畢業(yè)設(shè)計(jì)--雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　目錄頁(yè)</b></p><p>　　第一章 緒論………………………………………………………………………2</p><p>　　1-1課題背景，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)設(shè)備…………………………………………2</p><p>　　1-2國(guó)內(nèi)外研究情況……………………………………………………………3</p><

2、p>　　第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論………………………………………………3</p><p>　　2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)…………………………………………………3</p><p>　　2-2系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)…………………………………………………4</p><p>　　2-3非典型系統(tǒng)的典型化………………………………………………………6</p&g

3、t;<p>　　2-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)…………………………………………7</p><p>　　第三章 模型參數(shù)測(cè)定和模型建立………………………………………………9</p><p>　　3-1系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟和原理…………………………………………9</p><p>　　3-2模型測(cè)定實(shí)驗(yàn)的計(jì)算分析…………………………………………………

4、11</p><p>　　3-3系統(tǒng)模型仿真和誤差分析…………………………………………………18</p><p>　　第四章 工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng)…………………22</p><p>　　4-1 設(shè)計(jì)整定的思路……………………………………………………………22</p><p>　　4-2 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正

5、，簡(jiǎn)化……………………………23</p><p>　　4-3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡(jiǎn)化………………………………25</p><p>　　4-4系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行整定………………………………………………………27</p><p>　　4-5 關(guān)于ASR和ACR調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步探討……………………………………33</p><p>　　第五章

6、設(shè)計(jì)分析和心得總結(jié)……………………………………………………34</p><p>　　5-1實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題…………………………………………………………34</p><p>　　5-2實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)………………………………………………………………35</p><p>　　第六章 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)……………………………………………………………38</p><

7、;p>　　6-1建模測(cè)定數(shù)據(jù)………………………………………………………………38</p><p>　　6-2 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)…………………………………………………………39</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1-1課題背景，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)設(shè)備</p><p>　　轉(zhuǎn)速，電流反饋

8、控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種動(dòng)靜態(tài)特性優(yōu)良的直流調(diào)速系統(tǒng)，它的控制規(guī)律是建立在經(jīng)典控制規(guī)律的基礎(chǔ)上的，用傳遞函數(shù)建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并從傳遞函數(shù)模型和開環(huán)頻域特性去總結(jié)其控制規(guī)律，用跟隨和抗擾兩個(gè)方面的指標(biāo)去衡量它的動(dòng)靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)速，電流反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種串級(jí)系統(tǒng)，所以其整定系統(tǒng)參數(shù)的方法也借鑒了一般串級(jí)系統(tǒng)的差別，但又有不同于一般串級(jí)系統(tǒng)的。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)的主要目的是針對(duì)一套調(diào)速系統(tǒng)（包括電源，電機(jī)

9、，勵(lì)磁回路等）建立模型并整定出帶濾波的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)正值暑期實(shí)踐及國(guó)際交流周，我們將用兩周的時(shí)間來完成參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)建模，調(diào)節(jié)器整定和系統(tǒng)投入運(yùn)行。</p><p>　　本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：</p><p>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本要求是：</p><p>　　1-2國(guó)內(nèi)外研究情況</p><p>　　雖然目前的

10、直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，調(diào)速系統(tǒng)的信號(hào)給定已經(jīng)做成集成電路，許多邏輯判斷通過嵌入式系統(tǒng)或者工業(yè)控制機(jī)加入調(diào)速系統(tǒng)，但對(duì)它乃至電力拖動(dòng)系統(tǒng)的研究是不會(huì)結(jié)束的，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的研究主要集中在</p><p>　　應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論雖然物理概念明確，理論分析直觀，但存在不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制和大系統(tǒng)控制等問題。隨著離散控制器及其理論的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論有了用武之地。高性能的計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)完成復(fù)雜的運(yùn)

11、算；系統(tǒng)辨識(shí)，參數(shù)估計(jì)和算法魯棒性上的應(yīng)用，大幅改善了控制效果。</p><p>　　研發(fā)新型的電力電子器件，隨著電力電子器件走向耐高壓，大功率，高頻化和智能化，新型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)能擁有更可靠的性能，能適應(yīng)更極端的工作條件。</p><p>　　與嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)合，嵌入式操作系統(tǒng)的加入能使電力拖動(dòng)系統(tǒng)擁有更強(qiáng)大的功能，包括聯(lián)網(wǎng)的云檢測(cè)故障，大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作等，此外，基于Linux的數(shù)字伺

