運動控制課程設(shè)計--轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 電力拖動自動控制系統(tǒng) </p><p>　　設(shè)計題目： 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p&

2、gt;<p>　　學(xué) 號： </p><p>　　專業(yè)班級： 2008級自動化1班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2011年12 月11 日</p><p>　　轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p&g

3、t;<p>　　摘  要：此設(shè)計利用晶閘管、二極管等器件設(shè)計了一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)中設(shè)置了電流檢測環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器以及轉(zhuǎn)速檢測環(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)，前者通過電流元件的反饋作用穩(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速檢測元件的反饋作用保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動時，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)起動電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性

4、變化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(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)電機的電樞電流以平衡負載電流。分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)，晶閘管，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器，</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1概述…………………………

5、……………………………………………………1</p><p>　　2設(shè)計方案…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 方案比較……………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 方案論證……………………………………………………………………………2</p><p>

6、;　　2.3 方案選擇……………………………………………………………………………2</p><p>　　2.4 設(shè)計要求……………………………………………………………………………2</p><p>　　3方案實施…………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計…………………………………………………………………3

7、</p><p>　　3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計…………………………………………………………………3</p><p>　　3.3 電流檢測電路設(shè)計…………………………………………………………………4</p><p>　　3.4 整流及晶閘管保護電路設(shè)計………………………………………………………4</p><p>　　3.4.1 過電壓保護和du

8、/dt限制………………………………………………………5</p><p>　　3.4.2 過電流保護和di/dt限制…………………………………………………………5</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計算………………………………………………………………5</p><p>　　3.5 控制電路設(shè)計………………………………………………………………………7</

9、p><p>　　4 結(jié)論………………………………………………………………………11</p><p>　　5收獲與致謝………………………………………………………………………12</p><p>　　6參考文獻…………………………………………………………………………12</p><p><b>　　概述</b></p>

10、;<p>　　在電氣時代的今天，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔谩?lt;/p><p>　　自70年代以來，國外在電氣傳動領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動機調(diào)速”技術(shù)（簡稱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)計與理論學(xué)習(xí)過程中，會接觸到大量關(guān)于調(diào)速控制系統(tǒng)的分析、綜合與設(shè)計問題。傳統(tǒng)的研究

11、方法主要有解析法，實驗法與仿真實驗，其中前兩種方法在具有各自優(yōu)點的同時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，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強等優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負反饋和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)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起

12、制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控，制電流的。但它只是在超過臨界電流值以后，強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的</p><p><b>　　2.設(shè)計方案</b></p><p><b>　　2.1方案比較

13、</b></p><p>　　方案一：單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是指只有一個轉(zhuǎn)速負反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動機軸上裝一臺測速發(fā)電機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 ,用以控制電動機的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。</p><p>　　

14、圖2.1 方案一原理框圖 </p><p>　　方案二：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　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)、速度檢測環(huán)節(jié)以及電流檢測環(huán)節(jié)組成。為了使轉(zhuǎn)速負反饋和電流負反饋分別起作用，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)速檢測反饋回路構(gòu)成轉(zhuǎn)速環(huán)，稱為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因

15、轉(zhuǎn)速換包圍電流環(huán)，故稱電流環(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功能的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負反饋閉環(huán)。該方案的原理框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 方案二原理框圖</p><p><b>

16、;　　2.2方案論證</b></p><p>　　方案一采用單閉環(huán)的速度反饋調(diào)節(jié)時整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6 ,12 , ?,其數(shù)目總是有限的,比直流電機每對極下?lián)Q向片的數(shù)目要少得多。因此,除非主電路電感L = ∞,否則晶閘管電動機系統(tǒng)的電流脈動總會帶來各種影響,主要有:(1) 脈動電流產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩,對生產(chǎn)機械不利; (2)脈動電流(斜波電流) 流入電源,對電網(wǎng)不利,同時也增加電機的發(fā)熱。

17、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。把交流分量引到運算放大器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會產(chǎn)生干擾,嚴重時會造成放大器局部飽和,從而破壞系統(tǒng)的正常工</p><p><b>　　作。</b></p><p>　　方案二采用雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速電流調(diào)節(jié)方法，雖然相對成本較高，但保證了系統(tǒng)的可靠性能，保證了對生產(chǎn)工藝的要求的滿足，既保證了穩(wěn)態(tài)后速度

18、的穩(wěn)定，同時也兼顧了啟動時啟動電流的動態(tài)過程。在啟動過程的主要階段，只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，不讓電流負反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，很好的滿足了生產(chǎn)需求。</p><p><b>　　2.3方案選擇</b></p><p>　　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

