許的最大電流；3）在轉(zhuǎn)速節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨起給定電U即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化；i4）當(dāng)電動(dòng)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)作用。如果故障消失，系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。2.3晶晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）主電路原理圖如圖2.7所示：-12

2寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)2圖2.7V-M系統(tǒng)主電路原理圖圖中VT是晶閘管可控整流器，它由三相全控橋式整流電路組成，如圖所示：圖2.8三相全控橋式整流電路通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電來(lái)移動(dòng)脈沖的相位，即可改變平均整流電，c從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。主電路參數(shù)計(jì)算34d2

c

（式2.3）220VdNUU

o

220V其中系數(shù)0.9為電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)系數(shù)1-1.2為考慮各種因素的安全系數(shù)這里取1.1。

U*nm0.0067NU*U*8imII-13

（式2.4）（式2.5）

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)主電路的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)2.5.1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。2直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)：利用電阻和電容吸收操作過(guò)電壓。2.5.2過(guò)電流保護(hù)每個(gè)橋臂串個(gè)快速熔斷器。-14

oi寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)oi第章

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3.1設(shè)本論文首先應(yīng)用經(jīng)典控制理論的工程設(shè)計(jì)方法計(jì)出轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),然后利用現(xiàn)代控制理論中的線(xiàn)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)。3.1.1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)=22KWU=220VIANNr/minD

0.1mire

=1.5C=1.318kg.m/A（2）整流裝置

三相全控橋式整流電路K=40T=1.7mss（3）電樞回路總電阻R=0.32（4）電樞回路總電感LD（5）系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)TslT=0.157s

d=37.22（6）反饋濾波時(shí)間常數(shù)TTon（7）調(diào)節(jié)器最大給定電壓-15

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)U*U*=8v（8）調(diào)節(jié)器輸入回路電阻Rk03.1.2設(shè)計(jì)指標(biāo)（1）負(fù)載：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)IIdl（2）起動(dòng)方式：空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速I(mǎi)

d

（3）性能指標(biāo)：1）調(diào)速范：D＝102）靜差率S3）電流超i4）轉(zhuǎn)速超n5)突加負(fù)載的動(dòng)態(tài)速6）恢復(fù)時(shí)t≤1.5秒?3.1.3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。作為工程設(shè)計(jì)方法,首先要使問(wèn)題簡(jiǎn),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(mǎn)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(mǎn)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)題分成兩步來(lái)解決，第一步先解決主要矛盾—?jiǎng)討B(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度，然后在第二步中進(jìn)一步滿(mǎn)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)算一下就可以了。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。-16

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3.2電3.2.1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)一般遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常T，因而電流的調(diào)l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，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)。最后一般的多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)soil處理，看作一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，oiU*(i

oi

U)

Kss

U

1/Rl

Is)oiU*(s)i

Toi

a)ACR

U()

K/RsTTslU

*()i

/(sTsl

I(sc圖3.1電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)-17

I寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)I3.2.2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)允許因而在突加控制作用時(shí)不希望有超或者超調(diào)量越小越對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的抗擾作用只是次要因素以電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主i應(yīng)該把電流環(huán)校正成典Ⅰ系統(tǒng)可電流環(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,又希望把電流環(huán)校正成典Ⅱ系統(tǒng)。一般情況,當(dāng)制對(duì)象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之T/,Ⅰ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Ⅰ系統(tǒng)來(lái)l設(shè)計(jì)電流環(huán)。圖表明，電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為W

()

K

i

ii

(式3.1)式中—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)i電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。iTs檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：l31.35參照典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)擾性能Ts指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系表格，可知各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。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)，選擇則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)ilKK結(jié)構(gòu)圖可以化簡(jiǎn)為圖3.2所示的典型形式，其Kisi

*i

(s)

KI(

I()圖電流環(huán)簡(jiǎn)化成Ⅰ系統(tǒng)-18

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)3.2.3電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算1.確定時(shí)間常數(shù)1）三相橋式電路的平均失控時(shí)間s。s2流濾波時(shí)間常相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是了基本濾平波頭，oi應(yīng)有（1~2Toi

=3.33，因此Tms0.002。oi3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之s。oi2.計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：

i

0.116s。l電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益要

i

5%時(shí)應(yīng)0.5因KII

0.50.5sT0.0037s

ACR的比例系數(shù)為Ki3.檢驗(yàn)近似條件

K0.1160.32Ii2.73K0.046s電流環(huán)截至頻率K135.1ciI

機(jī)電時(shí)間常Tm

2375CC

1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件11sT30.0017ss

ci滿(mǎn)足近似條件。2）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11322.23sTT0.157ssml

ci滿(mǎn)足近似條件。3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件111sTT0.0017s0.002ssoi

ci-19

ioiI2)oo-1ciI寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)ioiI2)oo-1ciI滿(mǎn)足近似條件。4.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容由圖3.3，按所用運(yùn)算放大器40k，各電阻和電容值為0RKR109.2k，取09kiiCiRi

F，取.1uF109T40.002CoiFuF，0.2uFR30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4.3%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要i求。U

*i-Id圖3.3含給定濾波與反饋濾波的型電調(diào)節(jié)器3.2.4電流環(huán)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1頻域指標(biāo)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示其開(kāi)環(huán)頻率特性為:G(jK

j

KIjT

(式3.2)L(ω)=20lgK-ω-20lg(1+T

∑i

2

ω

?

