運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　使用班級(jí)：電氣081、082</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　已知電機(jī)參數(shù)為：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，Ce=1.82V.m

2、in/r,電樞回路總電阻R=0.14Ω，允許過載倍數(shù)λ=1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)Ks=75，Tl=0.031s，Tm=0.112s，調(diào)節(jié)器輸入輸出最大電壓為10V，設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到最理想的調(diào)速性能。</p><p>　　主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：1、ACR、ASR調(diào)節(jié)器類型選擇與參數(shù)計(jì)算。2、系統(tǒng)建模與仿真。3、調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì)。4、主電路設(shè)計(jì)。5、反饋電路設(shè)計(jì)。6、觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。7、故障處理電路設(shè)計(jì)。</p&g

3、t;<p><b>　　設(shè)計(jì)步驟</b></p><p><b>　　一、總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、參數(shù)初步計(jì)算。</b></p><p>　　三、控制系統(tǒng)的建模和MALAB仿真</p><p>　　四、根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整參數(shù)</p

4、><p>　　五、主電路及控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　六、編寫課程設(shè)計(jì)說明書，繪制完整的系統(tǒng)電路圖（ A3 幅面）。</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書要求</b></p><p>　　1 ．課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)書寫認(rèn)真．字跡工稚，論文格式參考國(guó)家正式出版的書籍和論文編排。</p><p>

5、　　2 ．論理正確、邏輯性強(qiáng)、文理通顧、層次分明、表達(dá)確切，并提出自己的見解和觀點(diǎn)。</p><p>　　3 ．課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)有目錄、摘要、序言、主干內(nèi)容（按章節(jié)編寫）、主要結(jié)論和參考書，附錄應(yīng)有系統(tǒng)方樞圖和電路原理圖。</p><p>　　4 ．課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括按上述設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)的分析和思考內(nèi)容和引用的相關(guān)知識(shí)</p><p><b>　　摘要

6、</b></p><p>　　雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器, 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR), 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流?？蓪?shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn);能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，歷來是自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件，在軋鋼及其輔助機(jī)械、礦井卷

7、揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、大型起重機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、紡織機(jī)械等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 換向器是直流電機(jī)的主要薄弱環(huán)節(jié),它使直流電機(jī)的單機(jī)容量、過載能力、最高電壓、最高轉(zhuǎn)速等重要指標(biāo)都受到限制,也給直流電機(jī)的制造和維護(hù)添了不少麻煩。然而，鑒于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的理論和實(shí)踐都比較成熟，直流電機(jī)仍在廣泛的使用。因此，長(zhǎng)期以來，在應(yīng)用和完善直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的同時(shí)，人們一直不斷在研制性能與價(jià)格都趕得上直流系統(tǒng)的交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)，近年來，在微

8、機(jī)控制和電力電子變頻裝置高度發(fā)展之后，這個(gè)愿望終于有了實(shí)現(xiàn)的可能。在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的不斷提高,直流脈寬調(diào)制( </p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　雙閉環(huán)，晶閘管，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器，MALAB仿真</p><p><b>　

9、　Abstract</b></p><p>　　Double-loop (speed loop, current loop) DC drive system is a widely used currently, the economy, for the power transmission system. It has a fast dynamic response, the advantages

10、of anti-interference ability. DC double closed loop speed control system set up two regulators, the speed regulator (ASR) and the current regulator (ACR), adjust the speed and current, respectively. Level can be achieved

11、 quickly without frequent starting, braking and reverse; production process automation systems to meet</p><p>　　Keywords: </p><p>　　Double-loop, thyristors, the speed regulator, the current regu

12、lator，maltb</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書I</p><p><b>　　摘要II</b></p><p>　　AbstractIII</p><p>　　第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì)1</p>

13、;<p>　　1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理：1</p><p>　　1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　第二章 初步參數(shù)的計(jì)算4</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 電流調(diào)節(jié)器（ACR）的設(shè)計(jì)7</p><p>　　第三

14、章 控制系統(tǒng)的MALAB仿真與結(jié)論11</p><p>　　3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真11</p><p>　　3.2電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖12</p><p>　　第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1主電路模塊：13</p><p>　　4.2 控制電路設(shè)計(jì)14</p>

15、;<p><b>　　第五章 總結(jié)17</b></p><p>　　5-1設(shè)計(jì)結(jié)論17</p><p>　　5-2 體會(huì)與致謝17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p>&

16、lt;p>　　第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理：</p><p>　　雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)的優(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(duì)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)調(diào)速系統(tǒng)可以在

17、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(duì)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，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形

18、如圖1-1當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。</p><p>　　在實(shí)際工作中,我們希望在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。這樣的理想起動(dòng)過程波形如圖2-1b所示，這時(shí)，啟動(dòng)電流成方

19、波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。</p><p>　　圖1-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　在電動(dòng)機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下，應(yīng)該充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（ 轉(zhuǎn)矩） 為允許的最大值，使電力

