運(yùn)動控制課程設(shè)計

1、<p><b>　　運(yùn)動控制課程設(shè)計</b></p><p>　　學(xué) 院 </p><p>　　專業(yè)班級     </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 &l

2、t;/p><p><b>　　2014年10月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　設(shè)計直流調(diào)速系統(tǒng)電氣原理圖，在設(shè)計中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來供電，根據(jù)晶閘管的特性，通過調(diào)節(jié)控制角大小來調(diào)節(jié)電壓。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，即分別引入轉(zhuǎn)

3、速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者之間實行嵌套聯(lián)接。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計各元部件，并對其參數(shù)的計算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計算，最后采用MATLAB/SIMULINK對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙閉環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器；Simulink</p><p><b>　　Abstract</b>

4、;</p><p>　　DC speed control system design electrical schematics in the design of the main circuit speed control system uses a three-phase full-controlled bridge rectifier circuit to power, according to the c

5、haracteristics of the thyristor, by adjusting the size of the control angle to adjust the voltage. In order to achieve speed and current, respectively, the two negative feedback works, you can set the two regulators in t

6、he system, namely the introduction of speed respectively negative feedback and curre</p><p>　　Keywords: double-loop; speed regulator; current regulator; Simulink</p><p><b>　　目錄</b>&l

7、t;/p><p><b>　　摘要2</b></p><p>　　Abstract3</p><p>　　1設(shè)計任務(wù)及要求5</p><p><b>　　1.1技術(shù)數(shù)據(jù)5</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計要求5</b></p&g

8、t;<p><b>　　1.3設(shè)計內(nèi)容5</b></p><p>　　2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計6</p><p>　　2.1控制電路原理7</p><p>　　2.2調(diào)節(jié)器原理8</p><p>　　2.3保護(hù)電路原理9</p><p>　　2.3.1晶閘管的過電壓保護(hù)

9、9</p><p>　　2.3.2晶閘管的過電流保護(hù)10</p><p>　　2.4 檢測電路原理11</p><p>　　2.4.1 電流檢測電路設(shè)計11</p><p>　　2.4.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計11</p><p>　　2.5 ACR及其限幅電路12</p><p>　　2

10、.6 ASR極其限幅電路13</p><p>　　3 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計14</p><p>　　3.1ACR結(jié)構(gòu)設(shè)計14</p><p>　　3.2電流環(huán)參數(shù)計算14</p><p>　　3.3 電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)17</p><p>　　4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計18</p><p>　　4.1

11、ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計18</p><p>　　4.2轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)計算19</p><p>　　4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)20</p><p><b>　　5仿真測試21</b></p><p>　　5.1仿真原理圖21</p><p>　　5.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)其它性能的研究仿真24</p&

12、gt;<p><b>　　6總結(jié)體會24</b></p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)及要求</b></p><p><b>　　1.1技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　采用晶閘管

13、三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　直流電動機(jī)=220V，=136A，=1460r/min，電樞電阻=0.2Ω，允許過載倍數(shù)λ=1.5；</p><p>　　晶閘管裝置=0.00167s，放大系數(shù)=40；</p><p>　　平波電抗器：電阻、電感；</p><p>　　電樞回路總電阻R=0.5Ω；電樞回路總電感L=

14、15mH；</p><p>　　電動機(jī)軸上的總飛輪慣量GD2=22.5N·m2；</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器最大給定值=10.2V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器最大給定值=10.5V；</p><p>　　電流濾波時間常數(shù)=0.002s，轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)=0.01s。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b><

15、;/p><p>　　1、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差；</p><p>　　2、動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 ；</p><p>　　3、空載啟動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 。</p><p><b>　　1.3設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1、寫出設(shè)計說明書，內(nèi)容包括：</p><p>

16、　　（1）各主要環(huán)節(jié)的工作原理；</p><p>　　（2）整個系統(tǒng)的工作原理；</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算過程。</p><p>　　2、畫出一張詳細(xì)的電氣原理圖</p><p>　　3、采用Matlab中的Simulink軟件對整個調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，對計算得到的調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行校正，驗證設(shè)計結(jié)果的正確性。將Simulin