12、服系統(tǒng)無疑是目前的研究熱點(diǎn)。</p><p>　　第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論 </p><p>　　2-1典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，無論是電機(jī)還是調(diào)節(jié)器都被看成一個(gè)拉普拉斯變換成的域模型，這些環(huán)節(jié)通過串并聯(lián)合反饋連接在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，就要先清楚一些典型系統(tǒng)的特性。<

13、/p><p>　　典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng)的區(qū)別在于原點(diǎn)處零極點(diǎn)的個(gè)數(shù)不同，而除原點(diǎn)外其他處的零極點(diǎn)個(gè)數(shù)則區(qū)分了同一典型系統(tǒng)的不同系統(tǒng)。</p><p>　　典型Ⅰ型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　,分別為系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)和開環(huán)增益。</p><p>　　典型Ⅱ型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　為一個(gè)比

14、例微分因子，附帶了慣性環(huán)節(jié)，比例微分因子存在的的作用是把系統(tǒng)的相頻特性提升到線以上，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。</p><p>　　典型Ⅰ型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p><p>　　為系統(tǒng)的自然振蕩頻率</p><p><b>　　為系統(tǒng)的阻尼比</b></p><p>　　典型Ⅰ型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為</p>&l

15、t;p>　　為斜率為的中頻段寬度。</p><p>　　對(duì)于Ⅰ型系統(tǒng)而言，開環(huán)增益K越大，截至頻率也越大，系統(tǒng)的響應(yīng)也越快，但是相角裕量裕量會(huì)變小，在響應(yīng)上的表現(xiàn)就是調(diào)節(jié)時(shí)間變短，但是振蕩會(huì)加劇。</p><p>　　2-2系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能，而要衡量調(diào)節(jié)器的設(shè)置和調(diào)整是否恰當(dāng)，就需要

16、一些相應(yīng)的指標(biāo)。</p><p>　　這些指標(biāo)包括兩大類，在下表中列出</p><p>　　表2-1 性能指標(biāo)及其定義</p><p>　?、裥拖到y(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)二階系統(tǒng)，它的暫態(tài)響應(yīng)特性指標(biāo)與系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩頻率有關(guān)，并且可以歸納成下表</p><p>　　表2-2 典型Ⅰ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p&g

17、t;<p>　?、蛐拖到y(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)三階系統(tǒng)，可以將它用主導(dǎo)零極點(diǎn)法簡(jiǎn)化成二階系統(tǒng)進(jìn)行分析，它的跟隨性能指標(biāo)也可以歸納為</p><p>　　表2-3 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)</p><p>　　2-3非典型系統(tǒng)的典型化</p><p>　　實(shí)際控制對(duì)象的傳遞函數(shù)多種多樣，往往受很多參數(shù)影響，并且直接由微分方程建立的是高次模型。為了構(gòu)造成

18、低階的典型系統(tǒng)，需要做許多近似處理，包括，</p><p>　　1.高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理</p><p>　　當(dāng)高頻段有幾個(gè)小時(shí)間常數(shù)（,…）時(shí)，用一個(gè)小時(shí)間常數(shù)來代替，并且有</p><p>　　高階系統(tǒng)降階近似處理</p><p>　　考察一般情況下的高階系統(tǒng)</p><p><b>　　系統(tǒng)穩(wěn)定，

19、即存在</b></p><p>　　則忽略系統(tǒng)的高次項(xiàng)，將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為</p><p>　　低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)中存在時(shí)間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時(shí)，存在近似條件</p><p><b>　　,或者</b></p><p>　　則慣性環(huán)節(jié)可以等效為，事實(shí)上，等

20、效后的相角裕量減小了，也就是說如果等效后的系統(tǒng)可以穩(wěn)定的話，等效前的系統(tǒng)一定穩(wěn)定，這也充分證明了這種等效是可用的。</p><p>　　2-4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1.設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)的電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　首先要對(duì)電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略反電動(dòng)勢(shì)的影響，再將內(nèi)環(huán)等效為單位負(fù)反饋，進(jìn)行小慣性環(huán)節(jié)近似處理，可以得到</p>&

21、lt;p>　　圖2-2 電流內(nèi)環(huán)的簡(jiǎn)化</p><p>　　其中 和 一般都比小得多，可以近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　設(shè)計(jì)出電流調(diào)節(jié)器后將電流環(huán)作等效處理</p><p>　　而內(nèi)環(huán)可以簡(jiǎn)化為典型Ⅰ型環(huán)節(jié)，從而在穩(wěn)態(tài)性能上得到電流無靜差，在暫態(tài)性能上有較強(qiáng)的跟蹤能力。</p><p><b>　　

