十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-河南工程學(xué)院自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　河南工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動(dòng)直流</p><p><b>　　調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 杰哥 </p&g

2、t;<p>　　學(xué) 院： 電氣信息工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>　　專業(yè)課程： 自動(dòng)控制系統(tǒng) </p><p>　　指導(dǎo)教師： 河南工程學(xué)院 </p><p>　　2017 年12月01日</p><p

3、>　　課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及成績(jī)</p><p><b>　　等級(jí)：</b></p><p>　　評(píng)閱人： 職稱：</p><p>　　日期： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　

4、　摘要1</b></p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)內(nèi)容2</b></p><p><b>　　1.1技術(shù)數(shù)據(jù)2</b></p><p>　　1.2調(diào)速方案的選擇2</p><p>　　1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的選擇2</p><p>　　1.2.2 電

5、動(dòng)機(jī)供電方案的選擇2</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇3</p><p>　　1.2.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖3</p><p>　　2 主電路的計(jì)算4</p><p>　　2.1 整流變壓器的計(jì)算4</p><p>　　2.1.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算4</p>&l

6、t;p>　　2.1.2 一次、二次側(cè)電流計(jì)算4</p><p>　　2.1.3 變壓器容量的計(jì)算4</p><p>　　2.2 晶閘管元件的選擇5</p><p>　　2.3 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算5</p><p>　　2.4 平波電抗器的計(jì)算7</p><p>　　3 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)8&l

7、t;/p><p>　　4 控制電路的計(jì)算9</p><p>　　4.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)9</p><p>　　5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)10</p><p>　　5.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)10</p&g

8、t;<p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)11</p><p>　　6 系統(tǒng)的MATLAB仿真及數(shù)據(jù)分析12</p><p>　　6.1 開環(huán)仿真結(jié)果及分析12</p><p>　　6.2 單閉環(huán)仿真結(jié)果及分析13</p><p>　　6.3 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)14</p><p><b&g

9、t;　　結(jié)束語(yǔ)17</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　附錄19</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的性能好，具有調(diào)速范圍廣、精度高、雙閉環(huán)調(diào)

10、速系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。本文對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理進(jìn)行一些說明，介紹了其主電路計(jì)算，參數(shù)選定，觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)，控制電路設(shè)計(jì)計(jì)算，以及雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，而且利用MATLAB軟件中的simulink組件對(duì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真，根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖, 分析了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用, 并通過對(duì)調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì), 得到轉(zhuǎn)速和電

11、流的仿真波形，并對(duì)得到的波形進(jìn)行分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、晶閘管、直流電動(dòng)機(jī)、仿真</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.1技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　1）電樞回路總電阻取；總飛輪力矩。</p><

12、;p>　　2）其他未盡參數(shù)可參考教材第二章2.3.2節(jié)中“工程設(shè)計(jì)方法雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用”的“4.設(shè)計(jì)舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　　3）要求：調(diào)速范圍，靜差率，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量，電流脈動(dòng)系數(shù)，起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和和超調(diào)量。</p><p>　　4）要求系統(tǒng)具有過電流、過電壓、過載和斷相保護(hù)。</p><p>　　5）要求觸發(fā)脈沖

13、有鼓掌封鎖能力。</p><p>　　6）要求對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)置給定積分器。</p><p>　　1.2調(diào)速方案的選擇</p><p>　　調(diào)速選澤包括以下幾種：直流電動(dòng)機(jī)的選擇、電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇、確定直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理框圖及仿真圖。</p><p>　　1.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p

14、>　　根據(jù)小組的安排，第7組我們組分的是第七臺(tái)機(jī)架連軋機(jī)，此機(jī)架連軋的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是Z2-62，其個(gè)數(shù)據(jù)為表1</p><p><b>　　表1 電機(jī)參數(shù)表</b></p><p>　　1.2.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇</p><p>　　三相全控橋式整流器電路采用共陰極接法的三相半波和共陽(yáng)極接法的三相半波的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周

