運動控制系統(tǒng)課程設計---v-m雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　課程設計題目：V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學生姓名

2、 </p><p>　　學 號 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　起止日期： 2011 年 4 月 16 日起——至 2011年 5 月 14 日止</p><p>　　1.設計主要內(nèi)容及要求：</p><

3、;p><b>　　（1）主要內(nèi)容</b></p><p>　　試設計一雙閉環(huán)V-M直流調(diào)速系統(tǒng)。采用三相橋式全控整流電路，二次相電壓有效值U2= 110V。已知他勵直流電動機參數(shù)為PN = 55kW, UN = 440V, IN = 140A, nN =1000r/min。電動機電樞回路總電阻（即電樞電阻，此時忽略整流裝置內(nèi)阻，平波電抗器電阻）R =Ra=0.25Ω，電樞回路電磁時間常

4、數(shù)TL = 0.02s，系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm=0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2 = 90N.m2時，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為 =10V, = 10V。</p><p><b>　　（2）要求</b></p><p>　　按工程設計方法設計，使調(diào)速系統(tǒng)的電流超調(diào)量，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，其過渡過程時間s,穩(wěn)態(tài)無靜差。</p><p

5、>　　2.對設計論文撰寫內(nèi)容、格式、字數(shù)的要求：</p><p>　?。?）課程設計論文撰寫的內(nèi)容為：中文摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻等。應做到文理通順，內(nèi)容正確完整。</p><p>　?。?）課程設計論文格式可參照畢業(yè)設計（論文）格式規(guī)范。</p><p>　　（3）課程設計論文是體現(xiàn)和總結課程設計成果的載體，一般不應少于3000字（一般不超過500

6、0字）。</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　本文設計主要介紹了由晶閘管-直流電動機（V-M）組成的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖及動態(tài)結構圖，并按工程設計設計法對雙閉環(huán)系統(tǒng)的ACR和ASR進行設計，在工程設計中闡述了需要注意的問題，并對晶閘管的電壓、電流做了額定計算，及平波電抗器的計算，最后得出了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的主、控電路并作了總結和設

7、計心得。</p><p>　　雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛、經(jīng)濟、適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好、易于控制和抗干擾能力強的優(yōu)點。也是構成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)或高性能調(diào)速裝置的核心。因此雙閉環(huán)系統(tǒng)的設計最有最重要的實際意義。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作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

8、可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的調(diào)解下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。本設計是基于V-M調(diào)速系統(tǒng)的直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)，設計中使用工程法對雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ACR及ASR進行整定。主電路采用由晶閘管構成的三相橋式可控整流電路，可逆方案采用兩組晶閘管反并聯(lián)的方式，晶閘管的觸采使用由集成芯片TC787構成的觸發(fā)電路。系統(tǒng)同時還具有過壓、過流、緩沖保護等措施。系統(tǒng)不論是穩(wěn)態(tài)性能還是動態(tài)性能都滿足了設計要求。</p><p>　　在系統(tǒng)中設置兩個調(diào)

9、節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級連接，即以轉(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)器的輸出作為V-M的控制電壓。從閉環(huán)反饋結構上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型Ⅰ型系統(tǒng)設計；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型Ⅱ型系統(tǒng)設計。為了獲得良好的動、靜態(tài)品質(zhì)，調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器并對系統(tǒng)進行了校正。</p><p>　　關鍵詞 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器，抗干擾，晶閘管-直流電動機（V-M）<

10、;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　課程設計任務書I</b></p><p><b>　　中文摘要III</b></p><p><b>　　目錄IV</b></p><p><b>　

11、　1、任務和要求1</b></p><p>　　1.1 設計任務1</p><p>　　1.2 設計要求1</p><p>　　1.3 穩(wěn)態(tài)指標：1</p><p>　　1.4 動態(tài)指標1</p><p><b>　　2、設計思路2</b></p><p

12、>　　2.1 系統(tǒng)總體結構的設計2</p><p>　　2.2 環(huán)節(jié)設計、部件選擇及參數(shù)計算2</p><p>　　2.3 系統(tǒng)原理圖2</p><p>　　2.4 建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型3</p><p><b>　　3、設計方框圖5</b></p><p>　　4．各系統(tǒng)及其性能

