電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　設(shè)計(jì)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><p

2、>　　學(xué) 號： </p><p>　　專業(yè)班級： 2008級自動(dòng)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><p>　　摘  要

3、：此設(shè)計(jì)利用晶閘管、二極管等器件設(shè)計(jì)了一個(gè)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?zhàn)饔梅€(wěn)定電流，后者通過轉(zhuǎn)速檢測元件的反饋?zhàn)饔帽３洲D(zhuǎn)速穩(wěn)定，最終消除轉(zhuǎn)速偏差，從而使系統(tǒng)達(dá)到調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)速的目的。該系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)，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(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)

4、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(jī)的電樞電流以平衡負(fù)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前言………………………………………………………………………………1<

5、;/p><p>　　2設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………………………1</p><p>　　2.1 方案比較……………………………………………………………………………1</p><p>　　2.2 方案論證……………………………………………………………………………2</p><p>　　2.3 方案選擇…………………………………

6、…………………………………………2</p><p>　　2.4 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………………2</p><p>　　3方案實(shí)施…………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1 轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………3</p><p>　　3

7、.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………3</p><p>　　3.3 電流檢測電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………4</p><p>　　3.4 整流及晶閘管保護(hù)電路設(shè)計(jì)………………………………………………………4</p><p>　　3.4.1 過電壓保護(hù)和du/dt限制…………………………………………………

8、……5</p><p>　　3.4.2 過電流保護(hù)和di/dt限制…………………………………………………………5</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算………………………………………………………………5</p><p>　　3.5 控制電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………7</p><p>　　4 結(jié)果與結(jié)

9、論………………………………………………………………………11</p><p>　　5收獲與致謝………………………………………………………………………12</p><p>　　6參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………12</p><p><b>　　1.前言</b></p><p>　　自70年代

10、以來，國外在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)，大量地采用了“晶閘管直流電動(dòng)機(jī)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(jìn)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)谋戎亍Ｔ诠こ淘O(shè)計(jì)與理論學(xué)習(xí)過程中，會(huì)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(jì)問題。傳統(tǒng)的研究方法主要有解析法，實(shí)驗(yàn)法與仿真實(shí)驗(yàn)，其中前兩種方法在具有各自優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)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(jì)，適用的

11、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)。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(dòng)作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負(fù)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)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?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)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

12、負(fù)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(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的</p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1方案比較</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)

13、是指只有一個(gè)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)軸上裝一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,如圖2.1所示。</p><p>　　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

14、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(fù)反饋和電流負(fù)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

15、。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)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(fù)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>　　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(shí)整流電路的脈波數(shù)m = 2 ,3 ,6

16、 ,12 , ?,其數(shù)目總是有限的,比直流電機(jī)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)的電流脈動(dòng)總會(huì)帶來各種影響,主要有:(1) 脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對生產(chǎn)機(jī)械不利; (2)脈動(dòng)電流(斜波電流) 流入電源,對電網(wǎng)不利,同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。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(yùn)算放大器輸入端,不僅不起正常的調(diào)節(jié)作用,反而會(huì)產(chǎn)生干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成放大器局部

17、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)后速度的穩(wěn)定，同時(shí)也兼顧了啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)過程。在啟動(dòng)過程的主要階段，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不讓電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用，既能控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差

18、調(diào)節(jié)，又能控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)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(gè)調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不夠好。</p><p>　　2.系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制

19、啟動(dòng)電流，不能充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快的動(dòng)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(gè)信號綜合于一個(gè)調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，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(gè)調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(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(jì)的最終方案。</p><p><b>　　2.4設(shè)計(jì)要求</b&

20、gt;</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)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(lì)電動(dòng)機(jī)：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,，勵(lì)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

21、.138 Vmin／r，Ks=22，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.116s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.157s，濾波時(shí)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(jì)要求：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量σi％≤5%；空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)</p><p><b>　　σn％≤10％。</b&

