運動控制系統(tǒng)課程設計 (2)

1、<p><b>　　運動控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　學 院： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學 號： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計通過分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的組成，設計出系統(tǒng)的電路原理圖。從電力拖動不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路開始著手，設計整流電路，選擇整流器件，計算整流變壓器參數(shù)，設

3、計保護電路及觸發(fā)電路。然后，采用工程設計的方法對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進行設計，先設計電流調(diào)節(jié)器，然后將整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再來設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。遵從確定時間常數(shù) 、選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)、計算調(diào)節(jié)器參數(shù)、效驗近似條件的步驟一步一步的實現(xiàn)對調(diào)節(jié)器的具體設計。最后用AUTCAD繪制出整個系統(tǒng)的電器原理圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：整流電路、觸發(fā)電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、工程成設

4、計方法。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design by analysis of double closed loop dc speed control system system composition, design the system of the circuit principle diagram. F

5、rom electric drive not reversible dc speed control system, the design of main circuit began rectifier circuit, choose rectifier devices, computational rectifier transformer parameters, design protection circuit and trigg

6、er circuit. Then, the engineering design method of double closed loop dc speed control system of current regulator and speed regulator de</p><p>　　Keywords: rectifier circuit, trigger circuit, speed regulato

7、r, current regulator, engineering into design method. </p><p><b>　　一、設計任務</b></p><p><b>　　1、設計對象參數(shù)</b></p><p>　?。?）Pnom=60KW （2）Unom=220V （3）Inom=305

8、A</p><p>　?。?）nnom=1000r/min （5）Tl=0.012 s （6）Tm =0.12 s</p><p>　?。?）C e=0.2 v.min/r （8）RΣ =0.18Ω （9）KS=30</p><p>　?。?0）Toi=0.0025 s （11）T0=0.014 s （12）λ=1.2</p

9、><p>　?。?3）U*nm=10 V (14)U*im=10 V</p><p><b>　　2、性能指標</b></p><p>　　σi≤5% σn≤10%</p><p>　　3、課程設計的主要內(nèi)容和要求</p><p>　　3.1電力拖動不可逆

10、直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的設計</p><p>　　整流電路和整流器件的選擇</p><p>　　整流變壓器參數(shù)的計算</p><p><b>　　整流器件的保護</b></p><p>　　平波電抗器參數(shù)的計算</p><p><b>　　觸發(fā)電路的選擇</b></p>

11、;<p>　　3.2控制電路的設計</p><p>　　建立雙閉環(huán)不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的設計計算</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計計算</p><p>　　二、電力拖動不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路的設計</p><p>　　1、整流電路和整流器件的選擇</

12、p><p>　　目前在各種整流電路中，應用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖1所示，其中陰極連接在一起的三個晶體管（VT1，VT3，VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起的三個晶體管（VT4，VT6，VT2）稱為共陽極組。</p><p>　　三相橋式全控整流電路圖</p><p>　　2、 整流變壓器參數(shù)的計算</p><p>　　采

13、用三相雙繞組變壓器。設計參數(shù)如下：</p><p>　　U2N=UN=220V；I2N=IN=305A；</p><p>　　額定容量：SN=sqr(3)* U2N* I2N=1162.21KV·A</p><p>　　三相雙繞組變壓器原理圖</p><p><b>　　3、整流器件的保護</b></p&

14、gt;<p>　　電力電子器件中不可避免的會發(fā)生過電壓，會損壞電力電子器件。</p><p>　　對于大容量的電力電子裝置，可以采用如下圖所示的反向阻斷式RC電路來限制和吸收過電壓。</p><p><b>　　反向阻斷式RC電路</b></p><p>　　4、平波電抗器參數(shù)的計算</p><p>　　負

15、載為直流電動機時，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動機的機械特性將很軟。當電流斷續(xù)時，隨著Id的增大，轉(zhuǎn)速n（與反電動勢成比例）降落很大，機械特性較軟，相當于整流電源的內(nèi)阻增大。較大的電流峰值在電動機換向時容易產(chǎn)生火花。同時，對于相等的電流平均值，若電流波形底部較窄，則其有效值越大，要求電源的容量也大。</p><p>　　為了克服以上缺點，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導通的時間