13、指標6</p><p>　　4.1 典型Ⅰ系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關系6</p><p>　　4.1.1 典型Ⅰ型系統(tǒng)6</p><p>　　4.1.2 Ⅰ型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能6</p><p>　　4.1.3 Ⅰ型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：7</p><p>　　4.1.4 Ⅰ型系統(tǒng)的頻率特性7</

14、p><p>　　4.2 典型Ⅱ型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關系8</p><p>　　4.2.1 典型Ⅱ型系統(tǒng)8</p><p>　　4.2.2 性能指標與參數(shù)關系9</p><p>　　5．工程設計中的近似處理11</p><p>　　5.1 高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理11</p><p&g

15、t;　　5.2 低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理12</p><p>　　6．各部分電路設計及參數(shù)計算13</p><p>　　6.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計13</p><p><b>　　已知條件13</b></p><p>　　6.2電機基本參數(shù)計算14</p><p>　　7. 電

16、流調(diào)節(jié)器ACR的設計14</p><p>　　8．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR15</p><p>　　8.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結構16</p><p>　　8.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)選擇17</p><p><b>　　小 結19</b></p><p><b>　　致 謝20</

17、b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　1、任務和要求</b></p><p><b>　　1.1 設計任務</b></p><p>　　試設計一雙閉環(huán)V-M直流調(diào)速系統(tǒng)。采用三相橋式全控整流電路，二次相電壓有效值U2= 11

18、0V。已知他勵直流電動機參數(shù)為PN = 55kW, UN = 440V, IN = 140A, nN =1000r/min。電動機電樞回路總電阻（即電樞電阻，此時忽略整流裝置內(nèi)阻，平波電抗器電阻）R =Ra=0.25Ω，電樞回路電磁時間常數(shù)TL = 0.02s，系統(tǒng)機電時間常數(shù)Tm=0.0363s,系統(tǒng)飛輪力矩GD2 = 90N.m2時，轉(zhuǎn)速和電流給定電壓最大值分別為 =10V, = 10V。</p><p>&

19、lt;b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　按工程設計方法設計，滿足包括穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量、動態(tài)過渡時間在內(nèi)的所有要求的性能指標。 </p><p>　　1.3 穩(wěn)態(tài)指標：穩(wěn)態(tài)無靜差。</p><p>　　1.4 動態(tài)指標：電流超調(diào)量。</p><p>　　空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。</p>

20、<p><b>　　動態(tài)過渡過程時間s</b></p><p><b>　　2、設計思路</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結構的設計</p><p>　　速度和電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（雙環(huán)），是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展起來的，調(diào)速系統(tǒng)使用比例積分調(diào)節(jié)器，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)速。又采用電流截止負載環(huán)

21、節(jié)，限制了起（制）動時的最大電流。這對一般的要求不太高的調(diào)速系統(tǒng)，基本上已能滿足要求。但是由于電流截止負反饋限制了最大電流，加上電動機反電勢隨著轉(zhuǎn)速的上升而增加，使電流到達最大值后迅速降下來，這樣，電動機的轉(zhuǎn)距也減小了，使起動加速過程變慢，起動（調(diào)整時間ts）的時間就比較長。在這些系統(tǒng)中為了盡快縮短過渡時間，所以希望能夠充分利用晶閘管元件和電動機所允許的過載能力，使起動的電流保護在最大允許值上，電動機輸出最大轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)速可直線迅速上升

22、，使過渡過程的時間大大縮短。另一方面，在一個調(diào)節(jié)器輸出端綜合幾個信號，各個參數(shù)互相調(diào)節(jié)比較困難。為了克服這一缺點就應用轉(zhuǎn)速，電流雙環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 環(huán)節(jié)設計、部件選擇及參數(shù)計算</p><p>　　根據(jù)總體結構要求設計各基本環(huán)節(jié)，由于電動機參數(shù)已經(jīng)題意確定，所以需設計的環(huán)節(jié)主要有：電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)，晶閘管及其觸發(fā)電路，電流、轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器等。由于設

