運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)--電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　本次的課程設(shè)計(jì)為時(shí)兩周，是對(duì)本學(xué)期所學(xué)的《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》進(jìn)行一次全面的總結(jié)，是從理論到實(shí)際的升華，也是畢業(yè)設(shè)計(jì)前的一次重要練兵。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是三機(jī)架冷連軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此說(shuō)明書(shū)是根據(jù)三機(jī)架冷連軋機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)編寫(xiě)的。</p><p>　　冷連軋機(jī)是供冷軋鋁板帶、銅板帶

2、等帶材之用，在工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程中，鋼鐵工業(yè)一直是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，地位重要，而冷板帶的生產(chǎn)又是鋼鐵工業(yè)發(fā)展中的重要方向之一。冷連軋機(jī)即生產(chǎn)板帶的生產(chǎn)設(shè)備，其性能的好壞直接決定板帶的質(zhì)量，進(jìn)而影響我國(guó)工業(yè)化 ，所以冷連軋機(jī)的發(fā)展十分重要。冷連軋機(jī)控制系統(tǒng)的核心就是電機(jī)的控制，可將其視為一個(gè)復(fù)雜的電力拖動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　目前在許多需要調(diào)速或快速正反轉(zhuǎn)的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的是直流調(diào)速設(shè)計(jì)方法，直流電動(dòng)機(jī)具有良好的

3、起、制動(dòng)性能，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，但設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能指標(biāo)是相同的，實(shí)際系統(tǒng)所要求的指標(biāo)往往是不同的，所以采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不一定都能得到滿意的結(jié)果。如果我們?cè)诎瓷鲜鲈O(shè)計(jì)法確定調(diào)節(jié)器形式的基礎(chǔ)上，再找出調(diào)節(jié)器參數(shù)改變時(shí)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)性能指標(biāo)的變化趨勢(shì)，那么在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)速時(shí)就可以根據(jù)得到的變換趨勢(shì)，按系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求來(lái)調(diào)整和選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)，從而獲得實(shí)際系統(tǒng)要求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。</p><p&

4、gt;　　從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量來(lái)看，電力拖動(dòng)系統(tǒng)包括調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）、張力控制系統(tǒng)、多電機(jī)同步控制系統(tǒng)等多種類型，各種系統(tǒng)往往都是通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　隨著科技的發(fā)展，直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法不斷創(chuàng)新，控制性能不斷提高。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可謂直流調(diào)速經(jīng)典方法，具有很好的控制性能，其實(shí)現(xiàn)方式也擴(kuò)展到了全數(shù)字式。</p>

5、<p>　　本次設(shè)計(jì)采用的是全模擬器件搭建的電路，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，但物理意義較強(qiáng)，有利于我們對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的深入理解。由于本人學(xué)識(shí)有限，有錯(cuò)誤或不當(dāng)之處，請(qǐng)指出并批評(píng)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)者：任甜</b></p><p><b>　　2010年1月</b></p><p><b>　　緒論

6、</b></p><p>　　1.1 課程設(shè)計(jì)的背景、目的和要求</p><p>　　1.1.1設(shè)計(jì)的背景</p><p>　　三機(jī)架冷連軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金條材之用，為了提高其生產(chǎn)效率，冷連軋機(jī)將帶材原料經(jīng)過(guò)一個(gè)次軋制過(guò)程軋成所需厚度、平整度和表面光潔度的冷軋帶卷。在冷軋銅板帶的控制系統(tǒng)中，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量和工藝過(guò)程的穩(wěn)定，冷連軋機(jī)的軋制速度需要

7、進(jìn)行嚴(yán)格的控制，冷連軋機(jī)的軋制速度一般指軋件出口處的速度，三機(jī)架冷連軋機(jī)布置圖如圖1.1，在本設(shè)計(jì)中指3#主工作架工作輥出口處的速度，軋制速度作為軋機(jī)的一項(xiàng)重要工藝指標(biāo)，與連軋機(jī)本身的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能力、軋件的工藝特性以及軋制時(shí)的操作條件都有很大的關(guān)系。</p><p>　　為了控制連軋機(jī)的軋制速度，要求冷連軋機(jī)左邊的開(kāi)卷機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，最右邊的卷取機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。</p><p>　　圖

8、1.1 三機(jī)架冷連軋機(jī)布置圖</p><p>　　1.1.2 設(shè)計(jì)目的</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實(shí)踐性和工程背景，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的知識(shí)和理論分析以及解決運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計(jì)思路，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)及正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)等

9、工具書(shū)的能力，理解分析、制定設(shè)計(jì)方案的能力、設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力，實(shí)驗(yàn)研究及系統(tǒng)調(diào)試能力，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。</p><p>　　1.1.3 設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1)三臺(tái)主工作機(jī)架的主電動(dòng)機(jī)參數(shù)要求均一樣，只設(shè)計(jì)一臺(tái)控制系統(tǒng)就行。</p><p>　　2)設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的速度超調(diào)量。</p><

10、p>　　1.1.4 直流電動(dòng)機(jī)參數(shù)：</p><p>　　，，，，，，，允許電流過(guò)載倍數(shù)。</p><p>　　1.2 冷連軋機(jī)簡(jiǎn)介及其工藝流程</p><p>　　1.2.1 冷連軋機(jī)的簡(jiǎn)介</p><p>　　軋制方式主要有可逆式軋制方式和連續(xù)式軋制方式，小規(guī)模的冷軋廠，應(yīng)首先選擇可逆式軋制方式。如果可逆式軋制方式不能覆蓋設(shè)計(jì)產(chǎn)量

11、的話，那就應(yīng)該考慮選擇連續(xù)式軋制方式。特別是對(duì)于年生產(chǎn)規(guī)模大于80萬(wàn)噸，產(chǎn)品品種和規(guī)格并不是很復(fù)雜時(shí)，則優(yōu)先考慮多機(jī)架的連軋方式。</p><p>　　連續(xù)式軋制的主體設(shè)備是連軋機(jī)，由多個(gè)機(jī)架組成，三個(gè)到六個(gè)機(jī)架不等，視帶鋼最終厚度、帶鋼總壓下量要求而定（在本次設(shè)計(jì)中機(jī)架數(shù)已規(guī)定為3個(gè)）。</p><p>　　冷連軋機(jī)一般選用4輥或6輥機(jī)型。對(duì)于那些難軋制的金屬，如果選用直徑較大的4輥軋機(jī)