16、。</p><p>　　總電感：L∑=TlR∑=0.012*0.18=2.16mH</p><p>　　平波電抗器的電感量：L=L∑-0.693U2/Idmin=3.74mH</p><p><b>　　5、觸發(fā)電路的選擇</b></p><p>　　如圖所示的晶體管觸發(fā)電路，它由V1，V2組成的脈沖放大環(huán)節(jié)和脈沖變壓器

17、TM及附屬電路構(gòu)成的脈沖輸出環(huán)節(jié)兩部分組成。當V1，V2導通時，通過脈沖變壓器向晶閘管的門極和陰極之間輸出觸發(fā)脈沖。VD1和R3是為了V1，V2由導通變?yōu)榻刂箷r脈沖變壓器TM釋放其儲存的能量而設的。為了獲得觸發(fā)脈沖波形中的強脈沖部分，還需適當附加其它電路環(huán)節(jié)。</p><p>　　三、直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖設計</p><p><b>　　1系統(tǒng)的組成</b><

18、;/p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應用最廣、性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。采用PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求了。</p><p>　　圖1理想快速啟動過程電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　如題1所示，為了實現(xiàn)在允許條件下的最快啟動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流

19、保持為最大值的恒流過程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。所以，我們希望達到的控制：啟動過程只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋；達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后只有轉(zhuǎn)速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮作用。故而采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器來組成系統(tǒng)。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋分別在系統(tǒng)中起作用，可以在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋。二者之間實行嵌

20、套（或稱串級）連接，如圖2所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱作外環(huán)。這就組成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p><b>　　2系統(tǒng)的電路原理圖</b></p><p>

21、;　　圖3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電路兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，這樣組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖如圖3所示。圖中ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，ACR為電流調(diào)節(jié)器，TG表示測速發(fā)電機，TA表示電流互感器，GT是觸發(fā)電路，UPE是電力電子變換器。圖中標出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算

22、放大器的倒相作用。圖中還標出了兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給的電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。</p><p>　　3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設計</p><p>　　本設計將運用工程設計方法來設計轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器。按照設計多環(huán)控制系統(tǒng)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)的一般原則，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向

23、外擴展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應該首先設計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　3.1獲得系統(tǒng)設計對象</p><p>　　根據(jù)圖3直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖可以方便的繪出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖4所示。其中為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，為電流反饋系數(shù)。</p><p>　　圖4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p&

24、gt;<p>　　在考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)（見圖4直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖）的基礎(chǔ)上，即可繪出直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖5所示。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。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顯示出來。</p><p>　　圖5直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在實際設計過程中，由于電流檢測信號中常

25、含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可以用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時間常數(shù)按需要選定，以濾平電流檢測信號為準。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是，讓給定信號和反饋信號經(jīng)過相同的延時，使二者在時間上得到恰當?shù)呐浜?，從而帶來設計上的方便。</p><p&g

26、t;　　由測速發(fā)電機得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時間常數(shù)用表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時間常數(shù)為的給定濾波環(huán)節(jié)。</p><p>　　所以直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖應該與圖5有所不同，應當增加濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。如圖6所示。</p><p>　　圖6直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</

27、p><p>　　3.2電流調(diào)節(jié)器的設計</p><p>　　3.2.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡</p><p>　　在圖6點畫線框內(nèi)的電流內(nèi)環(huán)中，反電動勢與電流反饋的作用相互交叉，這將給設計工作帶來麻煩。實際上，反電動勢與轉(zhuǎn)速成正比，它代表轉(zhuǎn)速對電流環(huán)的影響。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠小于機電時間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一

28、個變化慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認為反電動勢基本不變，即。這樣，在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，也就算說，可以暫且把反電動勢的作用去掉，得到電流環(huán)的近似結(jié)構(gòu)框圖，如圖7所示?？梢宰C明，忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是：</p><p>　　式中 ——電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。</p><p>　　圖7忽略反電動勢的動態(tài)影響時的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框

29、圖</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效的移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)，如圖8所示。</p><p>　　圖8等效成單位負反饋系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　最后，由于和一般都比小的多，可以當作小慣性群而近似的看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為：</p><p>　　則電流環(huán)結(jié)