23、計時間有限，觸發(fā)電路的結構可不考慮。最后根據(jù)已確定的各環(huán)節(jié)選擇部件及計算參數(shù)。</p><p><b>　　2.3 系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　系統(tǒng)原理圖可以簡化。但為了給建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型打下基礎，控制信號、反饋原理信號比較、調(diào)節(jié)原理和驅(qū)動電動機運行原理等都應在系統(tǒng)原理圖中表示清楚。</p><p>　　一般直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)

24、的工程設計，包括確定預期典型系統(tǒng)，選擇</p><p>　　調(diào)節(jié)器形式，計算調(diào)節(jié)器參數(shù)。如下圖（圖2-1）：</p><p>　　圖2-1 動態(tài)參數(shù)設計流程</p><p>　　最終結果應滿足生產(chǎn)機械工藝要求提出的靜態(tài)與動態(tài)性能指標。在實際應用中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是應用得比較廣泛的，而且也是比較典型的一種，也還是構成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心。</p>&

25、lt;p>　　2.4 建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型</p><p>　　由轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動態(tài)結構如下圖（圖2-2）：</p><p>　　其結構由內(nèi)到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出則去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結構

26、上看，電流環(huán)在里面，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱外環(huán)。為了使轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動態(tài)性能。電流、轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器一般采用輸出帶限幅的PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　2-2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結構圖</p><p><b>　　圖中 </b></p><p>　　(s)—對應于給定轉(zhuǎn)速的控制電壓信號；</p>&

27、lt;p>　　Un(s)—對應于實際轉(zhuǎn)速的反饋電壓信號；</p><p>　　ΔUn (s)—對應于轉(zhuǎn)速偏差的電壓信號；</p><p>　　Ui(s）—對應于控制電流的電壓信號；</p><p>　　Uct(s)—對應于脈寬調(diào)制器的輸入控制電壓信號；</p><p>　　Ud0(s)—PWM驅(qū)動電路輸出的空載電壓；</p>

28、<p>　　E (s)—電動機的反電動勢；</p><p>　　Id(s)—電動機的電樞電流；</p><p>　　Idl(s)—對應于電動機負載轉(zhuǎn)矩的負載電流；</p><p>　　n (s)—電動機轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；</p><p>　　Ton—轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)濾波時間常數(shù)；</p><p>　　Toi—電流反饋

29、環(huán)節(jié)濾波時間常數(shù)；</p><p>　　KPWM, TPWM—脈寬調(diào)制器和PWM變換器放大倍數(shù)與其近似慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)；</p><p>　　R—電動機電樞回路總電阻；</p><p>　　Tl—電動機電磁回路時間常數(shù)；</p><p>　　Tm—包括電動機在內(nèi)的系統(tǒng)機電時間常數(shù)；</p><p>　　Ce—電動機在額

30、定磁通下的電動勢轉(zhuǎn)速比；</p><p>　　ASR—系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器；</p><p>　　ACR—系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器；</p><p><b>　　—速度反饋系數(shù)；</b></p><p><b>　　—電流反饋系數(shù)。</b></p><p>　　設計此動態(tài)結構圖時，應先設

31、計各模塊的傳遞函數(shù)并求出各模塊的參數(shù)和時間常數(shù)，再根據(jù)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的原則分別設計ACR和ASR. ACR和ASR的設計是動態(tài)結構圖設計的重點。其設計方法一般為先確定調(diào)節(jié)器結構，然后確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。</p><p>　　調(diào)節(jié)器結構的設計可根據(jù)所設計閉環(huán)的控制（輸出）量的要求及校正成哪一種典型系統(tǒng)的需要，在P, PI, PD, PID等類調(diào)節(jié)器中選一種。而調(diào)節(jié)器參數(shù)的設計則主要根據(jù)該閉環(huán)的輸人、輸出、各環(huán)節(jié)的參