15、導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；共陽(yáng)極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流，因此變壓器繞組中沒有直流磁通，且每相繞組正負(fù)半周都有電流流過，提高了變壓器的利用率，且直流側(cè)脈動(dòng)較小，元件利用率較好，無(wú)直流磁化同時(shí)波形畸變較小，故選擇三相全控橋式整流電路可用來給直流電機(jī)供電。</p><p>　　1.2.3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　工業(yè)上，為了提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，充分利用晶閘管元

16、件及電動(dòng)機(jī)的過載能力，要求實(shí)現(xiàn)理想啟動(dòng)，即要求在啟動(dòng)過程中，是啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)結(jié)束后，電流從最大值迅速下降為負(fù)載電流值且保持不變，轉(zhuǎn)速維持給定轉(zhuǎn)速不變。又因調(diào)速精度要求較高，故采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。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)電流一直保持最大允許值，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)起主要

17、作用，使轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)速給定器的變化而變化，電流內(nèi)環(huán)跟隨轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電樞電流以平衡負(fù)載電流。</p><p>　　1.2.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(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，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)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，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，

18、此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。</p><p&g

19、t;　　圖1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　2 主電路的計(jì)算</b></p><p>　　2.1 整流變壓器的計(jì)算</p><p>　　2.1.1 整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算</p><p>　　整流變壓器二次側(cè)電壓計(jì)算公式：</p><p><b>　　+(2-1)

20、</b></p><p>　　查表知，三相全控橋式整流電壓的計(jì)算系數(shù),電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)b=0.90~1.05，查表知α角，考慮10°裕量，故cosαmin=0.985,由電機(jī)參數(shù)可知UN=230V,代入公式計(jì)算出U2</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　當(dāng)U2=120V時(shí),變比K===1.8

21、3 （2-3）</p><p>　　2.1.2 一次、二次側(cè)電流計(jì)算</p><p>　　一次側(cè)電流：考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流時(shí)，應(yīng)乘以1.05左右的系數(shù)，查表知，一次相電流計(jì)算系數(shù)=0.816，由電機(jī)參數(shù)可知=47.8A,代入公式計(jì)算出</p><p>　　. (2-4)</p><p>

22、　　=1.05*0.816*47.8/1.83=22.38(2-5)</p><p>　　二次側(cè)電流： 查表知，二次相電流計(jì)算系數(shù)=0.816，一般取整流器額定直流電流，由電機(jī)參數(shù)知=47.8A,代入公式I2 =，得</p><p>　　=0.816*47.8=39.00A (2-6)</p><p>　　2.1

23、.3 變壓器容量的計(jì)算</p><p>　　變壓器一次、二次繞組相數(shù)</p><p><b>　　一次容量 ：</b></p><p><b>　　(2-7）</b></p><p><b>　　二次容量：</b></p><p><b>　　

24、(2-8）</b></p><p><b>　　平均電容：</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　2.2 晶閘管元件的選擇</p><p>　　晶閘管的選擇主要是根據(jù)整流器的運(yùn)行條件，計(jì)算晶閘管電壓、電流值，選出晶閘管的型號(hào)規(guī)格，在工頻整流裝置中一般

25、選擇KP型普通晶閘管，其主要參數(shù)為額定電壓、額定電流值。</p><p>　　(1)額定電壓UTN的選擇，應(yīng)考慮下列因素。</p><p>　　a 分析電路運(yùn)行時(shí)晶閘管可能承受的最大電壓值。</p><p>　　b 考慮實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)留有足夠的裕量，通常可考慮2~3倍的安全裕量，按下列公式計(jì)算，即</p><p><b>　　(2

26、-10)</b></p><p>　　查表知，晶閘管的電壓計(jì)算系數(shù)KUT = 2.45。</p><p>　　(2)額定電流IT(AV)的選擇，晶閘管是一種過載能力較小的元件，選擇額定電流時(shí)，應(yīng)留有足夠的裕量，通常考慮選擇1.5~2倍的安全裕量。按下列公式計(jì)算，即</p><p>　?。?.5~2）*0.367*47.8=26.31~35.091A (