17、k仿真模型，以及啟動過程中的電流、轉(zhuǎn)速波形圖附在設(shè)計說明書中。</p><p>　　2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　圖2-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計總框架</p><p>　　三相交流電路的交、直流側(cè)及三相橋式整流電路中晶閘管中電路保護(hù)有電壓、電流保護(hù)。一般保護(hù)有快速熔斷器，壓敏電阻，阻容式，根據(jù)不同的器件和保護(hù)的不同要求采用不同的方法。 <

18、/p><p>　　驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，它將信息電子電路傳來的信號按照其控制目標(biāo)的要求，轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或關(guān)斷的信號。本設(shè)計使用的是晶閘管，即半控型器件，驅(qū)動電路對半控型只需要提供開通控制信號。</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的方案是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，采用串級控制的方式。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外環(huán)

19、，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度；電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速、電流兩個閉環(huán)都帶有輸出限幅電路。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值Iim決定了電樞電流的最大值Idm，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。起動過程中負(fù)載電流小于Idm時，電流Id迅速上升，ASR起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)靜特性表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差；負(fù)載電流達(dá)到Idm后，ASR飽和，ACR起主要調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速呈線性增長，系統(tǒng)靜特性表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流

20、的自動保護(hù)。</p><p>　　ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器以期獲得良好的靜、動態(tài)性能。PI調(diào)節(jié)器可以保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，同時提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。</p><p><b>　　2.1控制電路原理</b></p><p>　　下圖V-M系統(tǒng)的簡單原理圖，圖中V是晶閘管變流裝置，可以是單相、三相或更多相數(shù)，

21、半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。</p><p>　　圖2-2 V-M系統(tǒng)的簡單原理圖</p><p>　　整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機(jī)的調(diào)速、發(fā)電機(jī)的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器

22、和變壓器組成。主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。</p><p>　　三相橋式全控整流電路原理圖如下圖所示。由陰極接法(VT1，VT3，VT5)和共陽極接法(VT1，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。輸出脈動直流電壓頻率是頻率的6

23、倍，比三相半波電路高l倍，脈動減小，而且每次脈動的波形都一樣，故該電路又可稱為6脈動整流電路。</p><p>　　圖2-3 三相橋式全控整流電路</p><p>　　當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負(fù)載時，或帶電阻負(fù)載a≤60時）的平均值為：</p><p><b>　　2.2調(diào)節(jié)器原理</b></p><p>　　系統(tǒng)

24、設(shè)計的一般原則為：先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。即從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖2-4為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖，圖2-5為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖中兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級連接，即把電流調(diào)節(jié)器的輸出作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，再用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。

25、</p><p>　　兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。</p><p>　　為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。其中主電路中串入平波電抗器，以抑制電流脈動，消除因脈動電流引起的電機(jī)發(fā)熱以及產(chǎn)生的脈動轉(zhuǎn)矩對生產(chǎn)機(jī)械

26、的不利影響。</p><p>　　圖2-4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　圖2-5 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.3保護(hù)電路原理</b></p><p>　　電力電子器件承受過電壓、過電流的能力要弱得多，極短時間的過電壓和過電流就會導(dǎo)致器件永久性的損壞。因此電力電子電路中過電壓和

27、過電流的保護(hù)裝置是必不可少的，有時還要采取多重的保護(hù)措施。</p><p>　　2.3.1晶閘管的過電壓保護(hù)</p><p>　　晶閘管對過電壓很敏感，當(dāng)正向電壓超過其斷態(tài)重復(fù)峰值值電壓一定值時，就會誤導(dǎo)通，引發(fā)電路故障；當(dāng)外加的反向電壓超過其反向重復(fù)峰值電壓一定值時，晶閘管將會立即損壞。因此，必須研究過電壓的產(chǎn)生原因及抑制過電壓的方法。過電壓產(chǎn)生的原因主要是供給的電壓功率或系統(tǒng)的儲能發(fā)生