32、數(shù)及校正的目標系統(tǒng)的需要，通過計算而取得。</p><p>　　另外也要考慮兩個調(diào)節(jié)器限幅等非線性作用。數(shù)學模型建立過程中，主要有兩項工作：一是要確定傳遞函數(shù)的結構；二是要計算各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)和放大系數(shù)（比例系數(shù)）。</p><p><b>　　3、設計方框圖</b></p><p>　　4．各系統(tǒng)及其性能指標</p><p

33、>　　4.1 典型Ⅰ系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關系</p><p>　　4.1.1 典型Ⅰ型系統(tǒng)</p><p>　　典型Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)才傳遞函數(shù)為：</p><p>　　由上式的結構可以看出典型Ⅰ型系統(tǒng)由一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相乘得來，其方框圖如下：</p><p>　　圖4-1 典型Ⅰ型系統(tǒng)</p><p

34、>　　由上圖可以看出來典型Ⅰ型系統(tǒng)是一個由積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。</p><p>　　4.1.2 Ⅰ型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能</p><p>　　由控制理論誤差分析可知，Ⅰ型系統(tǒng)對階躍給定信號的穩(wěn)態(tài)誤差為零；對單位斜坡輸入信號的穩(wěn)態(tài)誤差不為零，即有跟蹤誤差。</p><p>　　由上式可知，當開環(huán)增益K增大時，跟蹤誤差將減少。</p&

35、gt;<p>　　4.1.3 Ⅰ型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　在式中——自然振蕩頻率，=；——阻尼比，=。</p><p>　　此系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應動態(tài)性能指標計算公式為：</p><p><b>　　超調(diào)量：</b></p><p><b>　　調(diào)節(jié)時間： <

36、;/b></p><p><b>　　截止頻率：</b></p><p><b>　　相角裕量：</b></p><p>　　在對Ⅰ型系統(tǒng)進行工程設計時，通常選用K=1/(2T)或=0.707為典型函數(shù)，稱為“Ⅰ型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)”。</p><p>　　當取這兩個參數(shù)時，其性能指標為：<

37、;/p><p>　　實踐表明，上述典型參數(shù)對應的性能指標適合于響應快而又不允許過大超調(diào)量的系統(tǒng)，一般情況下都能滿足工程設計要求。</p><p>　　4.1.4 Ⅰ型系統(tǒng)的頻率特性</p><p>　　典型Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性如下圖所示。當時，對數(shù)幅頻特性以—20dB/dec的斜率通過零分貝線，其截止頻率=K，其相角裕量為</p><p>

38、　　圖4-2 典型Ⅰ型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性</p><p>　　從上述分析可知，與系統(tǒng)快速性相關的截止頻率取決于開環(huán)增益K，增益K值可提高系統(tǒng)的快速性，但另一方面又會使相角裕量減少，超調(diào)量增大，所以不能隨意增大。如果既要提高快速性，又要保持相角裕量不變，就應在增加的同時減少時間參數(shù)T，保持他們之間的比值不變。但時間常數(shù)T往往是系統(tǒng)的固有參數(shù)，較難改變，故在確定K值時，要兼顧快速性和超調(diào)量兩項指標。</p

39、><p>　　4.2 典型Ⅱ型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標的關系</p><p>　　4.2.1 典型Ⅱ型系統(tǒng)</p><p>　　典型Ⅱ型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下：</p><p><b>　　()</b></p><p>　　其閉環(huán)系統(tǒng)結構圖和開環(huán)對數(shù)幅頻特性如下圖所示：</p><

40、p>　　圖4-2典型Ⅱ型系統(tǒng)的結構圖</p><p>　　從頻率特性上可見，由于T一定，改變就等于改變了中頻寬h；在確定以后，再改變K相當于使開環(huán)對數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率。因此在設計調(diào)節(jié)器時，選擇兩個參數(shù)h和，就相當于選擇參數(shù)和K。</p><p>　　4.2.2 性能指標與參數(shù)關系</p><p>　　典型Ⅱ型系統(tǒng)的性能指標通常用三種方法描述