27、2-11)</p><p>　　參考電力電子技術(shù)可知應(yīng)選擇型號(hào)為KK50-6的晶閘管</p><p>　　2.3 晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管有換相方便，無(wú)噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。</p>&l

28、t;p>　　(1) 晶閘管關(guān)斷過壓保護(hù)晶閘管關(guān)斷過電壓：由于晶閘管關(guān)斷引起的過電壓稱為關(guān)斷過電壓，數(shù)值可達(dá)工作電壓峰值的5~6倍，所以必須采取保護(hù)措施，最常用的方法是在晶閘管兩端并接電容C，利用電容兩端電壓瞬時(shí)不能突變的特性，吸收尖峰過電壓，把它限制在允許的范圍內(nèi)，實(shí)用時(shí)，在電容電路中串接電阻R，這種電路稱為過電壓阻容吸收電路。電容耐壓一般選晶閘管的1.1~1.5倍。</p><p><b>　　

29、(2-12)</b></p><p>　　可取800V。由下表可根據(jù)晶閘管的額定電流選擇電阻和電容值：</p><p>　　表2 阻容保護(hù)的原件參數(shù)</p><p>　　由晶閘管的額定電流可選：C=0.2μF，R=40Ω</p><p>　?。?）直流側(cè)過電壓保護(hù) 直流側(cè)過電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響

30、系統(tǒng)的快速性，并造成di/dt加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護(hù)。</p><p><b>　　壓敏電阻的標(biāo)稱電壓</b></p><p>　　2*2.34U2=2*2.34*120=561.6V (2-13)</p><p>　?。?）非線性電阻保護(hù)</p><p>　　非線性電阻保

31、護(hù)方式主要硒堆和壓敏電阻的過電壓保護(hù)。壓敏電阻采用由金屬氧化物（如氧化鋅、氧化鉍）燒結(jié)制成的非線性壓敏元件作為過電壓保護(hù)，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：壓敏電阻具有正反向相同的陡峭的伏安特性，在正常工作時(shí)只有很微弱的電流（1mA以下）通過元件，而一旦出現(xiàn)過電壓時(shí)電壓，壓敏電阻可通過高達(dá)數(shù)千安的放電電流，將電壓抑制在允許的范圍內(nèi)，具有損耗低，體積小，對(duì)過電壓反映快等優(yōu)點(diǎn)。因此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。</p><p><

32、;b>　　壓敏電阻的標(biāo)稱電壓</b></p><p>　　式中U----壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。U—壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值，變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，通流量應(yīng)按照大于實(shí)際可能產(chǎn)生的浪涌電流選擇，一般取5kA以上。</p><p>　　殘壓值的選擇是由被保護(hù)器件的耐壓決定，應(yīng)使晶閘管在通過浪涌電流時(shí)，殘壓抑制在晶閘管額定電壓以下，并留有一定裕量。&l

33、t;/p><p>　?。?)過電流保護(hù) </p><p>　　過電流保護(hù)，包括交流側(cè)快速熔斷器的選擇， 與元器件串聯(lián)的快速熔斷器的選擇，直流側(cè)快速熔斷器的選擇。</p><p>　　快速熔斷器是最簡(jiǎn)單有效的過電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時(shí)間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞晶閘管。如圖2.3.1<

34、;/p><p>　　圖2.3.1 快速熔斷器的安裝方式</p><p>　　2.4 平波電抗器的計(jì)算</p><p>　　晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動(dòng)的，為了限制整流電流的脈動(dòng)、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)電樞電感</b></p>

35、;<p>　　*1000=8*230*1000/(2*1*1450*47.8)=13.27mH (2-14)</p><p>　　對(duì)于快速無(wú)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)取8，磁極對(duì)數(shù)p=1。</p><p><b>　　變壓器電感</b></p><p><b>　　(2-15)</b></p><p>

36、;<b>　　式中=0.05。</b></p><p><b>　　平波電抗器的選擇。</b></p><p><b>　　維持電流連續(xù)時(shí)的為</b></p><p><b>　　(2-16)</b></p><p>　　=0.693*120/(0.05*