22、gt;</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)</p><p>　　轉(zhuǎn)速給定電路主要由滑動(dòng)變阻器構(gòu)成，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器即可獲得相應(yīng)大小的給定信號。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>

23、　　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(jì)</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)電機(jī)組成，將測速發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接，測速發(fā)電機(jī)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

24、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(jì)</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。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。<

25、/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(hù)電路設(shè)計(jì)</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(hù)問題。晶閘管具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它屬于半導(dǎo)體器件，因此具有半導(dǎo)體器件共有的弱點(diǎn)，承受過電壓和過電流的能力差，很短時(shí)間的過電壓和過電流就會(huì)造成元件的損壞。為了使晶閘管裝置能長期可靠運(yùn)行，除了合理選擇元件外

26、，還須針對元件工作的條件設(shè)置恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。晶閘管主要需要四種保護(hù)：過電壓保護(hù)和du/dt限制，過電流保護(hù)和di/dt限制。</p><p>　　圖3.4 整流電路及晶閘管保護(hù)電路</p><p>　　3.4.1 過電壓保護(hù)和du/dt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

27、是外界侵入電路的大量電荷累積。按過壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)保護(hù)，直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。元件保護(hù)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(jì)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(chǔ)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(hù)和d

28、i/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(shí)，溫度就會(huì)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(fù)載端過載或短路；某個(gè)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?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤觸發(fā)，引起過電流。晶閘管允許在短時(shí)間內(nèi)承受一定的過電流，所以過電流保護(hù)作用就在于當(dāng)過電流發(fā)生時(shí)，在允許的時(shí)間內(nèi)將過電流切斷，以防止元件損壞。晶閘管過電流的

29、保護(hù)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(shí)間長，用來保護(hù)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(hù)作用。因此必須采用專用于保護(hù)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，它可以在晶閘管損壞之前熔斷，這是晶閘管過電流保護(hù)的主要措施。</p><p>　　2.硒堆保護(hù) 硒堆是一種非線性電阻元件，具有較陡的反向特

30、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(dú)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(jìn)行過流保護(hù)。</p><p>　　3.4.3 整流電路參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　(1)的計(jì)算</b></p&

31、gt;<p>　　—負(fù)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??；</p><p>　　n—主電路中電流回路晶閘管的個(gè)數(shù)；</p><p>　　A—理想情況下時(shí)，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>

32、<p>　　—電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)，通常??；</p><p>　　—最小控制角，通常不可逆?。?lt;/p><p>　　—變壓器短路電壓比，100Kv以下的取；</p><p>　　—變壓器二次側(cè)實(shí)際工作電流額定電流之比；</p><p>　　已知，取、，查表得，取,,,,查表得代入上式得：</p><p>　　，應(yīng)

33、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(jì)算</p><p>　　由式得 ，由表得 ，，考慮勵(lì)磁電流和變壓器的變比K，根據(jù)以上兩式得：</p><p>　　（3）變壓器的容量計(jì)算</p><p>　　(4)晶閘管參數(shù)選

34、擇</p><p>　　由整流輸出電壓，進(jìn)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：。考慮安全裕量，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：</p><p>　　3.5 控制電路設(shè)計(jì)</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

35、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(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI 調(diào)節(jié)器。圖4.7中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實(shí)際極性，他們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)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

36、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U(xiǎn)i*為負(fù)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(jìn)行ASR和ACR設(shè)計(jì)。</p><p>　　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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

37、t;<b>　　基本數(shù)據(jù)</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)：22KW、220V、116A、1500r/min、λ＝1.5</p><p><b>　　Ra=0.112Ω</b></p><p>　　Ce=0.138 Vmin／r</p><p><b>　　Tl=0.116s<

38、/b></p><p><b>　　Tm=0.157s</b></p><p>　　Ton=Toi=0.00235s</p><p>　　L∑＝37.22mH</p><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><