28、了激烈的變化，使得系統(tǒng)來不及轉(zhuǎn)換，或者系統(tǒng)中原來積聚的電磁能量不能及時消散而造成的。本設(shè)計采用如圖2-6阻容吸收回路來抑制過電壓。</p><p>　　圖2-6 阻容保護(hù)電路</p><p>　　2.3.2晶閘管的過電流保護(hù)</p><p>　　在整流中造成晶閘管過電流的主要原因是：電網(wǎng)電壓波動太大負(fù)載超過允許值，電路中管子誤導(dǎo)通以及管子擊穿短路等。所以我們要設(shè)置

29、保護(hù)措施，以避免損害管子。</p><p>　　晶閘管不僅有過電壓保護(hù)，還需要過電流保護(hù)。由于半導(dǎo)體器件體積小、熱容量小，特別像晶閘管這類高電壓、大電流的功率器件，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，否則將遭至徹底損壞。當(dāng)晶閘管中流過的大于額定值的電流時，熱量來不及散發(fā)，使得結(jié)溫迅速升高，最終將導(dǎo)致結(jié)層被燒壞。晶閘管過電流保護(hù)方法中最常用的是快速熔斷器?？焖偃蹟嗥饔摄y質(zhì)熔絲埋于石英砂內(nèi)，熔斷時間極短，可以用來保護(hù)晶閘管。&l

30、t;/p><p>　　圖2-7 晶閘管保護(hù)</p><p>　　2.4 檢測電路原理</p><p>　　2.4.1 電流檢測電路設(shè)計</p><p>　　常用的電流檢測方法有：（1）電樞回路串檢測電阻；（2）電樞回路接直流互感器；（3）交流電路接交流互感器；（4）采用霍爾傳感器。在這里我們用了電樞回路串聯(lián)小的檢測電阻后通過放大器放大的方法。&l

31、t;/p><p><b>　　圖2-8 電流檢測</b></p><p>　　2.4.2 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計</p><p>　　因為電刷兩端的感應(yīng)電勢與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，所以直流發(fā)電機(jī)能夠把轉(zhuǎn)速信號換成電勢信號，從而用來測速。由直流電機(jī)電勢公式得：根據(jù)直流電機(jī)電樞回路電壓方程，又所以負(fù)載時測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為：</p><p&

32、gt;<b>　　如圖2-9所示：</b></p><p><b>　　、</b></p><p><b>　　圖2-9 轉(zhuǎn)速檢測</b></p><p>　　2.5 ACR及其限幅電路</p><p>　　ACR為電流調(diào)節(jié)器，為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，電流調(diào)節(jié)器一般均采用P

33、I調(diào)節(jié)器。由圖可知，ACR的傳遞函數(shù)為：。ACR的加入使作為內(nèi)環(huán)的電流環(huán)成為I型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化，實現(xiàn)了時間最優(yōu)控制。其電氣原理圖如圖2-10所示：</p><p>　　圖2-10 電流調(diào)節(jié)器ACR極其限幅電路</p><p>　　2.6 ASR極其限幅電路</p><p>　　ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，為了獲得轉(zhuǎn)速無靜差以及

34、良好的動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)。由圖可知：ASR的傳遞函數(shù)為，ASR的加入使外環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)成為典型II型系統(tǒng)環(huán)節(jié)，所以可對負(fù)載變化產(chǎn)生的擾動起主要抗干擾作用，且由于ASR作為ACR的輸入，使得轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差。</p><p>　　通常，調(diào)節(jié)器輸出的限幅方法有三種，一種是采用二極管鉗位的外限幅電路，一種是采用二極管鉗位的負(fù)反饋內(nèi)限幅電路，第三種是采用晶體三極管負(fù)反饋內(nèi)限幅電路

35、。在這里，我們采用第一種限幅方式，即二極管鉗位的外限幅電路。</p><p>　　圖2-11 二極管鉗位的外限幅電路</p><p>　　圖2-12 ASR 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器其限幅電路</p><p><b>　　3 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計</b></p><p>　　3.1ACR結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p&