22、系統(tǒng)參數(shù)要求滿足</b></p><p>　　由性能指標(biāo)就可以求出系統(tǒng)的開環(huán)增益和調(diào)節(jié)器的比例增益系數(shù)</p><p>　　由增益和時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)出調(diào)節(jié)器</p><p>　　圖2-3 ACR和ASR所用的帶濾波PI調(diào)節(jié)器</p><p>　　最后將電流環(huán)簡(jiǎn)化成一個(gè)典型Ⅰ型系統(tǒng)，作為外環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)</p><p&

23、gt;<b>　　2.設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　進(jìn)行小時(shí)間常數(shù)近似處理</p><p>　　圖2-4 簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)速環(huán)</p><p>　　將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型Ⅱ系統(tǒng)，以保證轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾動(dòng)能力。再計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例增益和時(shí)間常數(shù)</p><p>　　從而得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電阻和電容值</p>

24、<p>　　第三章 模型參數(shù)測(cè)定和模型建立</p><p>　　3-1系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟和原理</p><p>　　表3-1 各模型參數(shù)的測(cè)量方法</p><p>　　3-2模型測(cè)定實(shí)驗(yàn)的計(jì)算分析</p><p><b>　　(1) 測(cè)量參數(shù)</b></p><p>　　表3-2

25、電樞內(nèi)阻的測(cè)量結(jié)果</p><p>　　測(cè)量結(jié)果的不同主要是由于電機(jī)轉(zhuǎn)軸的偏心，導(dǎo)致?lián)Q向片和電樞間接觸或緊或松，接觸電阻或小或大，實(shí)際電機(jī)運(yùn)行中還存在氣隙偏心等問題，但是只要對(duì)電樞電阻的影響小于就可以忽略。如上表，三次測(cè)量結(jié)果和均值的相對(duì)偏差都小于1%，考慮三次測(cè)量的位置互成，轉(zhuǎn)子偏心對(duì)電樞內(nèi)阻的影響可以抵消，所求的電樞內(nèi)阻平均值是可信的</p><p><b>　　(2)測(cè)量參

26、數(shù)</b></p><p><b>　　計(jì)算公式</b></p><p>　　表3-3 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)的測(cè)量結(jié)果 </p><p>　　電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速系數(shù)是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組內(nèi)部切割磁力線所感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)，也稱為發(fā)電系數(shù)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。電動(dòng)勢(shì)系數(shù)直接反映了勵(lì)磁的強(qiáng)弱，實(shí)驗(yàn)中沒有改變勵(lì)磁回路的電阻，所以這個(gè)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)

27、是一直適用的。</p><p>　　本組數(shù)據(jù)是僅有的一組既測(cè)量了 又同時(shí)加了勵(lì)磁的數(shù)據(jù)，這就意味著這組數(shù)據(jù)可以在某種程度上用來檢驗(yàn)建立后模型的準(zhǔn)確性。</p><p>　　原始數(shù)據(jù)中的和建立模型后仿真得到的結(jié)果又較大差異，這一點(diǎn)有可能是勵(lì)磁變化導(dǎo)致的，在后面的模型偏差分析中會(huì)做較詳細(xì)的討論。 </p><p><b>　　(3)電源等效內(nèi)阻</b&

28、gt;</p><p><b>　　計(jì)算公式</b></p><p>　　表3-4 電源內(nèi)阻的測(cè)量結(jié)果</p><p>　　通過聯(lián)立電樞回路的KVL方程，利用轉(zhuǎn)速為0，電樞電流與電源端電壓的關(guān)系，消去轉(zhuǎn)速和電樞回路電阻，求電源內(nèi)阻。但是實(shí)驗(yàn)時(shí)求取的電樞電流不夠精確，導(dǎo)致求不出精確的電源內(nèi)阻，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電源內(nèi)阻在10~20之間，所以所得的電阻值可

29、以勉強(qiáng)使用。</p><p><b>　　(4)電源放大系數(shù)</b></p><p><b>　　計(jì)算公式</b></p><p>　　表3-5 電源放大系數(shù)的測(cè)量結(jié)果</p><p>　　圖 期望的電源放大系數(shù)關(guān)系</p><p>　　給定電壓和電源輸出電壓的關(guān)系只有在一