12、，由于所需的軋制力大，軋制將變得十分困難，甚至不可能獲得最終厚度。減小工作輥直徑，也就是減小了軋輥與帶鋼的接觸弧長(zhǎng)度，降低單位寬度軋制力，是解決這個(gè)問(wèn)題的有效途徑，因此，帶鋼的材料特性決定了選用何種機(jī)型。一般說(shuō)來(lái)，在普通4輥軋機(jī)或6輥軋機(jī)中，考慮到軋輥允許的擠壓應(yīng)力以及工作輥水平穩(wěn)定問(wèn)題，4輥軋機(jī)支撐輥與工作輥直徑比在2.5~2.8范圍內(nèi)，6輥軋機(jī)支撐輥直徑與工作輥直徑比可大些，在3.3~3.7范圍。在本次設(shè)計(jì)中我們采用4輥軋機(jī)機(jī)型。&

13、lt;/p><p>　　連續(xù)式軋制最大的特點(diǎn)是產(chǎn)量高，年軋制量一般在80~250萬(wàn)噸，甚至還可以更高。連續(xù)式軋制是一種高效率的生產(chǎn)方式，軋制速度比可逆式要高，目前最高軋制速度已達(dá)到2500m/min水平，可逆式軋制速度一般在1400m/min以下。成材率高是連續(xù)軋制的另一特點(diǎn)。由于連續(xù)軋制避免了一卷帶鋼反復(fù)開(kāi)卷和卷取，大大地降低了帶鋼表面被擦傷劃傷的可能性。如果帶鋼最終表面要求有一定粗糙度時(shí)，在可逆式軋制時(shí)最后道次必

14、須更換上經(jīng)毛化的工作輥，而連續(xù)軋制就很容易實(shí)現(xiàn)，只要在最末機(jī)架使用毛化工作輥即可。</p><p>　　大多數(shù)的寬帶鋼冷連軋機(jī)的設(shè)計(jì)最薄可軋厚度都在0.25mm以上，但出于提高機(jī)組生產(chǎn)效率的考慮，實(shí)際上生產(chǎn)的厚度往往在0.3mm以上，因?yàn)閹т摵穸仍奖。绍埖膶挾染驮秸?。在本設(shè)計(jì)中，來(lái)料厚度為2.5~6.0mm，成品厚度為1.0~2.5mm，根據(jù)上述的經(jīng)驗(yàn)值，完全是可實(shí)現(xiàn)的。</p><p>

15、;　　1.2.2 工藝流程</p><p>　　鋼卷由吊車放至步進(jìn)梁，步進(jìn)梁傳送，將鋼卷送至鋼卷小車，由鋼卷小車將其運(yùn)至開(kāi)卷機(jī)，開(kāi)卷后經(jīng)矯頭機(jī)矯直帶頭，送至雙切剪（用于切頭、切尾），經(jīng)過(guò)焊機(jī)將之與前一卷帶鋼的帶尾焊接，進(jìn)入入口活套，然后經(jīng)過(guò)拉伸矯直（使表面的氧化皮易于剝落），進(jìn)入酸洗槽，去除鋼材表面的氧化鐵皮，進(jìn)入中間活套，進(jìn)入中間活套，經(jīng)開(kāi)槽機(jī)，圓盤(pán)剪進(jìn)行切邊，然后進(jìn)入出口活套及三機(jī)架冷軋機(jī)，經(jīng)飛剪，去卷取機(jī)。

16、在出口步進(jìn)梁上進(jìn)行稱重、打捆、入庫(kù)堆放。</p><p>　　綜上，可將上述的工藝流程簡(jiǎn)要概括為以下所示：</p><p>　　板材加熱 酸洗 三機(jī)架冷連軋機(jī) 退火 平整機(jī) 成卷。</p><p>　　1.3 三機(jī)架冷連軋機(jī)生產(chǎn)工藝對(duì)電力拖動(dòng)的要求及其控制原理</p><p>　　1.3.1 生產(chǎn)工藝對(duì)電

17、力拖動(dòng)的要求</p><p>　　1)起動(dòng)到給料速度 到規(guī)定速度 制動(dòng)到給料速度 停止。</p><p>　　2)機(jī)架速度自動(dòng)保持不變，機(jī)架間張力自動(dòng)保持不變。</p><p>　　3)各機(jī)架可單獨(dú)起、制動(dòng)和聯(lián)合起制動(dòng)。</p><p>　　4)可以用任何軋制速度，知道電動(dòng)機(jī)的極限值。</p><p&

18、gt;　　5)連軋機(jī)除正常停機(jī)外，還應(yīng)有快速停車。</p><p>　　6)在連軋過(guò)程中或在過(guò)渡過(guò)程中，卷取機(jī)和第三機(jī)架的條材的張力應(yīng)自動(dòng)保持不變。</p><p>　　7)當(dāng)斷帶時(shí)，能自動(dòng)限制卷取機(jī)的速度。</p><p>　　8)軋機(jī)因事故停止時(shí)，卷取機(jī)也應(yīng)停止。</p><p>　　1.3.2 三機(jī)架冷連軋機(jī)的控制</p>

19、<p>　　三機(jī)架軋機(jī)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：開(kāi)卷箱、1-3#冷軋機(jī)和卷取機(jī)等主要機(jī)械設(shè)備。三機(jī)架的工作過(guò)程為：1-3#冷軋機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)牽引帶鋼從輥縫中穿過(guò)，通過(guò)下壓電機(jī)或液壓系統(tǒng)對(duì)輥系產(chǎn)生壓力，從而使帶鋼產(chǎn)生形變，使出口的帶鋼變薄，左邊開(kāi)卷機(jī)的放卷電機(jī)和右邊卷取機(jī)的收卷電機(jī)產(chǎn)生足夠的延伸應(yīng)力（張力）以繃緊鋼帶。系統(tǒng)啟動(dòng)后，收放卷電機(jī)以設(shè)定的張力在主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，為了不使鋼帶“松弛”或“拉斷”，必須確保系統(tǒng)每一點(diǎn)鋼

20、帶的線速度（秒流量）都相等，即張力恒定。</p><p>　　由上述可知，要對(duì)冷軋機(jī)進(jìn)行控制，除了要對(duì)其各電機(jī)進(jìn)行調(diào)速外，還要在冷軋帶鋼控制系統(tǒng)中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和工藝過(guò)程穩(wěn)定，無(wú)論是冷連軋機(jī)還是可逆軋機(jī)均需恒張力軋制。在可逆軋機(jī)張力控制系統(tǒng)中，開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)張力控制精度直接影響成品的板形及厚度公差。因此，生產(chǎn)線最突出的問(wèn)題是軋制過(guò)程中要求開(kāi)卷、卷取控制系統(tǒng)不僅在穩(wěn)速軋制過(guò)程中維持張力恒定，而且在加速度動(dòng)態(tài)過(guò)程中

