1、電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設計 電氣工程及其自動化專業(yè)任務書1.設計題目轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的設計2.設計任務某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)為：直流電動機：Un=440V，In=365A，nN=950r/min，Ra=0.04,電樞電路總電阻R=0.0825,電樞電路總電感L=3.0mH,電流允許過載倍數(shù)=1.5，折算到電動機飛輪慣量GD2=20Nm2。晶閘管整流裝置放大倍數(shù)Ks=40，滯后時間常數(shù)Ts=0.0017s電流反饋系數(shù)=0.274V/A (10V/1.5IN)轉速反饋系數(shù)=0.0158V min/r (10V/nN)濾波時間常數(shù)取Toi=

2、0.002s，Ton=0.01s=15V；調節(jié)器輸入電阻Ra=40k3.設計要求(1)穩(wěn)態(tài)指標:無靜差(2)動態(tài)指標:電流超調量5%；采用轉速微分負反饋使轉速超調量等于0。目錄任務書I目錄II前言1第一章 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理21.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的介紹21.2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成31.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性41.4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型51.4.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型51.4.2 起動過程分析6第二章 調節(jié)器的工程設計92.1 調節(jié)器的設計原則92.2 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較102.3 電流調節(jié)器的設計112.3.1 結構框圖的

3、化簡和結構的選擇112.3.2 時間常數(shù)的計算122.3.3 選擇電流調節(jié)器的結構132.3.4 計算電流調節(jié)器的參數(shù)132.3.5 校驗近似條件142.3.6 計算調節(jié)器的電阻和電容152.4 轉速調節(jié)器的設計152.4.1 轉速環(huán)結構框圖的化簡152.4.2 確定時間常數(shù)172.4.3 選擇轉速調節(jié)器結構172.4.4 計算轉速調節(jié)器參數(shù)172.4.5 檢驗近似條件182.4.6 計算調節(jié)器電阻和電容19第三章 Simulink仿真203.1 電流環(huán)的仿真設計203.2 轉速環(huán)的仿真設計213.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真設計22第四章 設計心得24參考文獻25前言許多生產機械要求在一定的

4、范圍內進行速度的平滑調節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點。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。采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)的調速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求

5、。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負反饋環(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，強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。在實際工作中，我們希望在電機最大電流限制的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過度過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動，到達穩(wěn)定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行。這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流轉矩的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。隨著社會化大生產的

6、不斷發(fā)展，電力傳動裝置在現(xiàn)代化工業(yè)生產中的得到廣泛應用，對其生產工藝、產品質量的要求不斷提高，這就需要越來越多的生產機械能夠實現(xiàn)制動調速，因此我們就要對這樣的自動調速系統(tǒng)作一些深入的了解和研究。 本次設計的課題是雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)，包括主電路和控制回路。主電路由晶閘管構成，控制回路主要由檢測電路，驅動電路構成，檢測電路又包括轉速檢測和電流檢測等部分。第一章 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理1.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的介紹雙閉環(huán)（轉速環(huán)、電流環(huán)）直流調速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛，經濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強的優(yōu)點。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

7、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。采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(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，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動時的電流和轉速波形如圖1-（a）所示。當電流從最大值降低下來以后，電機轉矩也隨之減小，因而加速過程

8、必然拖長。IdLntIdOIdmIdLntIdOIdmIdcrnn(a)(b) (a)帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調速系統(tǒng)起動過程 (b)理想快速起動過程圖1 調速系統(tǒng)起動過程的電流和轉速波形在實際工作中，我們希望在電機最大電流（轉矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流（轉矩）為允許最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)定轉速后，又讓電流立即降下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行。這樣的理想起動過程波形如圖1-（b）所示，這時，啟動電流成方波形，而轉速是線性增長的。這是在最大電流（轉矩）受限的條件下調速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。實

9、際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了實現(xiàn)在允許條件下最快啟動，關鍵是要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負反饋就能得到近似的恒流過程。問題是希望在啟動過程中只有電流負反饋，而不能讓它和轉速負反饋同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，又希望只要轉速負反饋，不再靠電流負反饋發(fā)揮主作用，因此我們采用雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。這樣就能做到既存在轉速和電流兩種負反饋作用又能使它們作用在不同的階段。1.2 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的組成為了實現(xiàn)轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之