30、定范圍內(nèi)才可以被看成一個(gè)比例關(guān)系，過小的給定電壓，輸出處于死區(qū)，而過大的給定電壓又會(huì)使輸出飽和，輸出電壓的值不再隨給定電壓的增加而增加。通常系統(tǒng)工作在死區(qū)和飽和區(qū)中間的線性區(qū)內(nèi)。</p><p>　　由于實(shí)驗(yàn)中給定電壓的范圍沒有選好，導(dǎo)致給定電壓較小時(shí)的死區(qū)特性沒有明顯的表示出來。此外實(shí)驗(yàn)區(qū)線中的線性區(qū)也遠(yuǎn)不如期望曲線那樣直。</p><p>　　實(shí)際上觸發(fā)角控制電壓的關(guān)系如下</p

31、><p>　　整流輸出的瞬時(shí)電壓和平均電壓為</p><p>　　其中為脈沖觸發(fā)延遲角 整流輸出的最大電壓 為一個(gè)周期內(nèi)的脈動(dòng)個(gè)數(shù)</p><p>　　結(jié)合影響觸發(fā)角的原理，輸出電壓不僅由于器件存在飽和現(xiàn)象和不靈敏現(xiàn)象，同時(shí)受電感變化和諧波的影響，使得Ks即使在線性段也有較大的變化。</p><p>　　在的關(guān)系中表現(xiàn)為兩者的斜率，這個(gè)斜率應(yīng)該

32、隨著的增加而先變大后變小，但在為1V時(shí)出現(xiàn)了一些反復(fù)，這應(yīng)該是由于測(cè)量過程中的誤差帶來的，是由于在記錄這一點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)沒有將電樞電流調(diào)回0.5A導(dǎo)致的。</p><p>　　要得到模型中放大系數(shù)，可以用線性區(qū)中幾組的平均值。</p><p><b>　　表3-6 的線性化</b></p><p><b>　　直接測(cè)量得到的量</b&

33、gt;</p><p>　　測(cè)得平波電抗器的電阻后就可以得到電樞回路的總電阻</p><p>　　由直接測(cè)量得到的兩個(gè)電感值和電樞回路總電阻就可以得到電機(jī)的電磁時(shí)間常數(shù)</p><p>　　示波器采集到的轉(zhuǎn)速-時(shí)間波形</p><p>　　圖 3-1 突加給定后的電機(jī)電流響應(yīng)</p><p>　　由以上的波形圖可以大致

34、求出系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)</p><p>　　求出陰影部分的面積為</p><p>　　縱坐標(biāo)一格代表 1.4A/4=0.35A</p><p><b>　　機(jī)電時(shí)間常數(shù)為</b></p><p>　　綜上，典型話后系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)的系數(shù)為</p><p>　　表3-7 模型參數(shù)的取值&

35、lt;/p><p>　　系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為</p><p>　　圖3-2 V-M系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　3-3系統(tǒng)模型仿真和誤差分析</p><p>　　利用求取電動(dòng)勢(shì)系數(shù)的轉(zhuǎn)速-給定表和，不同電樞電流對(duì)應(yīng)的電源放大系數(shù)表可以對(duì)已經(jīng)建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，雖然求電源放大系數(shù)時(shí)沒有加入勵(lì)磁磁通，電機(jī)沒有轉(zhuǎn)速，但鑒于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速帶來的反電動(dòng)勢(shì)

36、不影響電源環(huán)節(jié)的輸入輸出，所以和的關(guān)系是可以使用的。</p><p>　　在已經(jīng)建立的晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型中改變的值，可以得到</p><p>　　表3-8 模型靜特性與測(cè)得的特性對(duì)比</p><p>　　圖3-3 模型響應(yīng)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比</p><p>　　比較可知，由參數(shù)測(cè)定得到的模型在轉(zhuǎn)速和電源電壓上偏小，由</p>

37、<p>　　下面通過仿真探討模型誤差可能的來源。</p><p>　　晶閘管整流器輸出的電源電壓較大時(shí)，也是電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的給定電壓也較大，可以看到，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立的模型仿真結(jié)果又較大的差異，可能有以下一些原因帶來了模型偏差</p><p>　　①實(shí)驗(yàn)中勵(lì)磁磁通可能改變了，導(dǎo)致測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)的勵(lì)磁磁通和建立模型某一參量時(shí)的勵(lì)磁磁通不相匹配，也就是說在這一模型中電