37、47.8)-(2*0.49+13.27)=34.79-14.25=20.54mH (2-17) </p><p><b>　　式中，。</b></p><p>　　限制電流的脈動(dòng)系數(shù)=5%時(shí)，</p><p>　　

38、=1.045*120/(0.05*47.8)-14.25=52.47-14.25=38.22mH (2-18) </p><p>　　取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為38.22mH時(shí)，電流連續(xù)和脈動(dòng)要求能同時(shí)滿足。</p><p>　　3 觸發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)</p><p>　　觸發(fā)電路可選

39、擇鋸齒波同步觸發(fā)電路，也可選擇KC系列集成觸發(fā)電路。此系統(tǒng)選擇集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180°，為保證觸發(fā)脈沖對(duì)稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路MC787組成的三相觸發(fā)電路，該集成塊由同步過零、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路組成。圖3.1.1的

40、三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)RC組成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30°相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號(hào)，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對(duì)稱。</p><p>　　圖3.1.1MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖</p><p><b>　　控制電路的計(jì)算</b>&

41、lt;/p><p>　　4.1 給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓管的可調(diào)輸出電路。由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG就為負(fù)電壓，而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的電源，用一個(gè)2.2KΩ,1W電位器引出給定電壓。</p>

42、<p>　　4.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)環(huán)節(jié)和電流檢測(cè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）測(cè)速發(fā)電機(jī)的選擇 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓ETG=40V, nTG=2000r/min 負(fù)載電阻RTG=2KΩ的電位器。由于主電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450r/min ,因此，測(cè)速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V，給定電源10V,只要適當(dāng)取反饋系數(shù)α，即可滿足系統(tǒng)要求。<

43、;/p><p>　　（2）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.01s,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</p><p>　　α=Un/nN=10/1450=0.01V?min/r (4-1)</p><p>　?。?）電流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.02s,則電流反饋系數(shù) β=0.05V/A=10V/1.5=0.1

44、4V/A (4-2)</p><p>　　(4)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) </p><p>　　電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù) ： (4-3)</p><p>　　(5)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：</p><p>　　△nN===7.63r/min (4-4)&

45、lt;/p><p>　　5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）確定時(shí)間常數(shù)在三相橋式全控電路有：已知，，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)：</p><p>　　=0.0017+0.002=0.0037S。 (5-1)</p>

46、<p>　?。?）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)靜差，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，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) (5-2)</p><p>　　電流調(diào)

47、節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù) </p><p>　　電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù) （3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)==0.03s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5</p><p>　　==(5-3) </p><p>　　電樞回路總電阻R=2=

48、1.8Ω，所以ACR的比例系數(shù)</p><p>　　(5-4) </p><p><b>　　（4）校驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截止頻率:==135.1(5-5) </p><p>　　晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： </p&

49、gt;<p>　　>(5-6) </p><p>　　滿足條件。忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響條件：(5-7)</p><p><b>　　因此滿足條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>　

50、　(5-8) </b></p><p><b>　　滿足條件。</b></p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)圖如下所示：</b></p><p>　　圖5.1.1 電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 確定時(shí)間常數(shù)

51、：有則</p><p><b>　　(5-9)</b></p><p>　　已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常 (5-10)</p><p>　?。?）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 </p><p><b>　　(5-11)</b></p>

52、<p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　?。?）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：(5-12)</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 </p><p><b

53、>　　(5-13)</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：</p><p><b>　　(5-14)</b></p><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><

54、p><b>　　5-15)</b></p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為</p><p>　　(5-16) </p><p><b>　　滿足條件。</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為</p><p><b>　　(5

55、-17）</b></p><p><b>　　滿足近似條件。</b></p><p>　　系統(tǒng)的MATLAB仿真及數(shù)據(jù)分析</p><p>　　6.1 開環(huán)仿真結(jié)果及分析</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)的要求搭建物理模型，以下是本設(shè)計(jì)所需要的模型，從原理結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平