21、也要保持張力恒定，要求系統(tǒng)能準(zhǔn)確地補(bǔ)償加、減速等因素引起的動(dòng)態(tài)力矩。按照不同的工藝要求，較典型的張力控制方法有間接張力控制和直接張力控制。本次設(shè)計(jì)中采用間接張力控制這種方法。</p><p>　　1.4 說(shuō)明書(shū)的構(gòu)成</p><p>　　考慮到說(shuō)明書(shū)的完整性和工程應(yīng)用價(jià)值，整個(gè)說(shuō)明書(shū)分為七大部分，分別是:緒論，對(duì)三機(jī)架冷連軋機(jī)進(jìn)行一個(gè)全面的概述；調(diào)速方案的選擇，對(duì)比多種直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)

22、，以選擇最佳方案；系統(tǒng)是對(duì)原理的設(shè)計(jì)；參數(shù)的整定，主要是電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)；恒張力控制；系統(tǒng)的調(diào)試，針對(duì)邏輯無(wú)環(huán)流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行完整的調(diào)試；結(jié)束語(yǔ)，總結(jié)設(shè)計(jì)的收獲。</p><p>　　說(shuō)明書(shū)所寫(xiě)內(nèi)容都是理論與實(shí)際緊密結(jié)合的，并通過(guò)了實(shí)驗(yàn)的論證，寫(xiě)說(shuō)明書(shū)的目的在于通過(guò)報(bào)告的內(nèi)容便可設(shè)計(jì)出實(shí)際的直流可逆的調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　第二章 調(diào)速方案的選擇</p><p

23、>　　冷連軋機(jī)是冶金行業(yè)控制系統(tǒng)中最復(fù)雜、自動(dòng)化程度最高、精度要求最嚴(yán) 的裝備之一。而直流傳動(dòng)系統(tǒng)是高水平現(xiàn)代化連軋機(jī)的核心，是保證連軋機(jī)可靠運(yùn)行、高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此，對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的選擇顯得尤為重要。</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其它參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為：</p><

24、p>　　式中：n——轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　U——電樞電壓（V）；</p><p>　　I——電樞電流（A）；</p><p>　　R——電樞回路總電阻（Ω）；</p><p>　　Φ——?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；</p><p>　　Ke——由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；</p><

25、p>　　在上式中，Ke是常數(shù)，電流I是由負(fù)載決定的，因此調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以有三種方法：</p><p>　　1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；</p><p>　　2)減弱勵(lì)磁磁通Φ；</p><p>　　3)改變電樞回路電阻R。</p><p>　　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。改變電阻只能實(shí)現(xiàn)有

26、級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上小范圍的弱磁升速。</p><p>　　因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。</p><p>　　2.2 可控直流電源選擇</p><p>　　調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門(mén)的可控直流電源，常用的可控直流電源有：</p><p>　　1)

27、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，獲得可調(diào)的直流電壓。但該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還需要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，因此設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低。</p><p>　　2)靜止式可控整流器。用靜止式的可控整流器獲得可調(diào)的直流電壓。如晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱V—M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward—Leonard系統(tǒng)），克服了旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組的許多缺點(diǎn)還大大縮短了響應(yīng)時(shí)間。但

28、由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，在可逆系統(tǒng)中須采用兩組晶閘管，且晶閘管整流造成的諧波和無(wú)功功率造成“電力公害”。</p><p>　　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，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，產(chǎn)生可變的平均電壓。</p><p><b>　　方案選擇：</b></p><p>　　由第一章分析可看出，系

29、統(tǒng)的功率較大，對(duì)于較大功率的可逆直流調(diào)速系統(tǒng)多采用晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，因而以下中采用V—M系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.3 直流電機(jī)調(diào)速方法</p><p>　　從調(diào)速方案來(lái)說(shuō)，主要分開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)三大類。以下進(jìn)行這三大類調(diào)速控制方案比較。</p><p>　　2.3.1 開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p&

30、gt;<p>　　圖2.1 開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　如圖2.1所示是開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)給定電壓從而調(diào)節(jié)出發(fā)脈沖的相位，即可改變平均直流整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。它的穩(wěn)態(tài)機(jī)構(gòu)框圖如圖2.2所示，系統(tǒng)的機(jī)械特性：</p><p>　　圖2.2 開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的

31、靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以找到一些用途。但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。例如龍門(mén)刨床，由于毛坯表面粗糙不平，加工時(shí)負(fù)載大小常有波動(dòng)，但是為了保證工件的加工精度和加工后的表面潔凈度，加工過(guò)程中的速度卻必須基本穩(wěn)定，也就是說(shuō)，靜差率不能太大。</p><p>　　對(duì)于連軋機(jī)，各機(jī)架軋輥分別由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，鋼材在幾個(gè)機(jī)架內(nèi)連續(xù)軋制，要求各機(jī)架出口線速度

32、保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，使被軋金屬的每秒流量相等才不至于造成鋼材拱起或拉斷。在這種情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。</p><p>　　2.3.2 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與給定電壓相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓，經(jīng)過(guò)放大器A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的控制電壓，用以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

33、。這就組成了反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其原理框圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 </p><p>　　根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)會(huì)大大減少閉環(huán)轉(zhuǎn)速降落。其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如2.4所示：</p&

34、gt;<p>　　圖2.4 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為：</p><p><b>　　，其中</b></p><p>　　相比于開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：</p><p>　　1)閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬得多；&

35、lt;/p><p>　　2)閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)小得多；</p><p>　　3)如果所要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍；</p><p>　　4)若采用PI調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。</p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它大的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。

36、</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限制措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，另外電動(dòng)機(jī)在發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生很大的堵轉(zhuǎn)電流。為了解決反饋閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須增設(shè)自動(dòng)限制電樞電流環(huán)節(jié)，因此引入電流截止負(fù)反饋。</p><p>　　圖2.5 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系

37、統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示。它的靜特性分為兩段，當(dāng)時(shí)，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)不起作用，靜特性與只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的相同。當(dāng)后，引入了電流截止負(fù)反饋，靜特性變?yōu)椋弘娏髫?fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)電阻，因而穩(wěn)態(tài)速降極大。當(dāng)時(shí)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.3.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速

38、降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求，這主要是因?yàn)閱伍]環(huán)系統(tǒng)不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程。雖然引入電流截止負(fù)反饋，但它只能在超過(guò)臨界值，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能獲得理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。其啟動(dòng)電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2.6（a）所示。理想的快速啟動(dòng)啟動(dòng)過(guò)程電流和轉(zhuǎn)速波形如圖2.6（b）所示。有此可見(jiàn)，系統(tǒng)中必須要同時(shí)控制電流和轉(zhuǎn)速，且在啟動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。