19、，各參數(shù)間相互影響，難于進行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。</p><p>　　2.系統(tǒng)中采用電流截止負反饋環(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。</p><p>　　為了獲得近似理想的過度過程，并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點，最好的方法就是將被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(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

20、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)計的最終方案。</p><p><b>　　2.4設(shè)計要求</b></p><p>　　直流電動機設(shè)計雙閉環(huán)直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)要求如下：</p><p>　　1. 直流他勵電動機：功率Pe＝22KW，額定電壓Ue=220V，額定電流Ie=116A，磁極對數(shù)P=2，ne=1500r/min,

21、，勵磁電壓220V，電樞繞組電阻Ra=0.112Ω,，電路總電阻R＝0.32Ω，L∑＝37.22mH（電樞電感、平波電感和變壓器電感之和），電磁系數(shù)Ce=0.138 Vmin／r，Ks=22，電磁時間常數(shù)Tl=0.116s，機電時間常數(shù)Tm=0.157s，濾波時間常數(shù)Ton=Toi=0.00235s，過載倍數(shù)λ＝1.5，電流給定最大電壓值10V，速度給定最大電壓值10V。</p><p>　　2. 設(shè)計要求：穩(wěn)態(tài)

22、無靜差，電流超調(diào)量σi％≤5%；空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)</p><p><b>　　σn％≤10％。</b></p><p><b>　　3. 方案實施</b></p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計</p><p>　　轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動變阻器即可獲得相應(yīng)大小的

23、給定信號。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。</p><p>　　圖3.1 轉(zhuǎn)速給定電路原理圖</p><p>　　3.2轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計</p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測電路的主要作用是將轉(zhuǎn)速信號變換為與轉(zhuǎn)速稱正比的電壓信號，濾除交流分量，為系統(tǒng)提供滿足要求的轉(zhuǎn)速反饋信號。轉(zhuǎn)速檢測電路主要由測速發(fā)電

24、機組成，將測速發(fā)電機與直流電動機同軸連接，測速發(fā)電機輸出端即可獲得與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，經(jīng)過濾波整流之后即可作為轉(zhuǎn)速反饋信號反饋回系統(tǒng)。其原理圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 轉(zhuǎn)速檢測電路原理圖</p><p>　　3.3電流檢測電路設(shè)計</p><p>　　電流檢測電路的主要作用是獲得與主電路電流成正比的電流信號，經(jīng)過濾波整流后，用于控制系統(tǒng)中。

25、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，起到電氣隔離的作用。其電路原理圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 電流檢測電路原理圖</p><p>　　3.4整流及晶閘管保護電路設(shè)計</p><p>　　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問題。晶閘管具有許多優(yōu)點，但它屬于半導(dǎo)體器

26、件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點，承受過電壓和過電流的能力差，很短時間的過電壓和過電流就會造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長期可靠運行，除了合理選擇元件外，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。晶閘管主要需要四種保護：過電壓保護和du/dt限制，過電流保護和di/dt限制。</p><p>　　圖3.4 整流電路及晶閘管保護電路</p><p>　　3.4.1 過電壓保護和du/dt

27、限制</p><p>　　凡是超過晶閘管正常工作是承受的最大峰值電壓的都算過電壓。產(chǎn)生過壓的原因是電路中電感元件聚集的能量驟然釋放或是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護的部位來分，有交流側(cè)保護，直流側(cè)保護和元件保護。元件保護主要是通過阻容吸收電路，連線如圖4.4所示。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，所以可以有效的抑制尖

28、峰過電壓。串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。</p><p>　　3.4.2 過電流保護和di/dt限制</p><p>　　由于晶閘管的熱容量很小，一旦發(fā)生過電流時，溫度就會急劇上升可能燒壞PN結(jié)，造成元件內(nèi)部短路或開路。晶閘管發(fā)生過電流的原因主要有：負載端過載或短路；某個晶閘管被擊穿短路，造成其他元件的過電流；觸發(fā)電路工作不正常或受干擾，使晶閘管

29、誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護作用就在于當(dāng)過電流發(fā)生時，在允許的時間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的保護措施有下列幾種：</p><p>　　1.快速熔斷器 普通熔斷絲由于熔斷時間長，用來保護晶閘管很可能在晶閘管燒壞之后熔斷器還沒有熔斷，這樣就起不了保護作用。因此必須采用專用于保護晶閘管的快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔玫氖倾y質(zhì)熔絲，在同樣的過電流倍數(shù)下，它可以在