39、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(jì)要求</b></p><p><b>　　靜態(tài)指標(biāo)：無靜差</b></p><p>　　動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量

40、σi%≤5%，空載啟動(dòng)到而定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn%≤10%</p><p><b>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.電流環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　（1）確定時(shí)間常數(shù)。①整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts,三相橋式整流電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。②電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi,三相橋式電路每個(gè)

41、波頭的時(shí)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(shí)間常數(shù)TΣi,按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+ Toi=0.00405s。</p><p>　　（2）確定電流環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)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)

42、計(jì)。</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>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。</p><p>　　ACR超前時(shí)間常數(shù)==0.116s；電流開環(huán)增益：因要求，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>

43、</p><p>　?。?）計(jì)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(yùn)算放大器，取R0=40KΩ，各電阻和電容值計(jì)算如下：</p><p>　　Ri= Ki *R0=3.62*40000=145KΩ</p><p>　　Ci=0. 116/145=800uF</p><p>

44、;　　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>　?。?）校驗(yàn)近似條件。電流環(huán)截止頻率=KI=123.5</p><p>　　1）校驗(yàn)晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件是否滿足：，</p><p>　　因?yàn)?gt;，所以滿足近似條件。</p>

45、<p>　　2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)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(yàn)小時(shí)間常數(shù)的近似處理是否滿足條件：，</p><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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

46、和近似條件。</p><p><b>　　2.轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)。①電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2TΣi；②轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton，根據(jù)所用測速發(fā)動(dòng)機(jī)紋波情況，取Ton=0.00235s;③轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)TΣn按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取。TΣn=2TΣi+Ton=0.0105s</p><p>　　（2）確定將

47、轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)成何種典型系統(tǒng)。由于設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)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>　?。?）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(shí)間常數(shù)為0.0525s<

48、/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=33.4</p><p>　?。?）計(jì)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(yùn)算放大器，取R0=40KΩ，各電

49、阻和電容值計(jì)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=4Ton/R0=4*0.00235/40000=235nF</p><p>　　圖3.9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><

50、p>　?。?）校驗(yàn)近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率=1088*0.0525=57.1</p><p>　　1）校驗(yàn)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><p>　　2）校驗(yàn)小時(shí)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>

51、<p>　　3）校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量。當(dāng)h=5時(shí)，</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=2.9%<10%，</p><p>　　能滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)完成的控制系統(tǒng)如圖3.11所示。</p><

52、p>　　圖3.10 設(shè)計(jì)完成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)</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?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)由于在啟動(dòng)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(gè)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(dòng)時(shí)間上看，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(shí)現(xiàn)了電流受限制下的

53、快速啟動(dòng)，利用了飽和非線性控制方法，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(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)，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(dòng)電流保持最大，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定電

54、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(jī)的電樞電流以平衡負(fù)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(jì)終于完成了，但是由于時(shí)間太倉促所以不是太完美，每次課程時(shí)機(jī)都有收獲，這次也不例外，通過這次課程設(shè)計(jì)我認(rèn)識(shí)到運(yùn)動(dòng)控制不僅僅是只學(xué)書本知識(shí)及就能學(xué)到其精髓的，只有理論聯(lián)系實(shí)際不斷的在生活中實(shí)踐才能

55、明白運(yùn)動(dòng)控制的本質(zhì)原理，同時(shí)這次試驗(yàn)也讓我認(rèn)識(shí)到了計(jì)算能力的不足，尤其是復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和整體系統(tǒng)參數(shù)的計(jì)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(huì)在黑暗中摸索好長時(shí)間。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 杜尚豐. CAN總線測

56、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(jī)C語言和匯編語言混合編程實(shí)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(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[4] 張廣溢，等.電機(jī)學(xué)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2002.</p&g

57、t;<p>　　[5] 王軍.自動(dòng)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(jì)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：中國電力出版社，2004.</p><p>　　[8] 陳伯時(shí).