38、動(dòng)勢(shì)系數(shù)是不合適的。</p><p>　?、趯?shí)驗(yàn)中電樞電壓測(cè)量存在偏差，由于電源電壓的測(cè)量精度不夠等原因，會(huì)影響到模型中電機(jī)的機(jī)械特性，從而改變給定電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。</p><p>　　③電源放大系數(shù)的非線性性帶來模型的偏差，由之前的模型計(jì)算可以看出，電阻和電感的測(cè)量都是相對(duì)精確的，但是測(cè)量計(jì)算得到的電源放大系數(shù)卻隨給定電壓的變化存在明顯的非線性性，這會(huì)導(dǎo)致模型中的電源端電壓和實(shí)驗(yàn)中

39、的電源端電壓不一致，從而影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　下面對(duì)以上三種可能的原因進(jìn)行討論</p><p>　?、傥覀?cè)囍淖冸妱?dòng)勢(shì)系數(shù),觀察在同樣給定下電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化</p><p>　　圖3--4 改變勵(lì)磁后的電機(jī)起動(dòng)</p><p>　　可以看到隨著電動(dòng)勢(shì)系數(shù)減小，也就是勵(lì)磁磁通減小，電機(jī)穩(wěn)定后的轉(zhuǎn)速會(huì)有所上升，在0.833V的給定

40、電壓時(shí)，實(shí)驗(yàn)得到的轉(zhuǎn)速是1086rpm，電壓為159V，而理論仿真得到的轉(zhuǎn)速和電壓分別為867rpm，和178V，按照我們?cè)陔姍C(jī)拖動(dòng)中德知識(shí)，弱磁后系統(tǒng)電壓減小，在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速提高，并符合模型偏差量，結(jié)合，給定電壓較大時(shí)（1.465V）時(shí)的情況，可以初步判斷，有可能是勵(lì)磁磁通變化帶來模型誤差。</p><p>　?、诟淖冸姌须娮?，觀察轉(zhuǎn)速的變化</p><p>　　圖3-5 改變電樞電阻

41、后的電機(jī)起動(dòng)（空載/負(fù)載）</p><p>　　可以看到，在存在負(fù)載時(shí)，電樞電阻偏大會(huì)降低最后的轉(zhuǎn)速，但是計(jì)算模型時(shí)的電阻只包括電樞內(nèi)阻，電抗阻值和電源內(nèi)阻，實(shí)驗(yàn)時(shí)還存在起動(dòng)電阻沒有完全切除的可能，所以電阻測(cè)量的偏差不是模型誤差的來源。</p><p>　?、鄹淖兡Ｐ椭械碾娫捶糯笙禂?shù)，考慮到模型電源放大系數(shù)的非線性性，</p><p>　　圖 3-6 改變電源放大系

42、數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響</p><p>　　仿真和實(shí)驗(yàn)時(shí)給定電壓0.833V時(shí)的轉(zhuǎn)速分別為867rpm和1086rpm，由上圖可以看到Ks的偏大會(huì)使轉(zhuǎn)速偏大，實(shí)際轉(zhuǎn)速較模型仿真出的轉(zhuǎn)速偏大，可能是模型電源放大系數(shù)偏小帶來的，但這是不合理的，因?yàn)樵谟?jì)算平均放大系數(shù)時(shí)所用線性段放大系數(shù)都是偏大的，很難想象模型的放大系數(shù)還會(huì)出現(xiàn)偏小的情況。</p><p>　　綜上所述，模型的偏差是由于得到參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和

43、得到轉(zhuǎn)速的實(shí)驗(yàn)勵(lì)磁磁通不同帶來，這是可以接受的，因?yàn)閷?shí)際中勵(lì)磁磁通本來就會(huì)不斷改變。</p><p>　　第四章 工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　4-1 設(shè)計(jì)整定的思路</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)典型的串級(jí)系統(tǒng)，其整定方法和其他串級(jí)系統(tǒng)類似，有三種整定方法，一步整定法，兩步整定法和逐步逼近法，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用的是兩步整定

44、法，先整定電流內(nèi)環(huán)，后整定轉(zhuǎn)速外環(huán)。</p><p>　　電流內(nèi)環(huán)的要求主要是快速跟隨，轉(zhuǎn)速外環(huán)的主要要求是抗擾動(dòng)，消除轉(zhuǎn)速靜差，由此確定內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化為典型Ⅰ型系統(tǒng)，外環(huán)為典型Ⅱ型。</p><p>　　實(shí)際系統(tǒng)和理論系統(tǒng)不同，實(shí)際系統(tǒng)必須有濾波環(huán)節(jié)以減少高頻干擾信號(hào)，在這個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中還必須有電流濾波，轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)為了保證綜合點(diǎn)處參與運(yùn)算的量相位相同，同樣的濾波（一階