30、構(gòu)框圖最終可以簡化成如圖9所示。簡化的近似條件是</p><p>　　圖9小慣性環(huán)節(jié)近似處理的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.2電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　首先考慮把電流環(huán)校正成哪一類典型系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，可以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖9可以看出，采用Ⅰ型系統(tǒng)就夠了。再從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作

31、用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要因素。為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，即應選用典型Ⅰ型系統(tǒng)。</p><p>　　圖9的表明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)，顯然應采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成：</p><p>　　式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　——

32、電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇</p><p>　　則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖便成圖10所示的典型形式，其中：</p><p>　　圖10校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.2.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p><

33、b>　　1.確定時間常數(shù)</b></p><p>　　1）整流裝置滯后時間常數(shù)。通過表1可得出，三相橋式電路的平均失控時間。</p><p>　　2）電流濾波時間常數(shù)。根據(jù)初始條件有Toi=0.0025 s。</p><p>　　3）電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p><b>　　0.0

34、042。</b></p><p>　　表1各種整流電路的失控時間（）</p><p>　　2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設計要求，并保證穩(wěn)態(tài)電壓無差，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)：</p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：42=7.14，參照

35、表2的典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。</p><p>　　表2典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　3.計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：0.012s。</p><p>　　電流開環(huán)增益：要求時，按表3，取，因此</p><p>　　KI=0.5

36、/T∑i=119.05s</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為：</p><p>　　Ki=KIζiR/Ksβ=0.0012</p><p>　　表3典型Ⅰ型系統(tǒng)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)的關(guān)系</p><p><b>　　4.校驗近似條件</b></p><p><b>　　

37、電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　

38、電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件</p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　5.計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　由圖11，按所用的運算放大器R0=40K?，各電阻和電容值為：</p><p>　　Ri=KiR0=0.0012*40=0.048k?,取0.05 k?.</p>

39、<p>　　Ci=ζi/Ri=0.24μF，取0.24μF</p><p>　　Coi=4Toi/Ro=0.25μF,取0.25μF</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標ζi=1.2℅</p><p>　　<5℅,滿足設計要求。</p><p>　　3.2.4電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p>

40、;<p>　　含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖11所示。圖中為電流給的電壓，為電流負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓。根據(jù)運算放大器的電路原理，可以導出：</p><p>　　圖11含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計</p><p>　　3.3.1電流環(huán)的等效閉環(huán)傳

41、遞函數(shù)</p><p>　　電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)的一個環(huán)節(jié)，由圖10可知，電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　忽略高次項，可降階近似為</p><p><b>　　近似條件</b></p><p>　　式中 ——轉(zhuǎn)速開環(huán)頻率特性的截止頻率。</p><p>　　接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)

42、等效環(huán)節(jié)的輸入量應為，因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應等效成</p><p>　　這樣，原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似的等效成只有較小時間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)。</p><p>　　3.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　用電流環(huán)的等效代替圖6中的電流環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖12所示。</p><p>

43、;　　圖12用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后轉(zhuǎn)速環(huán)的代替結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改為，再把時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(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)，其中</p><p>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡化成如圖13所示。</p><p>　　圖13等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p

44、><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中?，F(xiàn)在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。在理論計算中，線性系統(tǒng)的階躍超調(diào)量較大，但在實際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會使超調(diào)量大大降低。故而，ASR也采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p>

45、;<p>　　式中 ——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。</p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p><b>　　則</b></p><p&g

46、t;　　不考慮負載擾動時，校正后調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖14所示。</p><p>　　上述結(jié)果所服從的近似條件歸納為：</p><p>　　圖14校正后成典型Ⅱ型系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算</p><p><b>　　1.確定時間常數(shù)</b></p>

47、<p>　　含給定濾波和反饋濾波的模擬式PI型調(diào)節(jié)器原理圖如圖6所示。圖中U*n為電流給定電壓，-αn為電流負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出就是電力電子變換器的控制電壓Ui*。</p><p>　　α= Unm/nmax=0.196</p><p>　　(1)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI.由上面的計算，已取KIT∑i=0.5，</p><p>　　則 1/K

48、I=2T∑i=0.0048s</p><p>　　(2)轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton.已知，Ton=0.014s</p><p>　　(3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n. T∑n=1/KI+Ton=0.0062s</p><p>　　2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照設計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><