36、gt;　　在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即E≈0。這時，電流環(huán)如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s) / ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)</p><p>　　最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可

37、以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi ，電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖19：</p><p>　　圖3-2 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化</p><p>　　因為電流超調(diào)量 ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器 ，為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消，選擇 ，校正成為典型I型系統(tǒng)。</p>&

38、lt;p>　　3.2電流環(huán)參數(shù)計算</p><p><b>　　1、固有參數(shù)</b></p><p><b>　　電動勢系數(shù)：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)矩系數(shù)：</b></p><p><b>　　電磁時間常數(shù)：</b></p&g

39、t;<p><b>　　機(jī)電時間常數(shù)：</b></p><p>　　晶閘管整流器滯后時間常數(shù)：</p><p><b>　　2、預(yù)置參數(shù)</b></p><p><b>　　ACR限幅輸入：</b></p><p><b>　　ASR限幅輸入：</

40、b></p><p><b>　　電樞回路最大電流：</b></p><p><b>　　電流反饋系數(shù)：</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：</b></p><p><b>　　3、時間常數(shù)的確定</b></p><

41、;p>　　(1)、整流裝置滯后時間常數(shù)，即三相橋式電路的平均失控時間 Ts=0.00167s。</p><p>　　(2)、電流濾波時間常數(shù)=0.002s。</p><p>　　(3)、電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取</p><p>　　(4)、電磁時間常數(shù)的確定。已求出電樞回路總電感，則電磁時間常數(shù) </p>

42、<p>　　4、 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)==0.03s抵消大慣性又因為設(shè)計要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以==，所以ACR的比例系數(shù)=。</p><p>　　ACR的傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　5、 校驗近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截

43、止頻率==136.2。</p><p>　　(1)、晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b>　　=>，滿足條件。</b></p><p>　　(2)、忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件：</p><p><b>　　=，滿足條件。</b></p><p

44、>　　(3)、電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p><b>　　6、電流環(huán)校驗</b></p><p>　　表3-1 典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　由于電流環(huán)校正為Ⅰ型系統(tǒng)，而且KT=1/

45、2，其輸出Id的超調(diào)量=4.3%<5%，滿足要求。</p><p>　　3.3 電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　圖3-3 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　Ui* —為電流給定電壓；–Id —為電流負(fù)反饋電壓；Uc —電力電子變換器的控制電壓。</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式：，，<

46、;/p><p>　　取=100，電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)時：</p><p><b>　　4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計</b></p><p>　　4.1ASR結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖4-1中的電流環(huán)后，</p><p>　　圖4-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p>

47、<p>　　整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成 U*n(s)/，再把時間常數(shù)為 1 / KI 和 T0n 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p>　　為了

48、實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。</p><p>　　由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　　式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

49、</p><p>　　n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 </p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p><b>　　令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　圖4-3 校正后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>

50、<p>　　4.2轉(zhuǎn)速環(huán)參數(shù)計算</p><p><b>　　1、確定時間常數(shù)：</b></p><p>　　s，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常。</p><p>　　2、選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　按設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器,校正成為Ⅱ型系統(tǒng)。</p>&l

51、t;p>　　3、計算轉(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的超前時間常數(shù)為：，</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 </b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：。</p><p><b>　　4、檢驗近似條件</b></p>

52、;<p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p><p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為>，滿足條件。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：</p><p><b>　　>，滿足近似條件。</b></p><p><b>　　5、轉(zhuǎn)速校驗：</b></p>

53、;<p>　　h=5時，=81.2%×Z，所以</p><p>　　==8.3%<10%，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　4.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)</p><p>　　圖4-4 含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　U*n—為轉(zhuǎn)速給定電壓；- n —為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓；U*i—調(diào)節(jié)器的輸出是

54、電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式：，，</p><p>　　取=100，轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng)時：</p><p><b>　　5仿真測試</b></p><p><b>　　5.1仿真原理圖</b></p><p>　　由電路特性