41、：以相角裕量為基準的“最大（）法”；</p><p>　　圖4-3典型Ⅱ型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性</p><p>　　以閉環(huán)諧振峰值為基準的“最小諧振峰值法”；在第一種方法中令h=4或在第二種方法中令h=5時得到的“三階工程最佳設計法”。</p><p>　　“最小法”是根據(jù)最小振蕩指標，由閉環(huán)頻率特性推導的。</p><p>　　反饋控制系統(tǒng)的閉

42、環(huán)幅頻特性如下圖：</p><p>　　圖4-4 閉環(huán)系統(tǒng)的幅頻特性</p><p>　　其中振蕩峰值用表示?？梢宰C明對于典型Ⅱ型系統(tǒng)，當截止頻率符合下列關系式時，對應的最小，稱為“最佳頻比”，此時系統(tǒng)現(xiàn)對穩(wěn)定性最好。</p><p><b>　　或</b></p><p><b>　　即</b>&

43、lt;/p><p>　　這時最小的值與h有簡單的關系：</p><p><b>　　開環(huán)放大倍數(shù)</b></p><p>　　則按“最小法”設計的典型Ⅱ型系統(tǒng)時的參數(shù)關系為</p><p><b>　　若取h=5，則</b></p><p>　　5．工程設計中的近似處理</

44、p><p>　　5.1 高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理</p><p>　　在下圖所示的系統(tǒng)中，和是兩個小慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p>　　若按典型一型系統(tǒng)進行校正，取調(diào)節(jié)器參數(shù)=，則系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函為</p><p><b>　　結構圖如下：</b></p><p>　　圖5-1 電流

45、控制系統(tǒng)結構圖</p><p><b>　　式中K=</b></p><p>　　顯然，比典型一型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)多了一個小慣性環(huán)節(jié)。為此需要將兩個小慣性環(huán)節(jié)用一個等效慣性環(huán)節(jié)代替，并保持等效前后相角裕量不變，便可得到等效的典型一型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)</p><p>　　5.2 低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理</p><

46、p>　　在把系統(tǒng)校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)時，有時需要將系統(tǒng)中的大慣性環(huán)節(jié)近似用積分環(huán)節(jié)代替。若把下圖校正成為典型Ⅱ型系統(tǒng)，在把兩個小慣性環(huán)節(jié)等效成一個小時間常數(shù)T的慣性環(huán)節(jié)的同時，還需把大慣性環(huán)節(jié)等效成積分環(huán)節(jié)。</p><p>　　圖5-2大慣性環(huán)節(jié)近似為積分環(huán)節(jié)</p><p>　　近似等效前，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　式中K

47、=</b></p><p>　　若把大慣性環(huán)節(jié)用積分環(huán)節(jié)來近似，即</p><p>　　則就成為典型Ⅱ型系統(tǒng)的形式</p><p>　　6．各部分電路設計及參數(shù)計算</p><p>　　6.1電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計</p><p><b>　　已知條件</b></p>

48、<p>　　由任務書上的參數(shù)可以知道：</p><p>　　直流電動機參數(shù)：= 55kW，= 440V，= 140A，= 1000r/min</p><p>　　采用三相橋式整流電路電阻及平波電抗器內(nèi)阻為0Ω</p><p>　　系統(tǒng)飛輪力矩= 90N</p><p>　　ASR限幅輸出= 10V；ACR限幅輸出= 10V&l

49、t;/p><p>　　堵轉(zhuǎn)電流= 2= 2*140=280A</p><p>　　臨界截止電流= 1.5=1.5*140=210A</p><p>　　6.2電機基本參數(shù)計算</p><p>　　電樞電阻 Ra= 0.25Ω</p><p>　　額定磁通下的電動勢系數(shù)Ce= (—Ra)/ = (440-140*0.25)/

50、1000=0.405 </p><p>　　回路總電阻R= Ra +R內(nèi) =0+0.25=0.25Ω</p><p>　　機電時間常數(shù)Tm=R/(375CeCm) </p><p>　　0.0363=90*0.25/(375*0.405*Cm) 則Cm=0.245</p><p>　　額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm= Ce/1.03=0.405