39、</p><p>　?。╝）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程 （b）理想地快速啟動(dòng)過(guò)程</p><p>　　圖2-6 直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者采用串級(jí)控制，其原理圖如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-

40、7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　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)</p><p>　　TA——電流互感器 UPE——電力電子變換器</p><p>　　為了獲得良好的動(dòng)靜態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(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。

41、從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，成為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，成為外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)原理圖可畫(huà)出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如2-8所示。</p><p>　　圖2-8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ——電流反饋系數(shù)</p><p>　　ASR和ACR均

42、采用PI調(diào)節(jié)器，一般存在兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值，不飽和——輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。</p><p><b>　　靜特性：</b></p><p>　　其靜特性如見(jiàn)2-9。</p><p>　

43、　在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和的。因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。①轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的=0一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運(yùn)行段。②轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和：這時(shí)ASR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)靜差的單閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-9 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

44、的靜特性</p><p>　?、瘛㈦p閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要作用；</p><p>　?、?、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)器起主要作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流保護(hù)。</p><p>　　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。</p><p>　　圖2-

45、10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　動(dòng)態(tài)特性： </b></p><p>　?、?、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　?。?）飽和非線性控制：根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：</p><p>　　①當(dāng)ASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)

46、為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；②當(dāng)ASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)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)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于ASR采用了飽和非線性控制，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸入偏差電壓 △Un 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。</p><p>　　準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制

47、：起動(dòng)過(guò)程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時(shí)間控制。因此，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程可看作為是一個(gè)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。</p><p><b>　?、?、動(dòng)態(tài)抗擾性能</b></p><p>　　對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能，主要是負(fù)載擾動(dòng)

48、和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。</p><p>　　對(duì)于負(fù)載擾動(dòng)，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)。</p><p>　　對(duì)于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)，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。</p&g

49、t;<p><b>　　方案選擇：</b></p><p>　　綜合以上靜態(tài)性能、動(dòng)態(tài)起動(dòng)過(guò)程和動(dòng)態(tài)抗擾性能分析，結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)中對(duì)轉(zhuǎn)速和電流及起動(dòng)過(guò)程的要求，要實(shí)現(xiàn)高性能，須采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 </p><p>　　2.4 可逆運(yùn)行控制方式選擇</p><p>　　由于晶閘管為不可逆的電力電子變換器，雙閉環(huán)控制只

50、能保證良好的起動(dòng)性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動(dòng)，在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車。結(jié)合連軋機(jī)應(yīng)能快速停車的設(shè)計(jì)要求，這就需要電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是說(shuō)，需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　V—M系統(tǒng)，需要可逆運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常采用兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。如圖2-11所示。</p><p>　　圖2-11 兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路</p

51、><p>　　Ⅰ、有環(huán)流控制的可逆V—M系統(tǒng)</p><p>　　采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V—M系統(tǒng)解決了電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行問(wèn)題，但是如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。因此采用控制消除直流平均環(huán)流，串入電抗器來(lái)抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。</p><p>　?、颉o(wú)環(huán)流控制的可逆V—M系統(tǒng)</p><p&

52、gt;　　有邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位無(wú)環(huán)流系統(tǒng)，既無(wú)直流平均環(huán)流又沒(méi)有瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。當(dāng)一組晶閘管工作時(shí)，用邏輯電路去封鎖另一組晶閘管的出發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時(shí)工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。</p><p><b>　　方案選擇：</b></p><p>　　有環(huán)流控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：正向制動(dòng)和反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的過(guò)程完全銜接，沒(méi)有間斷

53、或死區(qū)，適用于要求快速正、反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。缺點(diǎn)：需要添置環(huán)流電抗器（4個(gè)），且晶閘管燈器件都要負(fù)擔(dān)負(fù)載電流加上環(huán)流。無(wú)環(huán)流系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)環(huán)流（包括直流平均環(huán)流和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流），適用于大容量系統(tǒng)。缺點(diǎn)：存在死區(qū)，當(dāng)工藝過(guò)程對(duì)系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過(guò)渡特性要求高時(shí)不適用。</p><p>　　綜合設(shè)計(jì)要求，采用邏輯無(wú)環(huán)流方式。</p><p>　　2.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式選擇</p><

54、p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式可分為三種：模擬式、數(shù)字式、模數(shù)混合式。</p><p>　　2.5.1 模擬式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖2-12 模擬式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路圖</p><p>　　特點(diǎn)：所有的調(diào)節(jié)器均用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，具有物理概念清晰、控制信號(hào)流向直觀等優(yōu)點(diǎn)，但其控制規(guī)律體現(xiàn)在硬件電路和所用器件上，因而線路復(fù)雜、通用

55、性差、控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響。</p><p>　　2.5.2 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響；其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來(lái)靈活方便?？傊?，微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，可靠性

56、高，可以提高控制性能，此外，還擁有信息存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。</p><p>　　圖2-13 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　在數(shù)字裝置中，由計(jì)算機(jī)軟硬件實(shí)現(xiàn)其功能 ，即為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的特點(diǎn)：</p><p>　　①、雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用微機(jī)控制；②、全數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)脈沖觸發(fā)、轉(zhuǎn)速給定和檢測(cè)；③、采用數(shù)字PI算

57、法，由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.5.3 模數(shù)混合控制系統(tǒng)</p><p>　　圖2-14 模數(shù)混合控制系統(tǒng)</p><p>　　數(shù)模混合控制系統(tǒng)特點(diǎn)：</p><p>　?、?、轉(zhuǎn)速采用模擬調(diào)節(jié)器，也可采用數(shù)字調(diào)節(jié)器；②、電流調(diào)節(jié)器采用數(shù)字調(diào)節(jié)器；③、脈沖觸發(fā)裝置則采用模擬電路。</p><p&g

58、t;<b>　　方案選擇：</b></p><p>　　采用模擬式實(shí)現(xiàn)方式物理概念清晰，因而在此次設(shè)計(jì)中選用此方式。</p><p>　　第三章 調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)總體概述</p><p>　　根據(jù)三機(jī)架冷連軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，采用如下設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)原理圖如圖3.1.1所示

59、。采用晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即V-M系統(tǒng)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用V-M系統(tǒng)，V是晶閘管可控整流器，它可以是單相、三相或多相的，半波、全波，及半控、全控等類型，通過(guò)調(diào)節(jié)器觸發(fā)裝置GT的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。即采用調(diào)壓調(diào)速的方式，以實(shí)現(xiàn)無(wú)極基速以下調(diào)速。</p><p>　　晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是在控制作用時(shí)間毫秒級(jí)的，完全滿足系統(tǒng)