49、;p>　　3.計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按照跟隨和抗擾性能的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為：</p><p>　　ζn=h*T∑n=0.031s</p><p>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：KN=(h+1)/2h2 T∑n=19.35s-2</p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為</p><p&g

50、t;　　Kn=(h+1)βCeTm/2hαRT∑n=633</p><p><b>　　4.檢驗近似條件</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為</p><p><b>　　，滿足簡化條件。</b></p

51、><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為</p><p><b>　　，滿足近似條件。</b></p><p>　　5.計算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　根據(jù)圖15，取R0=40k?,則</p><p>　　Rn=KnRo=774 k?,取770 k?。</p><p&

52、gt;　　Ce=ζn/Rn=0.04μF,取0.04μF；Con=4Ton/Ro=1.4μF,取1.4μF。</p><p>　　根據(jù)表4，△Cmax/Cb=81.2,此時，</p><p>　　σn=3.45%<10%,能滿足設計要求。</p><p>　　表4典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標</p><p>　　3.3.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

53、的實現(xiàn)</p><p>　　含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖15所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。</p><p>　　與電流調(diào)節(jié)器相似，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)與電阻、電容值的關(guān)系為</p><p>　　圖15含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　四、系統(tǒng)起動過程分析

54、</p><p>　　直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓時由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程圖如圖16所示。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、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成了圖中標明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。</p><p>　　圖16直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形</p><p>　　第Ⅰ階段（）是電流上升階段。突加給定電壓后，經(jīng)過兩

55、個調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、、都跟著上升，但是在沒有達到負載電流以前，電動機還不能轉(zhuǎn)動。當后，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的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，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)器很快就壓制了的增長，標志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。</p><p>　　第Ⅱ階段（）是恒流升速階段。在這個階

56、段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為恒值電流給的下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，電動機的反電動勢也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，是一個線性漸增的擾動量，為了克服這個擾動，和也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，為了使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應略小于。此外，為了保證電流環(huán)的這種調(diào)節(jié)作用，在起動過程中ACR

57、不應飽和，電力電子裝置UPE的最大輸出電壓也需留有余地。</p><p>　　第Ⅲ階段（以后）是轉(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)，和很快下降。但是，只要仍大于負載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到時，轉(zhuǎn)矩，則，轉(zhuǎn)速才到達峰值（時）。此后電動機開始在負載的阻力下

58、減速，與此相應，在時間內(nèi)，，直到穩(wěn)定。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快的跟隨給定值，即電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述，直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的特點是：</p><p>　　1）飽和非線性控制。隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng)，只能

59、采用分段線性化的方法來分析，不能簡單的用線性控制理論來分析整個起動過程。</p><p>　　2）轉(zhuǎn)速超調(diào)。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。</p><p>　　3）準時間最優(yōu)控制。在設備允許條件下實現(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)，在電動機允許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Ⅰ、Ⅱ兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與

60、理想起動過程還有一些差距，不過這兩個階段只占全部起動時間中的很小一部分，可稱作“準時間最優(yōu)控制”。</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設計是電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)這門課的一次課程設計，主要目標是設計一個符合要求參數(shù)的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)這門課是我們自動化專業(yè)的一門綜合性非常強的課

61、程，它綜合了之前學習過的模擬電子技術(shù)、自動控制原理、電力電子技術(shù)及電機拖動技術(shù)等課程的很多知識點，所以，本次課程設計也是對以前課程的一次梳理和升華。</p><p>　　本次課程設計我受益良多，本課程設計的要點是設計轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器，通過查閱大量的書籍、報刊、雜志、專業(yè)網(wǎng)站、論壇的方式，找尋所需資料，反復比對研究有關(guān)資料，最后按照調(diào)節(jié)器的工程設計方法的基本思路，簡化問題，突出主要矛盾。先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系

62、統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求。先設計內(nèi)環(huán)——電流調(diào)節(jié)器，然后把電流環(huán)看作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的一個環(huán)節(jié)，再設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，完成設計要求。在此過程中，我進一步深化了對這門課程課本所學知識的理解，通過實際設計系統(tǒng)，鍛煉了我應用理論知識解決實際問題的能力，是對我綜合素質(zhì)的一次提高。</p><p><b>　　六、主要參考資料</b></p>&