10、間實行串級連接，如圖2所示，即把轉速調節(jié)器的輸出當作電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從閉環(huán)結構上看，電流調節(jié)環(huán)在里面，叫做內環(huán)；轉速環(huán)在外面，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。該雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的兩個調節(jié)器ASR和ACR一般都采用PI調節(jié)器。因為PI調節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時得到無靜差調速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制器時又能兼顧快速響應和消除靜差兩方面的要求。一般的調速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，采用PI調節(jié)器便能保證系統(tǒng)獲得良好的靜態(tài)和動態(tài)性能。圖2 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)圖中U*n、Un轉速給定電壓和轉

11、速反饋電壓；U*i、Ui電流給定電壓和電流反饋電壓； ASR轉速調節(jié)器； ACR電流調節(jié)器；TG測速發(fā)電機；TA電流互感器；UPE電力電子變換器1.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性Ks a 1/CeU*nUctIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R b ACR-UiUPE圖3：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖雙閉環(huán)直流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖如圖3所示，分析雙閉環(huán)調速系統(tǒng)靜特性的關鍵是掌握PI調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。一般存在兩種狀況：飽和輸出達到限幅值；不飽和輸出未達到限幅值。當調節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當與使該調節(jié)環(huán)開環(huán)。當調節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電

12、壓在穩(wěn)太時總是為零。實際上，在正常運行時，電流調節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)的。因此，對靜特性來說，只有轉速調節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。1轉速調節(jié)器不飽和這時，兩個調節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此，= = （1-1）= = （1-2）由式（1-1）可得：n=從而得到靜特性曲線的CA段。與此同時，由于ASR不飽和，<可知<，這就是說，CA段特性從理想空載狀態(tài)的Id=0一直延續(xù)到=。而，一般都是大于額定電流的。這就是靜特性的運行段，它是一條水平的特性。2轉速調節(jié)器飽和這時，ASR輸出達到限幅值，轉速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉速的變化對系統(tǒng)不再產生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成了一個電流無

13、靜差的單電流閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時：= （1-3）其中，最大電流取決于電動機的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度，由上式可得靜特性的AB段，它是一條垂直的特性。這樣是下垂特性只適合于的情況，因為如果，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。圖4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性曲線1.4 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的數(shù)學模型1.4.1 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型雙閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點模型為基礎的系統(tǒng)動態(tài)結構圖。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖5所示。圖中和分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數(shù)。為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)結構框圖中必須把電樞電流顯露出來。U*na Uc

14、t-IdLnUd0Un+-b -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E圖5：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖1.4.2 起動過程分析雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉速調節(jié)器輸出電壓、電流調節(jié)器輸出電壓、可控整流器輸出電壓、電動機電樞電流和轉速的動態(tài)響應波形過程如圖28所示。由于在起動過程中轉速調節(jié)器ASR經歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成、三個階段。圖6 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動過程的轉速和電流波形第一階段是電流上升階段。當突加給定電壓時，由于電動機的機電慣性較大，電動機還來不及轉動（n=0），轉速負

15、反饋電壓，這時，很大，使ASR的輸出突增為，ACR的輸出為，可控整流器的輸出為，使電樞電流迅速增加。當增加到（負載電流）時，電動機開始轉動，以后轉速調節(jié)器ASR的輸出很快達到限幅值，從而使電樞電流達到所對應的最大值（在這過程中的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即 （1-3）式中，電流反饋系數(shù)。速度調節(jié)器ASR的輸出限幅值正是按這個要求來整定的。第二階段是恒流升速階段。從電流升到最大值開始，到轉速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中，ASR一直是飽和的，轉速負反饋不起調節(jié)作用，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調節(jié)。由于電流

16、保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為恒值，所以轉速n按線性規(guī)律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動過程中電流調節(jié)器是不應該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應該飽和。 第三階段是轉速調節(jié)階段。轉速調節(jié)器在這個階段中起作用。開始時轉速已經上升到給定值，ASR的給定電壓與轉速負反饋電壓相平衡，輸入偏差等于零。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在以最大電流下加速，使轉速超調。超調后，使ASR退出飽和，其輸出電壓（也就是ACR的給定電壓）才從限幅值降下來，也隨之降了下來，但是，由于仍大于負載電流，在開始一段時間內轉速仍繼續(xù)上升。到時，電動機才開始在負載的阻力下減速，知道穩(wěn)定（如果