60、動(dòng)態(tài)性能要求；而且其技術(shù)較成熟，成套設(shè)備多，成本較低，設(shè)計(jì)使用相對(duì)容易。詳細(xì)設(shè)計(jì)如下。</p><p>　　3.2 主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　主電路的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，為了保證連軋機(jī)的快速停車功能，，必須將整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可逆的調(diào)速系統(tǒng)，常常采用兩組反并聯(lián)的晶閘管裝置，由正組提供電動(dòng)運(yùn)行所需的整流供電，反組只提供逆變制動(dòng)。這時(shí)，兩組晶閘管裝置的容量大小可以不同，反

61、組只在短時(shí)間給電動(dòng)機(jī)提供制動(dòng)電流，并不提供穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電流，實(shí)際采用的容量可以小一些。其實(shí)現(xiàn)方式如圖3.2.1所示。</p><p>　　圖3.2.1 主電路框圖</p><p>　　對(duì)于系統(tǒng)的供電，可將無(wú)窮大電網(wǎng)電壓經(jīng)三相變壓器變?yōu)?20V，再通過(guò)一系列熔斷器等保護(hù)措施，輸入給橋式整流電路，進(jìn)而給直流電機(jī)和其他裝置供電。</p><p>　　變壓器繞組采用?/Y接

62、發(fā)，具體方法見(jiàn)主電路變壓器的參數(shù)計(jì)算。</p><p>　　主電路的保護(hù)措施尤為重要，設(shè)計(jì)多重保護(hù)電路成為必要。電路如圖3.2.2所示。</p><p>　　圖3.2.2 系統(tǒng)供電框圖</p><p>　　在起動(dòng)開(kāi)關(guān)電路里面設(shè)置自鎖回路和快速熔斷器，在控制電路中發(fā)現(xiàn)電流過(guò)大，這可使主電路常閉開(kāi)關(guān)KM跳開(kāi)而保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)KM跳開(kāi)失敗后，由于電流過(guò)大，一段時(shí)間后快速

63、熔斷器受熱而熔斷使得電路跳開(kāi)，從而避免燒壞電機(jī)等設(shè)備。上面框圖中起動(dòng)開(kāi)關(guān)KM部分電路圖如圖3.2.3所示。</p><p>　　圖3.2.3 起動(dòng)開(kāi)關(guān)電路圖</p><p><b>　　整流變壓器的選擇</b></p><p><b>　　閥側(cè)相電壓</b></p><p>　　變流變壓器是直流調(diào)

64、速系統(tǒng)中一種關(guān)鍵設(shè)備，其閥側(cè)相電壓選擇的是否適合又是一個(gè)影響系統(tǒng)性能的重要因素。電壓選的過(guò)高，將會(huì)使變壓器的容量不必要的加大而造成浪費(fèi)，還會(huì)增加運(yùn)行中的無(wú)功功率，增加電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。但若電壓選的過(guò)低，將影響系統(tǒng)的工作性能或使電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。通常在計(jì)算時(shí)主要考慮以下三個(gè)因素：</p><p>　　電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。一般要按規(guī)定允許的最低電網(wǎng)電壓來(lái)考慮；</p><p>　　電流變化

65、時(shí)產(chǎn)生的壓降。一般，要按最大工作電流來(lái)考慮；</p><p>　　為了防止晶閘管裝置在逆變狀態(tài)工作中逆變角β太小而導(dǎo)致?lián)Q流失敗，出現(xiàn)“逆變顛覆”現(xiàn)象，必須合理選擇最小逆變角，形成最小逆變角保護(hù)；與此同時(shí)，對(duì)α角也實(shí)施保護(hù)，以免出現(xiàn)α<β而產(chǎn)生直流平均環(huán)流（在后面的邏輯無(wú)環(huán)流將詳細(xì)介紹）。通常取==30°，其值視晶閘管器件的阻斷時(shí)間而定。</p><p>　　當(dāng)采用三相橋式整

66、流電路并將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為可逆調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，一般可按下述公式來(lái)估算：</p><p>　　不可逆調(diào)速系統(tǒng)： （3-1）</p><p>　　可逆調(diào)速系統(tǒng)： （3-2）</p><p>　　式中，為電動(dòng)機(jī)額定電壓</p><p><b>　　則</b>

67、;</p><p><b>　　取=480V</b></p><p><b>　　閥側(cè)相電流</b></p><p>　　交流變壓器閥側(cè)相電流可按下式計(jì)算</p><p>　　其中=0.816（三相橋式）</p><p>　　則=0.816×780=636.48A&

68、lt;/p><p>　　由于是三相橋式整流，電路中二次側(cè)沒(méi)有直流分量，所以一次側(cè)與二次側(cè)的功率可認(rèn)為相同，不需要對(duì)變壓器的容量進(jìn)行擴(kuò)大，變壓器的利用率在此種情況下比較的高。</p><p><b>　　變壓器容量：</b></p><p>　　取S=1000KV·A</p><p>　　整流電路晶閘管的選擇<

69、/p><p>　　1、重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓</p><p>　　斷態(tài)重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓，國(guó)際規(guī)定重復(fù)頻率為50Hz，每次持續(xù)時(shí)間不超過(guò)10ms。</p><p>　　反向重復(fù)峰值電壓是在門(mén)極斷路而結(jié)溫為額定值時(shí)，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。</p><p>　　通態(tài)峰值電壓是

70、晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時(shí)的瞬態(tài)峰值電壓。</p><p>　　通常取晶閘管的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓和反向重復(fù)峰值電壓中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓，選用時(shí)，額定電壓要有一定裕量。一般取額定電壓為正常工作時(shí)晶閘管所承受峰值電壓的2~3倍。</p><p>　　由于采用三相橋式整流電路，所以晶閘管承受的最大反向電壓：</p><p>　　晶閘管承受的最大正

71、向電壓：</p><p>　　則考慮安全裕量，電壓定額為：（2~3）=1357.6~2036.4V</p><p>　　取晶閘管的電壓為2000V。</p><p>　　2、額定通態(tài)平均電流</p><p>　　國(guó)際規(guī)定通態(tài)平均電流為晶閘管在環(huán)境溫度為40攝氏度和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過(guò)額定結(jié)溫時(shí)所允許流過(guò)的最大工頻正弦半波電流的平均