20、拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電流降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋的雙閉環(huán)控制，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，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋［9］。轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用調(diào)節(jié)器，以便獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。該方案的原理框圖如圖1-2</p><p>

21、;　　圖1-2 直流調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原理框圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　已知電機(jī)參數(shù)為：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，Ce=1.82V.min/r,電樞回路總電阻R=0.14Ω，允許過載倍數(shù)λ=1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)Ks=75，Tl=0.031s，Tm=0.112s，調(diào)節(jié)器輸入輸出最大電

22、壓為10V，設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到最理想的調(diào)速性能。</p><p>　　第二章 初步參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　圖中WASR(s)和WACR(s)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)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程示于右圖。在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、

23、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個(gè)階段。第I階段電流上升的階段（0 ~ t1）第 II 階段恒流升速階段（t1 ~ t2）第 Ⅲ 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后）。 </p><p>　　電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函

24、數(shù)為WACR（S）=Ki（τis +1）/τis</p><p>　　Ki-------電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　τi------電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗干擾性能：</p><p>　　Tl /T∑I =0.0167s/0.0057s=2.93,參照教材中表2-3的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗

25、擾性能，</p><p>　　各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。</p><p>　　圖2-7 電流環(huán)等效近似處理后校正成為典型I系統(tǒng)框圖</p><p>　　2.1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)</p>

26、<p>　　2)轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.01s</p><p>　　3)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.3.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(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系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。&l

27、t;/p><p>　　圖2-8轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型II系統(tǒng)框圖</p><p>　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益</b></p><p>　　于是，ASR的比例系數(shù)&

28、lt;/p><p><b>　　（4）檢驗(yàn)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(jiǎn)化條件</p><p><b>　　滿足近似要求</b></p><p>　　2）轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件

29、</p><p><b>　　滿足近似要求</b></p><p>　?。?）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-1，R0=40kΩ，則</p><p>　　Rn=KnR0=29.6*40=1186KΩ</p><p>　　Cn=0.0525/Rn=0.0887/18

30、6000=74.2nF</p><p>　　Con=4Ton/R0=4*0.01/40000=10nF</p><p>　?。?）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量</p><p><b>　　當(dāng)h=5時(shí)， </b></p><p>　　不能滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)際上，由于表3是按線性系統(tǒng)計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí)，ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提

31、，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新計(jì)算超調(diào)量。</p><p>　　則超調(diào)量=8.31%<10% ,能滿足.</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器（ACR）的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　（1）確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　1）整流裝置之后時(shí)間常數(shù)Ts。按《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》表2—2，三相橋

32、式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s.</p><p>　　2)電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1—2）Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。</p><p>　　3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和TΣi=Ts+Toi=0.0037s。</p><p>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p&g

33、t;<p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σi%≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按照典型I系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性的，所以采用PI調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：</p><p>　　Tl/TΣi=0.031/0.0037=8.31<10</p><p>　?。?）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p>

34、<p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：</p><p><b>　　==0.031s </b></p><p>　　電流環(huán)開環(huán)增益：要求σi%≤5%時(shí)，按表3—1應(yīng)取KI TΣi=0.5,因此</p><p>　　于是，ACR的比例系數(shù)為</p><p><b>　?。?）校驗(yàn)近似條件</b&

35、gt;</p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p>　　> 滿足近似條件</p><p>　　2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件</p><p>　　< 滿足

36、近似條件</p><p>　　3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　4）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器原理如圖2-2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><

37、p>　　圖2-7 含給定濾波與反饋濾波的PI 型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　按照課本參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為</p><p>　　σi%≤4.3%~5% （參考《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)—運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》表3—</p><p>　　1.3.5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩

38、個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型II系統(tǒng)，系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。</p><p>　　圖2-8轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型II系統(tǒng)框圖</p><p>　　ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　WASR（s）= Kn（τns +1）/τns</p><p>　　Kn-------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)

39、；</p><p>　　τn------轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p><b>　　選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</b></p><p>　　選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)等效時(shí)間常數(shù) </p><p>　　2.6、確定轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù)</p><p>

40、;　?。?）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取</p><p>　　2.7、計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　取h=5，則ASR超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 </b></p><p&

41、gt;<b>　　所以開環(huán)增益為</b></p><p>　　2.8、檢驗(yàn)近似條件</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(jiǎn)化條件</p><p><b>　　滿足化簡(jiǎn)條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)

42、速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件處理?xiàng)l件</p><p>　　2.9、計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖2-3所示。</p><p><b>　　取，則</b></p><p><b>　　取350 </b></p><p><b>　　取0.4 </b></p>&

43、lt;p><b>　　取2 </b></p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)的MALAB仿真與結(jié)論</p><p>　　3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真</p><p>　　在仿真過程中，Matlab設(shè)置很多不同的算法，而不同的算法，對(duì)仿真出來波形影響很大。</p><p>　　仿真結(jié)果如圖3-1 </p&