56、波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)部分等組成，電機(jī)兩端所加的電壓為230v，根據(jù)所給的參數(shù)數(shù)據(jù)可知平波電抗器的大小為12.6mH,利用仿真模型仿真找到合適的的值，經(jīng)仿真找到的范圍為55v200v。</p><p>　　圖6.1.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　圖6.1.2開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真輸出</p><p>　　圖6.1.2分析：速度不穩(wěn)定，超調(diào)較

57、大。</p><p>　　6.2 單閉環(huán)仿真結(jié)果及分析</p><p>　　對(duì)于單閉環(huán)來說，從原理結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。仿真是為了與雙閉環(huán)進(jìn)行比較，看哪個(gè)快速性好，對(duì)負(fù)載的擾動(dòng)，單閉環(huán)的給定值是151rad/s，電機(jī)電阻0.9，限幅是[ 145-0]，按照所給的值進(jìn)行仿真。如圖</p&g

58、t;<p>　　圖6.2.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　圖6.2.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真輸出</p><p>　　6.3 轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。</

59、p><p>　　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(wú)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，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

60、。</p><p>　　圖6.3.1轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　圖6.3.2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真輸出</p><p>　　起動(dòng)過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR 的輸人很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)

61、節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線性增長(zhǎng)。第三階段，轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后，ASR 的給定與反饋電壓平衡，輸人偏差為零，但是由于積分的作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)之后，ASR 輸人端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定。實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。</p><p><b>　　雙閉環(huán)仿真結(jié)果：</b></p><p>　

62、　電流仿真值為47.8A 最大電流為仿真值是151rad/s。</p><p>　　通過圖6.3.2所示的MATLAB仿真結(jié)果可以看出系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量≤5%,控制效果比較理想。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是對(duì)自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一種檢

63、驗(yàn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具體的說，第一，了解了調(diào)速的發(fā)展史的同時(shí)，進(jìn)一步了解了交流調(diào)速系統(tǒng)所蘊(yùn)涵的發(fā)展?jié)摿?，掌握了這一方面未來的發(fā)展動(dòng)態(tài)；第二，了解了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性；第三，基本掌握了ASR、ACR（速度、電流調(diào)節(jié)器）為了滿足系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)指標(biāo)在結(jié)構(gòu)上的選取，包括其參數(shù)的計(jì)算；第四，運(yùn)用MATLAB仿真系統(tǒng)對(duì)所建立的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行的仿真，與此同時(shí)，進(jìn)一步熟悉

64、了MATLAB的相關(guān)功能，掌握了其使用方法。</p><p>　　當(dāng)然也有很多不足，好多東西自己想不到，捉摸不到，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，這樣我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，是一種成長(zhǎng)的過程，讓我加深了對(duì)一些知識(shí)的理解，在以后的生活和工作中，我會(huì)更加努力的去學(xué)習(xí)，提升自己。</p><p>　　總之，在設(shè)計(jì)過程中，我不僅學(xué)到了以前從未接觸過的新知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了獨(dú)立的去發(fā)現(xiàn)，面對(duì)，分析，解

65、決新問題的能力，不僅學(xué)到了知識(shí)，又鍛煉了自己的能力，使我受益非淺，此次的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是我和同學(xué)、老師共同努力的結(jié)果，讓我明白了合作的重要性，感謝在設(shè)計(jì)中提供幫助的老師和同學(xué)們。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)［Ｍ］上海：上海工業(yè)大學(xué)出版社.1991。</p><p>

66、;　　[2] 黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算及仿真［Ｍ］北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001。[3] 周淵深.電力電子技術(shù)與MATLAB仿真 ［Ｍ］北京:中國(guó)電力出版社，2007。</p><p>　　[4] 王兆安、劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)［Ｍ］西安: 機(jī)械工業(yè)出版社，2009。</p><p>　　[5] 周淵深.交直流調(diào)速與MATLAB仿真［Ｍ］北京：中國(guó)電力出版社，2010</p&g

67、t;<p>　　[6]李博涵,基于MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].天津大學(xué)出版社,2010.</p><p>　　[7]胡壽松,自動(dòng)控制原理(第4版)[M].工業(yè)出版社,2010.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　雙閉環(huán)ASR仿真結(jié)果圖</p><p>　　雙閉環(huán)ACR仿