45、慣性）環(huán)節(jié)加在反饋回路是有必要的。</p><p>　　4-2 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正，簡(jiǎn)化</p><p>　　已經(jīng)計(jì)算得到的系統(tǒng)模型參數(shù)如下</p><p><b>　　表4-1 模型參數(shù)</b></p><p>　　要求的性能指標(biāo)和已知條件如下</p><p><b>　

46、　表4-2 性能指標(biāo)</b></p><p>　　由 </p><p><b>　　所以電流內(nèi)環(huán)簡(jiǎn)化為</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　檢查電源電壓的抗擾能力</p><p>　　查看抗擾能力表可知，可

47、以滿足題目的要求</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　要求起動(dòng)超調(diào)量小于5%，查表，取(為電流環(huán)開環(huán)增益）</p><p>　　所以電流調(diào)節(jié)器的開環(huán)增益為</p><p>　　得到電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)間常數(shù)</p><p&g

48、t;<b>　　又有</b></p><p>　　查表可知電流內(nèi)環(huán)等效的典型Ⅰ型系統(tǒng)超調(diào)量</p><p><b>　　滿足系統(tǒng)要求</b></p><p><b>　　而對(duì)于電流調(diào)節(jié)器有</b></p><p><b>　　所以 </b></p&g

49、t;<p>　　圖4-1 電流內(nèi)環(huán)的起動(dòng)波形</p><p>　　4-3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡(jiǎn)化</p><p><b>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)測(cè)速發(fā)電機(jī)的紋波情況，可以取</p><p>　　確定轉(zhuǎn)速環(huán)的小時(shí)間常數(shù)</p><p>　　

50、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　要求的跟隨和抗擾動(dòng)性能較好，，選取系統(tǒng)開環(huán)傳函的中頻帶寬，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　同時(shí)求出轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</p><p>　　得到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　對(duì)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有</b></p><p><

51、;b>　　所以</b></p><p>　　由中頻帶寬h=5查表得到轉(zhuǎn)速超調(diào)量為37.6%，但實(shí)際上由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)飽和，其超調(diào)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到37.6%</p><p>　　圖 4-2 轉(zhuǎn)速環(huán)的起動(dòng)波形圖</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速超調(diào)量</b></p><p>　　得到計(jì)算出的轉(zhuǎn)速電流調(diào)

52、節(jié)器參數(shù)</p><p>　　ACR ASR </p><p>　　而在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器都是PI調(diào)節(jié)器，電路圖可以參考圖2-3</p><p>　　4-4系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行整定</p><p>　　計(jì)算得到理論的參數(shù)后，進(jìn)行simulink仿真發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流的超調(diào)量都滿足系統(tǒng)性能要求，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

53、行整定。</p><p>　　圖 4-3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　表4-3 系統(tǒng)的整定</p><p><b>　　測(cè)定的靜特性數(shù)據(jù)為</b></p><p>　　表4-4 系統(tǒng)的靜特性原始數(shù)據(jù)</p><p>　　圖4-3 系統(tǒng)的靜特性曲線</p><p>　

54、　系統(tǒng)動(dòng)態(tài)起動(dòng)波形如下</p><p>　　圖4-4 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流轉(zhuǎn)速起動(dòng)波形</p><p>　　調(diào)整后的系統(tǒng)的ASR，ACR參數(shù)為</p><p>　　4-5 關(guān)于ASR和ACR調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步探討</p><p>　　圖4-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的simulink仿真和起動(dòng)波形圖</p><p>　　用計(jì)算出來的參

55、數(shù)調(diào)節(jié)測(cè)定出的V-M模型，轉(zhuǎn)速，電流超調(diào)量都滿足要求。</p><p>　　通過4-2和4-3中計(jì)算得到的ASR和ACR參數(shù)和最終整定出的參數(shù)有較大的區(qū)別，這個(gè)區(qū)別有可能是計(jì)算中的等效和簡(jiǎn)化造成的，當(dāng)然實(shí)際調(diào)試過程中也存在很多偶然性，所以這里只探討參數(shù)數(shù)量級(jí)上的差別，不探討具體差多少。</p><p>　?、贋榱撕?jiǎn)化設(shè)計(jì)工作，我們?cè)谟?jì)算電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)時(shí)忽略了反電動(dòng)勢(shì)的影響，但是反電動(dòng)勢(shì)和

