單雙閉環(huán)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1．設(shè)計(jì)目的及意義</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在調(diào)速領(lǐng)域中，雙閉環(huán)控制的理念已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)同與應(yīng)用。相對(duì)于單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程的弱點(diǎn)。雙閉環(huán)控制則很好的彌補(bǔ)了他的這一缺陷。</p><p>　　雙閉環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋的分別作用，從而獲得良好的靜，動(dòng)態(tài)性能。其良好的

2、動(dòng)態(tài)性能主要體現(xiàn)在其抗負(fù)載擾動(dòng)以及抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)之上。正由于雙閉環(huán)調(diào)速的眾多優(yōu)點(diǎn)，所以在此有必要對(duì)其最優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的探討和研究</p><p>　　本設(shè)計(jì)從直流電動(dòng)機(jī)的工作原理入手，并詳細(xì)分析了系統(tǒng)的原理及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。然后按照自動(dòng)控制原理，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算。</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng), 采用轉(zhuǎn)速、電

3、流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律，性能特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法是各種交、直流電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。應(yīng)掌握轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成及其靜特性；從起動(dòng)和抗擾兩個(gè)方面分析其性能和轉(zhuǎn)速與電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用；應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法解決雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中兩個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，等等。</p><p>　　通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的了解，使我們能夠更好的掌

4、握調(diào)速系統(tǒng)的基本理論及相關(guān)內(nèi)容，在對(duì)其各種性能加深了解的同時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)其缺陷之處，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)不足之處的完善，可提高該系統(tǒng)的性能，使其能夠適用于各種工作場(chǎng)合，提高其使用效率。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)控制課是后續(xù)于自動(dòng)控制原理課的課程，是更加接近本專業(yè)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的一門課程。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論

5、上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。所以加深直流電機(jī)控制原理理解有很重要的意義。</p><p>　　本設(shè)計(jì)首先進(jìn)行總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，然后確定各個(gè)參數(shù)，當(dāng)明確了系統(tǒng)傳函之后，再進(jìn)行穩(wěn)定性分析，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行整定以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　一、單閉環(huán)總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1、控制原理<

6、;/b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為反饋量，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的無(wú)極平滑調(diào)速。原理圖如下：</p><p><b>　　圖1、單閉環(huán)直流</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速用與電動(dòng)機(jī)同軸相連的測(cè)速電機(jī)產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓信號(hào)反饋到輸入端，再與給定值比較，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控

7、制電壓，再通過(guò)電力電子變換器來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)回路電流，達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　這里，電壓放大環(huán)節(jié)采用集成電路運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，主電路用晶閘管可控整流器調(diào)節(jié)對(duì)電機(jī)的電源供給。</p><p>　　所以，更具體的原理圖如下：</p><p>　　圖2、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具體原理圖</p><p><b>　　2、控制結(jié)構(gòu)圖

8、</b></p><p>　　有了原理圖之后，把各環(huán)節(jié)的靜態(tài)參數(shù)用自控原理中的結(jié)構(gòu)圖表示，就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　圖3、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　同理，用各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，即各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，表示成結(jié)構(gòu)圖形式，就得到了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。</p><p>　　由所學(xué)的相關(guān)課程

9、知：放大環(huán)節(jié)可以看成純比例環(huán)節(jié)，電力電子變換環(huán)節(jié)是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看作一階慣性環(huán)節(jié)，而額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)。所以，可以得到如下的框圖：</p><p>　　圖4、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　3、參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)完系統(tǒng)框圖，就可以用已知的傳遞函數(shù)結(jié)合

10、設(shè)計(jì)要求中給定的參數(shù)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩套參數(shù)的計(jì)算。以便于后續(xù)步驟利用經(jīng)典控制論對(duì)系統(tǒng)的分析。</p><p>　　為了方便以下的計(jì)算，每個(gè)參數(shù)都采用統(tǒng)一的符號(hào)，這里先列出設(shè)計(jì)要求中給出的參數(shù)及大小：</p><p>　　電動(dòng)機(jī)：PN=10kw UN=220v IdN=55A nN=1000rpm Ra=0.5Ω</p><p>　　晶閘管整流裝置

11、：二次線電壓E2l=230v Ks=44</p><p>　　主回路總電阻：R=1Ω</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)：PNc=23.1kw UNc=110v IdN=0.21A nNc=1900rpm</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分：飛輪矩GD2=10Nm2 </p><p>　　電樞回路總電感量：要求在主回路電流為額