55、知，積分飽和值為一定，我們對PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行限幅，從而保護(hù)電路以及完成轉(zhuǎn)速電流環(huán)調(diào)節(jié)效果，可以將PI效果提升的很好。</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)simulink仿真圖</p><p>　　由以上原理圖可得出電機(jī)空載起動以及受到負(fù)載擾動時的轉(zhuǎn)速波形和電流波形。</p><p>　　圖5-2 ACR/ASR調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置</p><p>

56、　　圖5-3空載啟動到額定轉(zhuǎn)速以及受到擾動時的轉(zhuǎn)速、電流曲線</p><p>　　由計算得到的參數(shù)設(shè)置調(diào)節(jié)器時，得到的曲線振蕩比較嚴(yán)重。所以，經(jīng)過一系列的調(diào)整，得到改進(jìn)后的曲線圖形。</p><p>　　圖5-4空載啟動到額定轉(zhuǎn)速以及受到擾動時的改進(jìn)轉(zhuǎn)速、電流曲線</p><p>　　起動過程分析：圖5-3是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載條件下起動過程的電流波形和轉(zhuǎn)速

57、波形。 </p><p>　　圖5-5 帶有負(fù)載條件下起動過程的轉(zhuǎn)速、電流曲線</p><p>　　電流與轉(zhuǎn)速變化過程所反映出的特點可以把起動過程分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在此三個階段中經(jīng)歷不飽和、飽和及退飽和三種情況。</p><p>　　第I階段是電流上升階段。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。</p

58、><p>　　第Ⅱ階段是恒流升速階段。在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(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。 </p><p>　　第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。</p><p>　　5.2 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)其它性

59、能的研究仿真</p><p>　　在電網(wǎng)電壓波動及負(fù)載波動情況下的轉(zhuǎn)速電流曲線如下：</p><p>　　在t=1.5~2時加入100負(fù)載擾動ΔIdl，在t=2.5~3時加入100的電網(wǎng)波動ΔUd0，電機(jī)滿載啟動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速電流圖如下：</p><p>　　圖5-6 在電網(wǎng)電壓波動及負(fù)載波動情況下的轉(zhuǎn)速電流曲線</p><p>　　可見最

60、后電流與轉(zhuǎn)速均能回到給定值，對外表現(xiàn)為無靜差，具有一定的抗擾性。</p><p><b>　　6總結(jié)體會</b></p><p>　　本次設(shè)計過程主要是完成了雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)中主電路電流調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計。通過不斷查閱相關(guān)資料和與同組同學(xué)之間討論問題等，我學(xué)到了很多的知識并認(rèn)識到自己還存在的不足之處。我還認(rèn)識到，理論知識的學(xué)習(xí)與社會實</p>

61、<p>　　踐二者缺一不可，只有將二者結(jié)合起來，才會有不斷地提高。這次課程設(shè)計不僅考察了我們對于所學(xué)知識的理解程度，也鍛煉了我們的動手能力。在發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程中，鍛煉了我們獨立思考與分工合作的能力。這次課程設(shè)計使我自身知識豐富了不少，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處。比如動手能力有待提高，理論知識與實踐結(jié)合還存在一定問題等。</p><p>　　在今后的學(xué)習(xí)生活中，我要不斷提升自我，努力學(xué)習(xí)專業(yè)相關(guān)知

62、識，并抓住機(jī)會進(jìn)行相應(yīng)的實踐，不斷提高自己的理論水平和實踐能力。</p><p><b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 陳群. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其動態(tài)仿真[J]. 科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì). 2007(22)</p><p>　　[2] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)——運(yùn)動控制系統(tǒng)（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社，2003&l

63、t;/p><p>　　[3] 曾毅. 現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)工程.,機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[4] 爾桂花，竇曰軒. 運(yùn)動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[5] 阮毅，陳維鈞. 運(yùn)動控制系統(tǒng)，清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[6] 張波,鄧則名. 直流調(diào)速系統(tǒng)的SIMULINK仿真[J].