56、轉(zhuǎn)速成正比，雙閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)起動(dòng)過程中反電動(dòng)勢(shì)的變化會(huì)引起起動(dòng)電流的波動(dòng)，并且會(huì)給電流帶來靜差。忽略轉(zhuǎn)速對(duì)電流的影響會(huì)減少電流波動(dòng)，影響ACR和ASR的比例，時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)影響的條件是</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中用到的是小電機(jī)，機(jī)電時(shí)間常數(shù)偏小，又由于電樞電流偏小</p><p>　?。?，所用的電感值小，電樞電阻大，所以電磁時(shí)間常

57、數(shù)也較小，所以忽略反電動(dòng)勢(shì)的條件可能使不穩(wěn)定的，會(huì)帶來較大的誤差。</p><p>　?、谛T性環(huán)節(jié)的近似，在得到電流內(nèi)環(huán)的簡(jiǎn)化中</p><p>　　小慣性環(huán)節(jié)近似的條件是</p><p>　　由于實(shí)際系統(tǒng)階數(shù)比簡(jiǎn)化系統(tǒng)高，所以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的伯德圖截止頻率較低，這個(gè)條件不一定滿足。</p><p>　?、鄹唠A系統(tǒng)低階化成為一階慣性環(huán)節(jié)，加快了電

58、流的跟隨作用，這樣設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)超調(diào)量會(huì)減小，實(shí)際運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)更大的超調(diào)。</p><p>　?、苡?jì)算ASR和ACR參數(shù)所用的方法主要是針對(duì)大電機(jī)的，大電機(jī)的電感大，電樞電阻?。ㄒ韵拢?，電磁時(shí)間常數(shù)大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)也大，而實(shí)驗(yàn)中用到的是小電機(jī)，電樞電阻大（），而且電樞電流也小，所以計(jì)算出的參數(shù)只能作為參考。</p><p>　　第五章 設(shè)計(jì)分析和心得總結(jié)</p><p&g

59、t;　　5-1實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題</p><p>　　模型參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)和工程方法整定過程中出現(xiàn)的問題都已經(jīng)在表3-1和表4-1中列出了。</p><p>　　投入運(yùn)行后實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了一系列問題，如</p><p>　?、俎D(zhuǎn)速反饋線接反。轉(zhuǎn)速反饋環(huán)必須構(gòu)成負(fù)反饋，一旦環(huán)內(nèi)沒有一個(gè)環(huán)節(jié)取反，系統(tǒng)就會(huì)失去對(duì)轉(zhuǎn)速的控制作用，轉(zhuǎn)速很快會(huì)上升到2200rpm左右。</p>

60、;<p>　?、谵D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電容過大。在整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)時(shí)，為了將系統(tǒng)的波動(dòng)消除，超調(diào)減少，會(huì)出現(xiàn)矯枉過正，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電容過大，積分作用變?nèi)?，系統(tǒng)消除靜差的能力小時(shí)間，最大給定電壓時(shí)調(diào)不到額定轉(zhuǎn)速上。</p><p>　?、壅{(diào)節(jié)器調(diào)整不當(dāng)，引起輸出電流和轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)大量紋波，主要是要把握ASR和ACR阻值，容值的大概范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)調(diào)整。</p><p>　?、茉诮o定電壓太

61、小時(shí)，空載或者負(fù)載過輕時(shí)出現(xiàn)了電流斷續(xù)的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速也隨之大幅波動(dòng)。系統(tǒng)的調(diào)速范圍為3，也就給定電壓對(duì)應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速不能低于483rpm。</p><p>　?、萃瑯邮强蛰d，加入負(fù)載電機(jī)，切除負(fù)載電阻和直接切除負(fù)載電機(jī)對(duì)系統(tǒng)靜特性的影響，即使扣除負(fù)載電機(jī)存在空載轉(zhuǎn)矩，仍然不同，這可能是負(fù)載電機(jī)等效成拖動(dòng)端的模型是一個(gè)阻抗模型而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻的緣故。</p><p><b>　　5