30、晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護的主要措施。</p><p>　　2.硒堆保護 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特性。當(dāng)硒堆上電壓超過某一數(shù)值后，它的電阻迅速減小，而且可以通過較大的電流，把過電壓的能量消耗在非線性電阻上，而硒堆并不損壞。硒堆可以單獨使用，也可以和阻容元件并聯(lián)使用。</p><p>　　本系統(tǒng)采用快速熔斷器對可控硅進行過流保護。</p>&l

31、t;p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計算</p><p><b>　　(1)的計算</b></p><p>　　—負載要求的整流電路輸出的最大值；</p><p>　　—晶閘管正向壓降，其數(shù)值為0.4—1.2V，通常取；</p><p>　　n—主電路中電流回路晶閘管的個數(shù)；</p><p&g

32、t;　　A—理想情況下時，整流輸出電壓與變壓器二次側(cè)相電壓之比；</p><p>　　C—線路接線方式系數(shù)；</p><p>　　—電網(wǎng)電壓波動系數(shù)，通常??；</p><p>　　—最小控制角，通常不可逆??；</p><p>　　—變壓器短路電壓比，100Kv以下的??；</p><p>　　—變壓器二次側(cè)實際工作電流額

33、定電流之比；</p><p>　　已知，取、，查表得，取,,,,查表得代入上式得：</p><p>　　，應(yīng)用式，查表得，取，，</p><p><b>　　取，電壓比 </b></p><p>　　（2）一次和二次向電流和的計算</p><p>　　由式得 ，由表得 ，，考慮勵磁電流和變壓器的

34、變比K，根據(jù)以上兩式得：</p><p>　?。?）變壓器的容量計算</p><p>　　(4)晶閘管參數(shù)選擇</p><p>　　由整流輸出電壓，進線線電壓為110V，晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次線電壓的電壓峰值，即：，晶閘管承受的最大正向電壓是線電壓的一半，即：?？紤]安全裕量，選擇電壓裕量為2倍關(guān)系，電流裕量為1.5倍關(guān)系，所以晶閘管的額定容量參數(shù)選擇為

35、：</p><p>　　3.5 控制電路設(shè)計</p><p>　　本控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)，其原理圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.5 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　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PI 調(diào)節(jié)器。圖4.7中標出了兩個調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實際極性，他們是按照電力電子變換器的控

36、制電壓Uc為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。圖3.7為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖3.8為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。ACR和ASR的輸入、輸出信號的極性，主要視觸發(fā)電路對控制電壓的要求而定。若觸發(fā)器要求ACR的輸出Uct為正極性，由于調(diào)節(jié)器一般為反向輸入，則要求ACR的輸入Ui*為負極性，所以，要求ASR輸入的給定電壓Un*為正極性。本文基于這種思想進行ASR和ACR設(shè)計。</p><p>

37、　　圖3.6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　基本數(shù)據(jù)</b></p><p>　　直流電動機：22KW、220V、116A、1500r/min、λ＝1.5</p><p><b>　　Ra=0.112Ω</b></

38、p><p>　　Ce=0.138 Vmin／r</p><p><b>　　Tl=0.116s</b></p><p><b>　　Tm=0.157s</b></p><p>　　Ton=Toi=0.00235s</p><p>　　L∑＝37.22mH</p>&

39、lt;p>　　晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=22</p><p>　　電樞回路電阻：R=0.32Ω</p><p>　　電流反饋系數(shù)：β=0.0575V/A（≈10V/1.5IN）</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=0.00667Vmin/v（≈10V/nN）</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></

40、p><p><b>　　靜態(tài)指標：無靜差</b></p><p>　　動態(tài)指標：電流超調(diào)量σi%≤5%，空載啟動到而定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%≤10%</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　1.電流環(huán)的設(shè)計</b></p><

41、p>　?。?）確定時間常數(shù)。①整流裝置滯后時間常數(shù)Ts,三相橋式整流電路的平均失控時間Ts=0.0017s。②電流濾波時間常數(shù)Toi,三相橋式電路每個波頭的時間是3.33ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1~2）Toi=3.33ms,因此取Toi=0.00235s。③電流環(huán)小時間常數(shù)TΣi,按小時間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+ Toi=0.00405s。</p><p>　?。?）確定電流環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)

42、。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求σi%≤5%，而且Tl/TΣi=0. 116/0.00405=28.6.電流環(huán)可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　?。?）電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。電流調(diào)節(jié)器選擇PI型，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　（4）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　　ACR超前時間常數(shù)==0.116s；電流開環(huán)增益：因要

43、求，故應(yīng)取，因此KI=123.5。于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p><b>　　Ki=3.62</b></p><p>　　（5）計算電流調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的原理圖如圖3.9所示。按所用運算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計算如下：</p><p>　　Ri= Ki *R0=