12、定值10﹪時(shí)，電流仍連續(xù)</p><p>　　生產(chǎn)機(jī)械：D=10 s≤5﹪</p><p>　?。?）靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　A、空載到額定負(fù)載的速降ΔnN</p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　?。ㄆ渲蠨，s已知） </p><p&g

13、t;　　得：ΔnN≤5.26rpm</p><p>　　B、系統(tǒng)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K</p><p><b>　　由公式：</b></p><p>　?。ㄓ晒?可算出Ce =0.1925Vmin/r） </p><p><b>　　得：K=53.3

14、</b></p><p>　　C、測(cè)速反饋環(huán)節(jié)放大系數(shù)a</p><p>　　設(shè)：測(cè)速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)= UNc/ nNc=0.0579 Vmin/r</p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電位器RP2分壓系數(shù)a2</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人為選定a2=0.2</p><p>　　則a=Cec a2=0

15、.01158</p><p>　　注：1、a2正確性的驗(yàn)證：</p><p>　　反饋通道的輸出用于和給定比較，參照?qǐng)D3的標(biāo)注，Un略小于Un※即可，</p><p>　　當(dāng)a2=0.2時(shí)，Un=11.58v 滿足要求（圖1中，3為-， 2為+ ，7要求+，也可驗(yàn)證）</p><p>　　2、RP2的選擇主要從功耗方面考慮，以不致過(guò)熱為原則。

16、</p><p>　　D、運(yùn)算放大器的放大系數(shù)Kp</p><p>　　由公式 （其中α即a） </p><p>　　Kp ≥20.14 </p><p>　　取Kp=21 （若向小方向取，可能影響快速性，由于后加限幅電路，略大無(wú)妨）</p><p&

17、gt;　　此處的近似，使k由53.3變?yōu)?5.58</p><p>　?。?）動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　在經(jīng)典控制論中，動(dòng)態(tài)分析基于確定系統(tǒng)的傳函，所以要求出傳函并根據(jù)已知求的傳函中的未知參數(shù)，再用勞斯判據(jù)得出系統(tǒng)穩(wěn)定性，在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上再加校正以優(yōu)化系統(tǒng)，使穩(wěn)、準(zhǔn)、快指標(biāo)平衡在要求范圍內(nèi)的值上。</p><p>　　由圖4，得系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳函</p&g

18、t;<p>　　其中,Ts晶閘管裝置滯后時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　Tm機(jī)電時(shí)間常數(shù) </b></p><p><b>　　Tl：電磁時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　主電路電感值L</b></p><p>　　根據(jù)要求在主回路電流為額定

19、值10﹪時(shí)，電流仍連續(xù)。</p><p>　　結(jié)合抑制電流脈動(dòng)的措施中關(guān)于L的討論，得：</p><p><b>　　公式：</b></p><p>　　其中，整流變壓器副邊額定相電壓（二次相電壓）</p><p>　　得：L=0.017H</p><p>　　(3)其他未知參數(shù)計(jì)算</p&

20、gt;<p>　　電磁時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　機(jī)電時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為 Ts = 0.00167 s </p><p><b>　　系統(tǒng)傳函為：</b></p><p><b>

21、;　　4.穩(wěn)定性分析</b></p><p>　　穩(wěn)定是系統(tǒng)首要的條件，一切的分析只有建立在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上才有意義。</p><p>　　(1)基于經(jīng)典自控理論得分析</p><p><b>　　根據(jù)系統(tǒng)閉環(huán)傳函</b></p><p><b>　　特征方程</b></p>

22、<p>　　應(yīng)用三階系統(tǒng)的勞斯-赫爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 </p><p><b>　　代入整理得：</b></p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　把所得參數(shù)代入就是說(shuō)，k小于49.4系

23、統(tǒng)才穩(wěn)定。</p><p>　　但是，按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求計(jì)算出的要K ≥53.3</p><p>　　它們是矛盾的。所以，當(dāng)前的系統(tǒng)是不滿足要求的。</p><p><b>　　5、系統(tǒng)校正</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)校正裝置時(shí)，主要的研究工具是Bode圖，即開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性的漸近線。它的繪制方法簡(jiǎn)便，可以確

24、切地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能。因此，Bode圖是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中普遍使用的方法。</p><p>　　伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系</p><p>　　中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB，而且這一斜率覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；</p><p>　　截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快速性越好；&l

25、t;/p><p>　　低頻段的斜率陡、增益高，說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高；</p><p>　　高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說(shuō)明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。</p><p>　　相角裕度 和以分貝表示的增益裕度 Gm。</p><p><b>　　一般要求：</b></p><p>　　= 3