44、gt;<p>　　圖3-2 轉(zhuǎn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　圖3-2上部為轉(zhuǎn)速曲線，下部為電流曲線。因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號(hào)，而電機(jī)在帶載的一瞬間要有一個(gè)做功的過程，也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定狀態(tài)的過程，這部分功需要增大電機(jī)的電流來補(bǔ)償，同時(shí)也會(huì)犧牲一部分動(dòng)能，也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降。</p><p>　　3.2電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖（如

45、圖3-3，3-4）</p><p>　　圖3-3 電流環(huán)仿真模型圖</p><p>　　圖3-4 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖</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)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程如仿真圖3-3和3-4 。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

46、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(duì)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)。通過仿真可知：?jiǎn)?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

47、，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>　　第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1主電路模塊：</b></p><p>　　主電路模塊的主要功能是通過PWM變換器得到可調(diào)的直流電壓，為直流電動(dòng)機(jī)供電

48、；</p><p>　　檢測(cè)模塊包括轉(zhuǎn)速、電流和溫度的檢測(cè)，轉(zhuǎn)速和電流檢測(cè)為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋的信號(hào)；溫度檢測(cè)的目的是為了保護(hù)PWM變換器和電機(jī)；鍵盤、顯示與報(bào)警模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速的給定和實(shí)時(shí)顯示，以及故障的聲光報(bào)警；通信模塊負(fù)責(zé)DSP與PC之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控；DSP系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制。</p><p>　　圖4-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路圖&

49、lt;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速的檢測(cè)可把接到一個(gè)測(cè)速發(fā)電機(jī)上即可檢測(cè)轉(zhuǎn)速，如圖8所示：</p><p>　　圖4-2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 圖4-3 電流檢測(cè)電路</p><p><b>　　限幅電路:</b>&

50、lt;/p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　繼電器驅(qū)動(dòng)電路：接受輸入信號(hào)并放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　4.2 控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖，可將系統(tǒng)分解為三個(gè)部分

51、，如下圖所示：</p><p>　　一、計(jì)算機(jī)控制單元；二、檢測(cè)單元和接口電路；三、主電路單元和觸發(fā)電路。</p><p>　　圖4-6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理分解框圖</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4-6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

52、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4 -7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(hào)的極性，主要視觸發(fā)電路對(duì)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4 -7雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

53、</p><p>　　圖4-8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　輸LED靜態(tài)顯示接口電路：</p><p>　　按鍵控制與LED顯示單元完成系統(tǒng)參數(shù)（占空比和轉(zhuǎn)速）的實(shí)時(shí)顯示，以及通過鍵盤輸入系統(tǒng)的給定（占空比）。本系統(tǒng)中通過74ls138芯片來擴(kuò)展鍵盤和顯示接口。</p><p><b>　　圖4-9</b&

54、gt;</p><p>　　三相過零檢測(cè)電路：為了達(dá)到與電源電壓同步的目的，除了可以使用鎖相同步電路外，還可以實(shí)時(shí)檢測(cè)電源電壓的過零點(diǎn)和頻率，根據(jù)過零點(diǎn)和頻率就可以跟蹤輸入的電源電壓的相位，實(shí)現(xiàn)同步輸入。</p><p><b>　　圖4-10</b></p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p>

55、<p>　　5-1設(shè)計(jì)結(jié)論 </p><p>　　利用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法確定2個(gè)調(diào)節(jié)器的參數(shù), 再結(jié)合雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理確定2 個(gè)調(diào)節(jié)器的限幅值,調(diào)用Ma tlab /Simulink中的基本模塊, 按工程實(shí)際改變相應(yīng)模塊的參數(shù), 設(shè)定合適的仿真算法、仿真時(shí)間、步長(zhǎng)、相對(duì)誤差等, 很容易建立起雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型. 通過對(duì)直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型的分析,

56、 在Matlab /Simu link 工具箱中搭建了直流電機(jī)上閉環(huán)調(diào)速的動(dòng)態(tài)模型.用該模型對(duì)一實(shí)例進(jìn)行了仿真, 通過仿真可知, 此帶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(duì)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，

57、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>　　5-2 體會(huì)與致謝</p><p>　　經(jīng)過了此次課程設(shè)計(jì)，我深深地體會(huì)到作為一個(gè)即將踏入社會(huì)的畢業(yè)生來說，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)與實(shí)事求是的精神是我們以后工作生活中的一個(gè)重要的法寶。但是由于時(shí)間太倉(cāng)促所以課程設(shè)計(jì)不是太完美，但是這次課程

58、設(shè)計(jì)都有所收獲，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)踐才能明白運(yùn)動(dòng)控制的本質(zhì)原理。 </p><p>　　最后感謝xx老師的指點(diǎn)與點(diǎn)撥，姬老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹(jǐn)向xx老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&l

59、t;/b></p><p>　　[1]陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第2版）[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社. 2005</p><p>　　[2] 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>　　[3] 王軍.自動(dòng)控制原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.</p><p>　　[4] 導(dǎo)向科技

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