(式3.3)Φ(-90-tgTω∑iγ(ω)=90Tω∑i

(式3.4)(式3.5)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)KT時(shí),阻尼比I∑iξ=0.707，振蕩指標(biāo)M，截止頻率ω=K=135.1-20

oociciiclis*oociciiclis*因此

Φ(ω)=

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)T=-116.6∑iγ(ω)=180-ω)

o2跟隨性能指標(biāo)電流超調(diào)量σ%=4.3%<5%上升時(shí)間

t4.720.0037ri超調(diào)時(shí)間

tT

6.0.07

5s調(diào)節(jié)時(shí)間

tT600Si

2.2s3.3轉(zhuǎn)3.3.1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)：I(s)1(s)dUiKI

(式3.6)I()W)cliU*(si

KI

s

(式3.7)近似條件:1KIT

(式3.8)式為轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率其一般較低。在后續(xù)計(jì)算完成,需校驗(yàn)此近似條件。3.3.2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3.4（）所示。把轉(zhuǎn)速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(s)/α再n-21

on寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)on1把時(shí)間常數(shù)為T(mén)和的兩個(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)的慣性環(huán)KI節(jié)，TTon

1，則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖可轉(zhuǎn)化成圖（KI

I()dlU*()

s

U*i

)

1/1sI

I(

C

()soi)U*()n

s

I)

I)dl

CT

n(s)U

*()

K(Ts

n())圖3.4轉(zhuǎn)環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其近似處理3.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)選用典型Ⅱ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)飽和非線(xiàn)性性質(zhì)使超調(diào)量降低。3)轉(zhuǎn)速環(huán)基本上是恒值系統(tǒng)。-22

c12cc12ccc寧夏c12cc12ccc2典型Ⅱ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

2

(式3.9)h是斜濾為-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，因此只是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。一般情況下，點(diǎn)處dB特性段，由圖3.5可以看出20lgK40(lglg1)20(lg)20lg11因此

1c

(式3.10)從圖還可看出，由T一定，改于改變了中頻寬h；以后，再改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ω。因此在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇兩個(gè)參數(shù)h，就相當(dāng)于選擇參K。c-40dB/dec圖3.5典Ⅱ型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性和中頻寬由“振蕩指標(biāo)法”中所用的閉環(huán)幅頻特性峰M最小準(zhǔn)則對(duì)于一定的值只有一個(gè)r確定(或K)，可以得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰Mc系是

rmin

，這和ω，ω之間的關(guān)cω/ω=ω/ω=(h+1)/2

(式3.11)(式3.12)而

ω+ω=2ω/(h+1)+2hω/(h+1)=2ω-23

11c1nnNK11c1nnNK因此對(duì)應(yīng)的最小M峰值是

寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)=(1/ω+ω)=(1/2)(1/τ+1/T)c

(式3.13)M

ri

(式3.14)確定了h以后可以很容易的計(jì)K。由h定義知c

(式3.15)h1hK)222h3.3.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的計(jì)算要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)，ASR也應(yīng)采用節(jié)器，其傳遞函數(shù)

(式3.16)為

W(s)AR

(式3.17)n式中

K—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);nτ—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為K(K(nnCs(Ts2(T令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益K為KKnTem

(式3.18)則

(

K(N2(Ts

（式3.19）1.確定時(shí)間常數(shù)1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)：T0.00370.0074sKI2）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)：3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)：2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

TonT000.0.74nI-24

non寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)non按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為KsW(sss(Tsmn3.計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)

KsnTs2en按跟隨和抗擾性能都較好的原則，h則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為

n

s0.087s轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)增益：N

h2220.01742

s

ASR的比例系數(shù)為：Kn4.檢驗(yàn)近似條件

(0.0460.157m220.0174轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：

K1

n

s

34.48s

1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為1I3T30.0037

s

63.7s

滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為1I3

38.74

滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件。5.計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容取R40，則0RKRk640kn00.087CF0.14uF，uFRnTCFuF取uFR400-25

0.138寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)0.138U

*n

U

*i-圖含定濾波與反饋濾波的型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器6.校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量，

n

37.6%，不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。由于上述是按線(xiàn)性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR和，不符合線(xiàn)性系統(tǒng)的前提，應(yīng)按飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。7.按飽和重新計(jì)算超調(diào)量II過(guò)載倍II當(dāng)時(shí)，查典型Ⅱ型抗擾性能指標(biāo)表得

Cb

116

n

2()(81.2%C*b

15000.157能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3.3.5轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾性能指標(biāo)1）突加負(fù)的動(dòng)態(tài)速降指標(biāo)：因?yàn)橛蠭0.8I，所以dlN

(I)dmdlCTm

（式3.20）-26

f寧夏理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)f因此

(ax%)*C*b2.26%3%%滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

（式3.21）2)恢