26、0°－60° GM > 6dB</p><p>　　實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)系統(tǒng)要求的動(dòng)態(tài)性能或穩(wěn)定裕度，確定校正后的預(yù)期對(duì)數(shù)頻率特性，與原始系統(tǒng)特性相減，即得校正環(huán)節(jié)特性。具體的設(shè)計(jì)方法是很靈活的，有時(shí)須反復(fù)試湊，才能得到滿意的結(jié)果。</p><p><b>　　6.調(diào)節(jié)器的選擇</b></p><p>　　P調(diào)

27、節(jié)器：采用比例（P）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　I調(diào)節(jié)器：采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。 </p><p>　　PI調(diào)節(jié)器：比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)

28、，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。</p><p><b>　　7.校正環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并驗(yàn)證，本系統(tǒng)加PI調(diào)節(jié)器可滿足要求，調(diào)節(jié)器的傳函為：</p><p>　　電機(jī)環(huán)節(jié)經(jīng)分解，可等效成：</p><p>　　8.限流裝置的

29、選擇：</p><p>　　Idbl應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取 </p><p>　　Idbl =（1.5~2） IN </p><p>　　從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取</p><p>　　Idcr ≥（1.1~1.2）IN</p><p>　　本系

30、統(tǒng)限流值應(yīng)為：82.5A</p><p><b>　　系統(tǒng)驗(yàn)證</b></p><p><b>　　超調(diào)15.28％</b></p><p>　　峰值時(shí)間0.285s</p><p><b>　　調(diào)節(jié)時(shí)間0.5s</b></p><p>　　可見(jiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)

31、速快速穩(wěn)定在1000rpm，符合要求。</p><p>　　二 、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與原理</p><p>　　圖1.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　首先是對(duì)雙閉環(huán)控制電路的穩(wěn)態(tài)工作原理的分析，可以根據(jù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖來(lái)分析，分析穩(wěn)態(tài)工作原理的關(guān)鍵是要了解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般都會(huì)存在著兩種狀況：飽和——輸出達(dá)到限幅值，不飽和——輸出

32、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；換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總為零。在實(shí)際的正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和和不飽和兩種情況。</p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏

33、差電壓都是零。而當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時(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)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流。PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中決定于輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。</p><p&g

34、t;　　雙閉環(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)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出，這時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。</p><p>　　接著是對(duì)其起動(dòng)過(guò)程的分析，由于在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽

35、和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分成I、II、III三個(gè)階段。</p><p>　　第I階段（電流上升階段）。突加給定電壓后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、、都跟著上升，但是在沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓仍較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升。直到電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段

36、的結(jié)束。</p><p>　　第II階段（恒流升速階段）。這是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。在這個(gè)階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E是一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，為了克服它，和也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持恒定。</p><p>　　第III階段（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段）。當(dāng)轉(zhuǎn)速上

37、升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。但是，只要仍大于負(fù)載電流，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。直到時(shí)，轉(zhuǎn)矩，則，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值。此后，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始在負(fù)載的阻力下減速，當(dāng)時(shí)，直到穩(wěn)定。</p><p>　　綜上所述，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)：（1）飽和非線性控制

38、（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。</p><p>　　最后是對(duì)其動(dòng)態(tài)抗擾性能的分析，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。</p><p>　　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。</p><p>　　就靜特性而言，系統(tǒng)對(duì)它們的抗擾效果是一樣的。但從動(dòng)態(tài)性能上看，由于擾動(dòng)作用點(diǎn)不

39、同，存在著能否及時(shí)調(diào)節(jié)的差別。負(fù)載擾動(dòng)能夠比較快地反映到被調(diào)量n上，從而得到調(diào)節(jié)，而電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用電力被調(diào)量稍遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抑制電壓擾動(dòng)的性能要差一點(diǎn)。</p><p>　　綜上所述，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)，抗繞性能大有改善。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。<

40、/p><p><b>　　變壓器副方電壓</b></p><p>　　為了減小電網(wǎng)與整流裝置的相互干擾,使整流主電路與電網(wǎng)隔離,為此需要配置整流裝置。但由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)、管子本身的壓降以及整流變壓器等效內(nèi)阻造成的壓降等。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算:</p><p>　　式中：為負(fù)載的額定電壓，取220V</p><p>　　為整

41、流元件的正向?qū)▔航?，?V</p><p>　　n為電流回路所經(jīng)過(guò)的整流元件的個(gè)數(shù)，橋式電路取2</p><p>　　A為理想情況下時(shí)，取2.34</p><p>　　B為實(shí)際電壓與理想空載電壓比，取0.93</p><p><b>　　為最小移相角，取</b></p><p>　　C為線路接線

42、方式系數(shù)，取0.5</p><p>　　為變壓器阻抗電壓比，取0.05</p><p>　　為二次側(cè)允許出現(xiàn)的最大電流與額定電流之比，取0.816</p><p><b>　　所以將數(shù)據(jù)代入</b></p><p><b>　　控制電路的計(jì)算</b></p><p>　?。?