62、-2實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)</b></p><p>　　這次實(shí)驗(yàn)是一次按部就班的畢業(yè)設(shè)計(jì)，但是讓我們對(duì)平常沒有注意到的已知參數(shù)有了更多地了解，和更深刻的認(rèn)識(shí)。</p><p>　　首先是傳遞函數(shù)模型，以往傳遞函數(shù)模型都是題設(shè)中已知的，這次是第一次讓我們自己來測(cè)量分析雙閉環(huán)系統(tǒng)各個(gè)部分的模型，讓我認(rèn)識(shí)到，模型就是對(duì)環(huán)節(jié)主要參數(shù)的突出和對(duì)次要參數(shù)或者復(fù)雜參數(shù)的忽略，例如電機(jī)的模型，我們只抓住

63、了電機(jī)的慣性特性（電機(jī)的起動(dòng)需要時(shí)間，起動(dòng)過程電流和轉(zhuǎn)速都有一個(gè)變化過程）和電磁特性（電機(jī)在電路中就等效為一個(gè)實(shí)際電感）。對(duì)于晶閘管整流電源，我們就抓住了整流類型對(duì)輸出的影響（平均失控時(shí)間）和電源輸出電壓與控制電壓的關(guān)系（電源放大系數(shù)）。</p><p>　　同時(shí)，自己建立和化簡(jiǎn)傳遞函數(shù)模型的過程也使自己加深了對(duì)傳遞函數(shù)作用的理解，傳遞函數(shù)的存在可以大致描述但輸入單輸出的系統(tǒng)，對(duì)于可能存在的耦合，傳遞函數(shù)模型無法

64、準(zhǔn)確地描述，這也是為什么電流環(huán)的簡(jiǎn)化模型忽略了反電動(dòng)勢(shì)。傳遞函數(shù)模型的簡(jiǎn)化大大降低了描述的精度，特別是對(duì)于不合適的簡(jiǎn)化，例如本次實(shí)驗(yàn)中所用的電機(jī)，一定程度上不符合所有的簡(jiǎn)化過程，造成了較大的偏差。</p><p>　　然后是工程方法整定調(diào)節(jié)器，我們第一次對(duì)限幅有了體會(huì)，實(shí)際系統(tǒng)中的積分器一定有飽和，為了防止飽和，有必要人為設(shè)置限幅，限幅值的大小取決于輸出端的兩個(gè)正負(fù)鉗位電阻，與輸入無關(guān)。然后是電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋，

65、都是以前運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中涉及到的，值得記住的是調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)時(shí)所用的方法，利用傳感器輸入輸出的線性性，用一半的輸入去調(diào)一半的輸出，防止電路長(zhǎng)時(shí)間過流。</p><p>　　最后是參數(shù)整定，計(jì)算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)只能作為參考，實(shí)際整定的結(jié)果和計(jì)算有相當(dāng)大的差距，這是簡(jiǎn)化過程和計(jì)算偏差帶來的，測(cè)定靜特性方程和動(dòng)態(tài)起動(dòng)波形圖的方法都是以往涉及的的，這次只是再溫習(xí)罷了。</p><p>　　作為本科

66、生涯的最后一次畢業(yè)實(shí)驗(yàn)，我覺得自己還是缺乏準(zhǔn)備的，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)完成得比較凌亂，對(duì)于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也沒有去查找資料，做一些理解，以后無論是學(xué)習(xí)還是工作中遇事還是要多做準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο啾惹皟纱卧谕粚?shí)驗(yàn)平臺(tái)的經(jīng)歷還是有所提高的，至少自己試著去尋找問題了，但是由于沒有理清實(shí)驗(yàn)的思路，只是搬套老師的步驟，這就顯得意義不大了，真正的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是自己需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的想法，實(shí)驗(yàn)前就要羅列實(shí)驗(yàn)中要驗(yàn)證或者尋找的說法。自己要理解老師的實(shí)驗(yàn)要求，變成自己在做實(shí)驗(yàn)。&

67、lt;/p><p>　　關(guān)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成，這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告相比自己以前的，無論是在排版還是在思路上都有提高，排版上保持實(shí)驗(yàn)過程，分析過程，計(jì)算推導(dǎo)過程結(jié)構(gòu)化，特別是實(shí)驗(yàn)過程，用表格的形式，可以給需要完成實(shí)驗(yàn)的人一目了然的說明。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的思路上，大致順序是按實(shí)驗(yàn)的時(shí)間順序完成的，不過同樣實(shí)驗(yàn)部分的實(shí)驗(yàn)前分析，實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是寫在一起的，便于查閱。然而，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的概括性仍然不夠，以后提高的方向是用更少的話寫更多地步驟