72、值。這個(gè)參數(shù)是按照正向電流造成的器件本身的通態(tài) 的發(fā)熱效應(yīng)來(lái)定義的，因此在使用時(shí)同樣應(yīng)按照實(shí)際波形的電流與通態(tài)平均電流所造成的發(fā)熱效應(yīng)相等，即有效值相等的原則來(lái)選取晶閘管的此項(xiàng)電流定額，并留有一定的裕量。一般取其通態(tài)平均電流為按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.5~2倍。</p><p>　　對(duì)于三相橋式整流電路，流過(guò)晶閘管的電流有效值為：</p><p>　　當(dāng)整流電路的電感足夠大，整流電流連續(xù)時(shí)

73、，對(duì)三相橋式整流電路，晶閘管額定電路為：</p><p>　　再考慮安全裕量，其定額為：</p><p><b>　　取550A。</b></p><p><b>　　整流晶閘管的保護(hù)</b></p><p><b>　　過(guò)電壓保護(hù)</b></p><p&g

74、t;　　過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要分為操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓；對(duì)于晶閘管的而言，內(nèi)因過(guò)電壓主要指換相過(guò)電壓。</p><p>　　抑制過(guò)電壓的措施主要有1、在電網(wǎng)側(cè)安裝避雷器；2、變壓器上增加靜電屏蔽層；3、裝設(shè)抑制閥側(cè)浪涌過(guò)電壓的RC電路；4、裝設(shè)壓敏電阻過(guò)電壓抑制器；5、裝設(shè)閥器件換相過(guò)電壓抑制用的RC電路；6、裝設(shè)閥器件關(guān)斷過(guò)電壓抑制用的RCD電路等。</p><

75、;p>　　RC過(guò)電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（通常供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱為閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。對(duì)大容量的電力電子裝置，可采用反向阻斷式RC電路。</p><p><b>　　二、過(guò)電流保護(hù)</b></p><p>　　過(guò)電流分為過(guò)載和短路兩種情況，采用快速熔斷器和過(guò)電流繼電器是較常用的措施?？焖偃蹟嗥鲀H作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，

76、直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。</p><p>　　采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種過(guò)電流保護(hù)措施。在選擇快熔時(shí)應(yīng)考慮“</p><p>　　電壓等級(jí)應(yīng)根據(jù)熔斷后快熔實(shí)際承受的電壓來(lái)確定；</p><p>　　電流容量應(yīng)按其在主電路中的接入方式和主電路連結(jié)形式確定。</p><p&

77、gt;　　快熔的值應(yīng)小于被保護(hù)器件的允許值。</p><p>　　為保證熔體在正常過(guò)載情況下不熔化，應(yīng)考慮其時(shí)間電流特性。</p><p>　　快熔對(duì)器件的保護(hù)方式可分為全保護(hù)和短路保護(hù)兩種。全保護(hù)是指不論過(guò)載還是短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，此方式只適用于小功率裝置或器件使用裕度較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)方式是指快熔只在短路電流較大的區(qū)域內(nèi)起保護(hù)作用，此方式需與其他過(guò)電流保護(hù)措施相配合。</p&

78、gt;<p>　　根據(jù)上述的規(guī)則，計(jì)算橋臂快熔的額定電流為：</p><p><b>　　同時(shí) </b></p><p>　　所以選擇的橋臂快熔的型號(hào)為：RT0-600（熔體的額定電流是500A）.</p><p><b>　　緩沖電路</b></p><p>　　緩沖電路又稱為吸

79、收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過(guò)電壓、或者過(guò)電流和，減小器件的開(kāi)關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱為抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過(guò)電壓和換相過(guò)電壓，抑制，減小關(guān)斷損耗。開(kāi)通緩沖電路又稱為抑制電路，用于抑制器件開(kāi)通時(shí)的電流過(guò)沖和，減小器件的開(kāi)通損耗?？蓪㈥P(guān)斷緩沖電路和開(kāi)通緩沖電路結(jié)合在一起，稱其為復(fù)合緩沖電路。還可以用另外的分類方法：緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量如果消耗在其吸收電阻上，則稱其為耗能式緩沖

80、電路；如果緩沖電路將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或電源，則稱其為饋能式緩沖電路，或成為無(wú)損吸收電路。</p><p><b>　　電流互感器的選擇</b></p><p>　　由于交流變壓器電流為636.48A，所選LQJ-10-0.5型，額定電流選擇800A，做計(jì)量保護(hù)用。</p><p>　　電流互感器的選擇平波電抗器的選擇</p>

81、;<p>　　由于本次設(shè)計(jì)中采用的是三相橋式電路</p><p>　　所以要求電流連續(xù)時(shí)電感最小為：</p><p>　　其中為電動(dòng)機(jī)額定電流的5%~10%</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　取。</b></p><p>　　

82、平波電抗器電阻為=。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)其他功能單元分析</p><p>　　3.3.1 整流變壓器的選擇給定單元GJ</p><p>　　GJ給定單元由模擬電路組成，包含三級(jí)放大器，第一級(jí)為高倍放大器，第二級(jí)為積分器，經(jīng)過(guò)RC積分輸出電壓變?yōu)樾逼滦盘?hào)，且為負(fù)相，與給定方向相反。積分變化率通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RP來(lái)改變，積分快慢通過(guò)調(diào)節(jié)RC來(lái)控制，最

83、后一級(jí)為反相器。</p><p>　　3.3.2 無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC</p><p>　　無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)是邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是：當(dāng)需要切換到正組晶閘管VF工作時(shí)，封鎖反組觸發(fā)脈沖而開(kāi)放正組脈沖；當(dāng)需要切換到反組VR工作時(shí)，封鎖正組而開(kāi)放反組。</p><p><b>　　輸入信號(hào)的選擇</b></p>

84、<p><b>　?、俎D(zhuǎn)矩鑒別信號(hào)</b></p><p>　　選擇ASR的輸出信號(hào)作為轉(zhuǎn)矩鑒別信號(hào)，反轉(zhuǎn)運(yùn)行和正傳制動(dòng)都需要電機(jī)產(chǎn)生負(fù)的轉(zhuǎn)矩；反之，正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反轉(zhuǎn)制動(dòng)都需要電機(jī)產(chǎn)生的正的轉(zhuǎn)矩，的極性恰好反映了電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩方向的變化。</p><p><b>　?、诹汶娏鳈z測(cè)信號(hào)</b></p><p>　　極

85、性的變化知識(shí)邏輯切換的必要條件，還不是充分的條件。從有環(huán)流可逆系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程的分析中可以看出這個(gè)問(wèn)題，例如當(dāng)正向制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，的極性由負(fù)變正，但當(dāng)實(shí)際電流方向未變以前，仍須保持正組開(kāi)放，以便進(jìn)行本組逆變，只有在實(shí)際電流降到零的時(shí)候，才應(yīng)該給DLC發(fā)出命令，封鎖正組，開(kāi)放反組，轉(zhuǎn)入反組制動(dòng)。因此，在改變極性以后，還需要等到電流正真到零時(shí)，再發(fā)出“零電流檢測(cè)”信號(hào)，才能發(fā)出正、反組切換的指令，這就是邏輯控制環(huán)節(jié)的第二個(gè)輸入信號(hào)。</p&g