51、/1.03 =0.393</p><p>　　電樞回路電磁時間常數(shù)= L/R 0.02=L/0.25 則L=0.005M</p><p>　　三相橋式晶閘管整流電路的平均失控時間Ts= 1/(2mf)= 0.0017s</p><p>　　電流反饋濾波時間常數(shù)=2ms= 0.002s</p><p>　　啟動電流= 2= 2*140=

52、280A</p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α= = 10/1000=0.01</p><p>　　電流反饋系數(shù)β= /= 10/280=0.036</p><p>　　= (0.405*1000+280*0.25)/10=47.5</p><p>　　7. 電流調(diào)節(jié)器ACR的設計</p><p>　　最常用的電流調(diào)節(jié)器

53、是PI。由于電流反饋濾波環(huán)節(jié)（慣性環(huán)節(jié)）折算到前向通道上表現(xiàn)為微分環(huán)節(jié)，電流超調(diào)將會增大，為此，在給定通道上也加一濾波環(huán)節(jié)（給定濾波器），以抵消電流反饋環(huán)節(jié)的影響。具有給定和反饋濾波器的電流調(diào)節(jié)器如下圖所示。</p><p><b>　　圖7-1電流轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　對PI調(diào)節(jié)器，其輸出表達式為：</p><p>　　8．轉(zhuǎn)速

54、調(diào)節(jié)器ASR</p><p>　　與ACR相同，含有給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示。</p><p>　　圖8-1 含有給定濾波和反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖</p><p>　　8.1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結構</p><p>　　用電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)代替圖8-1中的電流閉環(huán)后，整個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動態(tài)結構圖變成圖a所示。其中。&l

55、t;/p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號變?yōu)椋偃r間常數(shù)，則轉(zhuǎn)速環(huán)可簡化成圖b形式。</p><p><b>　　圖a）</b></p><p><b>　　圖b）</b></p><p><b>　　圖c）</b></p>

56、<p>　　圖8-2轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結構圖</p><p>　　a）近似處理前 b）近似處理后 c）按典型Ⅱ型系統(tǒng)校正后</p><p>　　基于穩(wěn)態(tài)無靜差和系統(tǒng)應具有良好的抗擾性能的要求，轉(zhuǎn)速環(huán)應該校正成典型Ⅱ型系統(tǒng)比較明確。</p><p>　　8.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR參數(shù)選擇</p><p>　　按法及典型Ⅱ型系統(tǒng)關系式得</p

57、><p><b>　　則調(diào)節(jié)器參數(shù)為</b></p><p>　　取“工程最佳”參數(shù)時，，再根據(jù)設計任務所給數(shù)據(jù)，得</p><p>　　為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，他應該還包括在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中，由于擾動作用下點后面已經(jīng)有一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速開環(huán)傳遞函數(shù)共有兩個積分環(huán)節(jié)，應該設計成典型Ⅱ型系統(tǒng)。</p&g

58、t;<p>　　課 程 設 計 小 結</p><p>　　通過兩周的課程設計，首先對直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有了更深的認識，加深了理解，是對課堂所學知識的一次很好的應用。在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)因成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的簡單的課程設計，可是平心而論，也耗費了我不少的時間。</p>

59、<p>　　對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！</p><p>　　總之，在設計過程中，我不僅學到了以前從未接觸過的新知識，而且學會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學

60、到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益匪淺。 </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　為期兩周的課程設計結束了，在這里我要感謝我的指導老師劉小玲老師，沒有她的幫助，我是無法順利完成我的課程設計的。使我學會了轉(zhuǎn)速，V-M雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設計，并能熟練地掌握轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇和計算，在設計的基礎上更加認識到直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的應用廣泛

61、。本課題在選題及進行過程中得到周游老師的悉心指導。過程中，劉老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難想放棄的時候給予我最大的支持和鼓勵。劉老師嚴謹求實的治學態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終生受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向劉老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 楊威，張金棟 主編，

62、重慶大學出版社，2002</p><p>　　[2] 王兆安，黃俊主編 第四版，機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[3] 莫正康，電力電子應用技術，第三版，機械工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[4] 劉軍、孟祥忠，電力拖動自動控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 陳伯時，電力拖動自動控制