44、3.62*40000=145KΩ</p><p>　　Ci=0. 116/145=800uF</p><p>　　Coi=4* Toi/R0=4*0.00235/40000=235uF</p><p>　　圖3.8 電流調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　（6）校驗近似條件。電流環(huán)截止頻率=KI=123.5</p><p&g

45、t;　　1）校驗晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：，</p><p>　　因為>，所以滿足近似條件。</p><p>　　2）校驗忽略反電動勢對電流環(huán)影響的近似條件是否滿足：，</p><p>　　現(xiàn)在滿足近似條件(即123.5>22.23成立)。</p><p>　　3）校驗小時間常數(shù)的近似處理是否滿足條件：，</p&

46、gt;<p>　　現(xiàn)在166.8>,滿足近似條件。</p><p>　　按照上述參數(shù)，電流環(huán)滿足動態(tài)設(shè)計指標要求和近似條件。</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計</b></p><p>　?。?）確定時間常數(shù)。①電流環(huán)等效時間常數(shù)為2TΣi；②轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton，根據(jù)所用測速發(fā)動機紋波情況，取Ton=0.002

47、35s;③轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)TΣn按小時間常數(shù)近似處理，取。TΣn=2TΣi+Ton=0.0105s</p><p>　　（2）確定將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計要求轉(zhuǎn)速環(huán)無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)設(shè)計要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI型，其傳遞函數(shù)為</p><p>　?。?/p>

48、4）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)。按跟隨和抗干擾性能都能較好的原則取h=5，則</p><p>　　ASR超前時間常數(shù)為0.0525s</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為KN=(h+1)/(2*h*h* TΣn* TΣn)=1088</p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)為Kn=6*0.0575*0.138*0.157/10/0.00667/0.32/0.0105=33

49、.4</p><p>　?。?）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電路參數(shù)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖3.10所示，按所用運算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計算如下：</p><p>　　Rn=KnR0=33.4*40=1336KΩ</p><p>　　Cn=0.0525/Rn=0.0525/1336000=39.3nF</p><p>　　Con=4To

50、n/R0=4*0.00235/40000=235nF</p><p>　　圖3.9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　（6）校驗近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率=1088*0.0525=57.1</p><p>　　1）校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件是否滿足： </p><p>　　現(xiàn)在58.2>,滿足簡化條件。</p><

51、p>　　2）校驗小時間常數(shù)近似處理是否滿足，</p><p>　　現(xiàn)在76.4>,滿足近似條件。</p><p>　　3）校驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時，</p><p>　　而n的變量=116*0.32/0.138=269r/min，因此</p><p>　　超調(diào)量=0.821*2*1.5*269/1500*0.0105/0.157

52、=2.9%<10%，</p><p><b>　　能滿足設(shè)計要求。</b></p><p><b>　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)啟動時由于在啟動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從啟動時間

53、上看，第二階段恒流升速是主要的階段，因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了電流受限制下的快速啟動，利用了飽和非線性控制方法，達到“準時間最優(yōu)控制”。帶PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個特點，就是轉(zhuǎn)速必超調(diào)。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動保護和及時抑制電壓的波動。啟動時，讓轉(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)啟動電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變

54、化，迅速達到給定值；穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速負反饋外環(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)跟隨電流外環(huán)調(diào)節(jié)電機的電樞電流以平衡負載電流。</p><p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　經(jīng)過了大概一周的努力這次課程設(shè)計終于完成了，但是由于時間太倉促所以不是太完美，每次課程時機都有收獲，這次也不例外，通過這次課程設(shè)計我認識到運動控制不

55、僅僅是只學(xué)書本知識及就能學(xué)到其精髓的，只有理論聯(lián)系實際不斷的在生活中實踐才能明白運動控制的本質(zhì)原理，同時這次試驗也讓我認識到了計算能力的不足，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計和整體系統(tǒng)參數(shù)的計算。這讓我感到了深深的不足，如果沒有同學(xué)的指導(dǎo)和老師的幫助我是很難完成的，在此我要感謝所有給過我指導(dǎo)的老師和幫助我的同學(xué)，沒有他們我也許還會在黑暗中摸索好長時間。</p><p><b>　　6. 參考文獻</b>

56、</p><p>　　[1] 杜尚豐. CAN總線測控技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2007.1</p><p>　　[2] 杜樹春.單片機C語言和匯編語言混合編程實例詳解.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6</p><p>　　[3] 王兆安，等.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[4]

57、 張廣溢，等.電機學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[5] 王軍.自動控制原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[6] 導(dǎo)向科技.Protel DXP電子電路設(shè)計培訓(xùn)教程[M].北京：人民郵電大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[7] 周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與Matlab仿真[M].北京：中國電力出版