43、）直流電動(dòng)機(jī) （2）晶閘管整流電源</p><p><b>　　電源電阻 </b></p><p><b>　　放大倍數(shù) </b></p><p><b>　　時(shí)間常數(shù) </b></p><p><b>　　固有參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算</b>

44、</p><p><b>　　給定電壓最大值 </b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)器限幅電壓 </b></p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算如下</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)電磁時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)電勢(shì)

45、常數(shù) </b></p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù) </b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù) </p><p><b>　　轉(zhuǎn)速慣量 </b></p><p>　　1.最佳典型I型電流環(huán)的計(jì)算</p><p>　　簡(jiǎn)化系統(tǒng)并確定時(shí)間常數(shù)：略去反電勢(shì)

46、對(duì)電流變化的影響。合并小慣性環(huán)節(jié)，包括晶閘管延遲和反饋濾波環(huán)節(jié)。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和為： </p><p>　　求出固有部分的傳遞函數(shù)，畫出簡(jiǎn)化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　固有部分的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　簡(jiǎn)化后的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖1.1所示為：</p><p><b>　　+&l

47、t;/b></p><p><b>　　-</b></p><p><b>　　圖1.1</b></p><p><b>　　選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)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

48、可用PI型電流調(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：， 參照表后各項(xiàng)指標(biāo)都是可接受的。</p><p><b>　　計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：</p><p>　　電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求時(shí)，應(yīng)取，因此</p>

49、<p><b>　　ACR的比例系數(shù)為</b></p><p><b>　　檢驗(yàn)近似條件</b></p><p><b>　　電流環(huán)截止頻率：</b></p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件</p><p><b>　　滿足近似條件<

50、/b></p><p>　　忽略反電勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件</p><p><b>　　滿足近似條件</b></p><p>　　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>　　計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容</p&

51、gt;<p>　　運(yùn)算放大器，各電阻和電容值為</p><p><b>　　，取</b></p><p><b>　　,取</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　2.最佳典型II型速度環(huán)的計(jì)算</p><p>

52、;<b>　　確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) </b></p><p><b>　　選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其

53、傳遞函數(shù)為 </p><p><b>　　計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　按跟隨和抗擾動(dòng)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(kāi)環(huán)增益為</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)為</b></p&

54、gt;<p><b>　　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)化條件為</p><p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p&

55、gt;<p><b>　　，滿足近似條件</b></p><p>　　3.系統(tǒng)性能指標(biāo)的分析計(jì)算</p><p>　　(1)靜態(tài)指標(biāo)的計(jì)算</p><p><b>　　（A）典型I型系統(tǒng)</b></p><p><b>　　給定階躍輸入：</b></p>

56、;<p>　　（B）典型II型系統(tǒng)</p><p><b>　　給定階躍輸入：</b></p><p><b>　　擾動(dòng)階躍輸入：</b></p><p>　　(2)動(dòng)態(tài)跟隨指標(biāo)的計(jì)算</p><p>　?。?）電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為</p><p>

57、;　?。?）空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的最大超調(diào)量 ,在飽和非線性下,以ASR“退飽和超調(diào)”符合系統(tǒng)實(shí)際。</p><p>　　(3)穩(wěn)定性指標(biāo)的分析</p><p>　?。ˋ）電流環(huán)的穩(wěn)定性</p><p>　　由附圖4.1中博德圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過(guò)0 時(shí)，既其轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相頻率特性曲線的點(diǎn)在-180之上，并且仍有一定余量，充分說(shuō)明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定。</p>

58、;<p>　?。˙）轉(zhuǎn)速環(huán)的穩(wěn)定性</p><p>　　由附圖4.2中博德圖可以看到，當(dāng)其幅頻特性曲線過(guò)0 時(shí)，既其轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相頻率特性曲線的點(diǎn)在-180之上，并且仍有一定余量，充分說(shuō)明該環(huán)節(jié)穩(wěn)定</p><p>　　典Ⅰ典Ⅱ的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性圖</p><p>　　綜上，系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求</p><p><b>