86、t;<p><b>　　輸出信號(hào)</b></p><p>　　無(wú)環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)DLC的輸出信號(hào)用來(lái)控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放，用來(lái)控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開(kāi)放。在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反的，均不允許兩組晶閘管同時(shí)開(kāi)放脈沖，以確保主電路沒(méi)有出現(xiàn)環(huán)流的可能。</p><p>　　3.3.3 零電流檢測(cè)單元DPT和轉(zhuǎn)矩極性單元DPZ</p&

87、gt;<p>　　轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè)單元的零電流檢測(cè)單元在結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)電路方面完全相同，都是一個(gè)滯回比較器，但由于其功能不同：零轉(zhuǎn)矩檢測(cè)單元是檢測(cè)轉(zhuǎn)矩正負(fù)極性，零電流檢測(cè)單元檢測(cè)電流是否為零，所以具體的參數(shù)不同，特性曲線也就不同。</p><p><b>　　零速封鎖單元DZS</b></p><p>　　當(dāng)給定信號(hào)為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)不動(dòng)，然而，由于各調(diào)節(jié)器存在零

88、點(diǎn)漂移將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)爬行。為確保零位時(shí)電動(dòng)機(jī)不會(huì)爬行，一定要將調(diào)節(jié)器嚴(yán)格鎖零，即通過(guò)控制場(chǎng)效應(yīng)管使調(diào)節(jié)器的輸出和輸入之間短接。</p><p><b>　　反號(hào)器AR</b></p><p>　　由于電流反饋信號(hào)的極性總是為“+”，而且，本系統(tǒng)只采用了一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，為保證電流環(huán)為電流負(fù)反饋環(huán)，實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制，必須采用一個(gè)反號(hào)器AR。為此，由無(wú)環(huán)流邏輯控制單元DLC的兩

89、個(gè)相反端的和信號(hào)分別控制電流的給定信號(hào)，以使電流反饋永遠(yuǎn)是負(fù)反饋。</p><p>　　電流變化及電流反饋BC</p><p>　　由三個(gè)同型號(hào)（5A/0.3A）的交流電流互感器LH接成星形接法，經(jīng)三相橋式整流后變成極性不可變的直流電壓，并分路送出：</p><p>　　過(guò)流推β信號(hào)和過(guò)流跳閘控制信號(hào)；</p><p>　　2、DPZ的零電流

90、輸入信號(hào)；</p><p>　　3、電流反饋信號(hào)（或）；</p><p>　　其中電磁開(kāi)關(guān)J1為主回路的一級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電流時(shí)，常閉開(kāi)關(guān)J1得電而跳開(kāi)主回路，起到保護(hù)整個(gè)電路的作用。</p><p>　　晶閘管觸發(fā)單元CT和脈沖放大電路MT三相移相觸發(fā)器</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中采用了TC787A型芯片，它是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上廣泛流行

91、的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA785及KJ（或KC）系列集成電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能、移相范圍寬、外接元件少等優(yōu)點(diǎn)，而且安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、使用可靠，只需一個(gè)這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ（3只KJ004、1只KJ041、1只KJ042）（或KC）系列器件組合才能具有的三相移相功能，然后經(jīng)脈沖放大和脈沖門(mén)MT，去觸發(fā)三相全控

92、橋晶閘管。</p><p>　　三相移相觸發(fā)器有兩路輸入信號(hào)，一路是三相交流電源，以保主電路的交流電壓和觸發(fā)脈沖保持同步，去正確觸發(fā)各相晶閘管。另一路是脈沖移動(dòng)的控制信號(hào)，用它來(lái)控制觸發(fā)器脈沖發(fā)出的時(shí)刻，從而達(dá)到控制晶閘管觸發(fā)角的目的。</p><p>　　為了從根本上消除系統(tǒng)的靜態(tài)環(huán)流和動(dòng)態(tài)環(huán)流，則必須在任何時(shí)刻只允許開(kāi)放一組晶閘管脈沖，另一組晶閘管脈沖被嚴(yán)格封鎖，為達(dá)到此目的，電路上設(shè)

93、計(jì)了兩個(gè)模擬電子開(kāi)關(guān)脈沖門(mén)MT1、MT2。邏輯控制器根據(jù)系統(tǒng)的工作情況正確發(fā)出指令（或）來(lái)接通一脈沖門(mén)而同時(shí)切斷另一脈沖門(mén)。</p><p>　　第四章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的常規(guī)工程設(shè)計(jì)</p><p>　　通過(guò)第二章的分析可知，直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)選擇為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)組成，其中電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)，結(jié)構(gòu)框圖如下：</p><p><b&g

94、t;　　4.1 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備</b></p><p>　　1. 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析</p><p>　　圖4-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示，它與前述的圖2-7不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。其中：</p><p>　　①

95、 — 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)</p><p>　?、?— 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)</p><p>　　在直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用可歸結(jié)如下幾點(diǎn)：</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用：</b></p><p>　　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

96、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；</p><p>　　對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；</p><p>　　其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。</p><p><b>　　電流調(diào)節(jié)器的作用：</b></p><p>　　(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

97、的輸出量）變化。</p><p>　　(2)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。</p><p>　　(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。</p><p>　　(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。</p>&

98、lt;p>　　2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法</p><p>　　在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管整流裝置、觸發(fā)裝置都可按負(fù)載的工藝要求來(lái)選擇和設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械和工藝的要求提出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，而系統(tǒng)的固有部分往往不能滿足性能指標(biāo)的要求，所以需要設(shè)計(jì)合適的校正環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到。</p><p>　　校正方法有許多種類，而且對(duì)一個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，能夠滿足性能指標(biāo)的校正方案也不是唯一

99、的。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，常用的校正方法有串聯(lián)校正和并聯(lián)校正兩種。其中串聯(lián)校正簡(jiǎn)便，且可利用系統(tǒng)固有部分中的運(yùn)算放大器構(gòu)成有源校正網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)問(wèn)題提出的必要性和可能性：</p><p>　　必要性：用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則

100、不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　可能性：大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過(guò)程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。</p><p>　　有了必要性和可能性，各種工程設(shè)計(jì)方法便相繼推出。其中有德國(guó)西門(mén)子公司提出的“調(diào)節(jié)器最佳整定”

101、法，包括“模最佳”和“對(duì)稱最佳”兩種參數(shù)設(shè)計(jì)方法，傳入我國(guó)后，習(xí)慣上分別稱作“二階最佳”和“三階最佳”設(shè)計(jì)。這種方法已在國(guó)際上普遍應(yīng)用，其公式簡(jiǎn)明好記，但也存在一些問(wèn)題，如：只有所謂的“最佳”參數(shù)計(jì)算公式，調(diào)試系統(tǒng)時(shí)，如果系統(tǒng)性能不夠滿意，不能明確調(diào)整參數(shù)的方向；特別是沒(méi)有考慮到調(diào)節(jié)器飽和這一關(guān)鍵問(wèn)題，使計(jì)算結(jié)果存在不小的誤差。在運(yùn)控課程學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了一種新的、有效的調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法，此方法吸取了隨動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用的“振蕩指標(biāo)法”和我

102、國(guó)學(xué)者提出的“模型系統(tǒng)法”的長(zhǎng)處。</p><p>　　建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計(jì)方法所遵循的原則是：</p><p>　　(1)概念清楚、易懂；</p><p>　　(2)計(jì)算公式簡(jiǎn)明、好記；</p><p>　　(3)不僅給出參數(shù)計(jì)算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；</p><p>　　(4)能考慮飽和非線性控制的情況，同

103、樣給出簡(jiǎn)單的計(jì)算公式；</p><p>　　(5)適用于各種可以簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 </b></p><p>　　工程設(shè)計(jì)方法的基本思路如下：</p><p>　　第一步，先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化，確保系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。</p>

104、<p>　　第二步，再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”。 從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)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)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：</p><p><b>　　(1)</b>

105、</p><p>　　從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無(wú)靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，由圖2-23c可以看出，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。</p><p>　　從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。 </p><p>&

106、lt;b>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中（見(jiàn)圖 2-26b），現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。 </p><p>　　第五章 恒張力

107、控制系統(tǒng)</p><p>　　在冷軋帶鋼控制系統(tǒng)中，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和工藝過(guò)程穩(wěn)定，無(wú)論是冷連軋機(jī)還是可逆冷軋機(jī)均需恒張力軋制。在可逆軋鋼機(jī)張力控制系統(tǒng)中，開(kāi)卷機(jī)、卷取機(jī)張力控制精度直接影響成品的板形及厚度公差。因此，生產(chǎn)線最突出的問(wèn)題是軋制過(guò)程中要求開(kāi)卷，卷取控制系統(tǒng)不僅在穩(wěn)速軋制過(guò)程中維持張力恒定，而且在加減速動(dòng)態(tài)過(guò)程中也要保持張力恒定，要求系統(tǒng)能準(zhǔn)確地補(bǔ)償加、減速等因素引起的動(dòng)態(tài)力矩。按照不同的工藝要求，較典

108、型的張力控制方法有間接張力控制和直接張力控制，1050mm高速六輥可逆冷軋機(jī)開(kāi)卷機(jī)控制系統(tǒng)采取的是間接張力控制方法。</p><p>　　以往張力控制大多采用模擬系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)精確控制，且實(shí)現(xiàn)方法較為麻煩，隨著數(shù)字電路及微處理器技術(shù)的發(fā)展，直流傳動(dòng)的控制技術(shù)正逐步由模擬向全數(shù)字控制方式過(guò)渡。目前廣泛應(yīng)用的方法是以16位微處理器全數(shù)字直流傳動(dòng)系統(tǒng)配以專用的張力控制軟件，構(gòu)成不同的張力控制系統(tǒng)，來(lái)完成復(fù)雜的控制運(yùn)算并

109、實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。</p><p>　　本系統(tǒng)采用的張力控制系統(tǒng)是模擬器件組成。原理圖如下：</p><p>　　圖5-1 張力控制原理圖</p><p>　　角速度給定，通過(guò)計(jì)算線速度/卷徑（實(shí)際測(cè)量或計(jì)算）得出；開(kāi)卷、卷取中應(yīng)用，張力給定（To）隨卷徑變化進(jìn)行修正，可按線性也可按非線性進(jìn)行修正，該功能封鎖時(shí)，張力給定直接進(jìn)入比較端；卷徑計(jì)算為卷徑值通過(guò)計(jì)算線速

110、度與角速度的比值獲得或由外部卷徑檢測(cè)器提供；慣量補(bǔ)償，與速度變化、卷徑機(jī)械加速度時(shí)間、材料密度和鋼帶寬度相關(guān)；機(jī)械損失補(bǔ)償，由一個(gè)常數(shù)項(xiàng)和一個(gè)速度有關(guān)項(xiàng)組成。</p><p>　　5.1 開(kāi)卷機(jī)恒張力控制實(shí)現(xiàn)</p><p>　　開(kāi)卷張力產(chǎn)生的張力矩與電機(jī)電磁力矩應(yīng)相等，則張力的機(jī)電參數(shù)表達(dá)式：</p><p><b>　　(5-1)</b>&

111、lt;/p><p>　　式中：為常數(shù)；為開(kāi)卷電動(dòng)機(jī)磁通量；為開(kāi)卷電動(dòng)機(jī)電樞電流；為帶卷瞬時(shí)卷徑。由式(5-1)得：</p><p><b>　　(5-2)</b></p><p>　　結(jié)論1：在基速以下，開(kāi)卷機(jī)電機(jī)磁通保持恒定，即全磁狀態(tài)，電樞電流與卷徑成正比，可實(shí)現(xiàn)恒張力控制。</p><p><b>　　由式(

112、5-2)得：</b></p><p><b>　　(5-3)</b></p><p>　　結(jié)論2：在基速以上，若保持反電勢(shì)恒定，控制電樞電流與帶鋼線速度成正比，可實(shí)現(xiàn)恒張力控制。</p><p>　　5.2 張力的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償</p><p>　　在間接張力控制中，為保證張力控制的準(zhǔn)確性，要充分考慮開(kāi)卷機(jī)在加、

113、減速過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及本身固有的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響。因此，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了加減速和摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量即為轉(zhuǎn)矩預(yù)控值與轉(zhuǎn)矩設(shè)定值疊加，作為開(kāi)卷機(jī)系統(tǒng)的合力矩，對(duì)開(kāi)卷機(jī)進(jìn)行張力控制。由于摩擦轉(zhuǎn)矩可視為常量，這里只討論動(dòng)態(tài)慣量補(bǔ)償，由電機(jī)拖動(dòng)原理可得：</p><p><b>　　(5-4)</b></p><p>　　式中：為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償力矩；為帶鋼速度；為系統(tǒng)折算到