17、系統(tǒng)的動態(tài)品質不夠好，可能振蕩幾次以后才穩(wěn)定）。在這個階段中ASR與ACR同時發(fā)揮作用，由于轉速調節(jié)器在外環(huán)，ASR處于主導地位，而ACR的作用則力圖使盡快地跟隨ASR輸出的變化。穩(wěn)態(tài)時，轉速等于給定值，電樞電流等于負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。ASR的輸出電壓為 （1-4）ACR的輸出電壓為 （1-5）由上述可知，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在啟動過程的大部分時間內，ASR處于飽和限幅狀態(tài)，轉速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調節(jié)，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速響應一定有超調，只有在超調后，轉速調節(jié)器才能退出飽和，使在穩(wěn)定運行時ASR

18、發(fā)揮調節(jié)作用，從而使在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中表現(xiàn)為無靜差調速。故雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質。綜上所述，雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結構的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設計這樣的控制系統(tǒng)。（2）轉速超調：當轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器時，轉速必然有超調。轉速略有超調一般是容許的，對于完全不允許超調的情況，應采用其他控制方法來抑制超調。（3）準時間最優(yōu)控制：在設備允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，

19、在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。但由于在起動過程、兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準時間最優(yōu)控制”。采用飽和非線性控制的方法實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制中得到普遍應用。第二章 調節(jié)器的工程設計2.1 調節(jié)器的設計原則為了保證轉速發(fā)生器的高精度和高可靠性，系統(tǒng)采用轉速變化率反饋和電流反饋的雙閉環(huán)電路主要考慮以下問題：1。 保證轉速在設定后盡快達到穩(wěn)速狀態(tài)；2。 保證最優(yōu)的穩(wěn)定時間；3。 減小轉速超調量。為了解決上述問題，就必須對轉速、電流兩個

20、調節(jié)器的進行優(yōu)化設計，以滿足系統(tǒng)的需要。建立調節(jié)器工程設計方法所遵循的原則是：1. 概念清楚、易懂；2. 計算公式簡明、好記；3. 不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計算公式；5. 適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。直流調速系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的工程設計包括確定典型系統(tǒng)、選擇調節(jié)器類型、計算調節(jié)器參數(shù)、計算調節(jié)器電路參數(shù)、校驗等內容。在選擇調節(jié)器結構時，只采用少量的典型系統(tǒng)，它的參數(shù)與系統(tǒng)性能指標的關系都已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算一下就可以了，這樣就使設計方法規(guī)范化，大大減少了設計工作量。2.2

21、 型系統(tǒng)與型系統(tǒng)的性能比較 許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為： 根據(jù)W(s)中積分環(huán)節(jié)個數(shù)的不同，將該控制系統(tǒng)稱為0型、型、型系統(tǒng)。自動控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時是有差的，而型及型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此，通常為了保證穩(wěn)定性和一定的穩(wěn)態(tài)精度，多用型、型系統(tǒng)，典型的型、型系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-1） （2-2）一般說來典型型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可以做到超調小，但抗憂性能差；而典型型系統(tǒng)的超調量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。基于此，在轉速-電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調是設計電流環(huán)首先要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設計為

22、型系統(tǒng)，電流調節(jié)的設計應以此為限定條件。至于轉速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉速環(huán)通常設計為型系統(tǒng)。在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時間常數(shù)Ts和電流濾波時間常數(shù)Toi一般都比電樞回路電磁Tl小很多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取Ti=Ts+Toi。這樣，經過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設計成典型型系統(tǒng)，同理，經過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉速環(huán)的被控對象形如式(2-1)。如前所述，轉速環(huán)應設計成型系統(tǒng)，所以轉速調節(jié)器也就設計成PI型調節(jié)器，如下式所示: （2-3）2.3 電流調節(jié)器的設計2.3.1 結構框圖的化簡和結構的選擇在按動態(tài)性能設計電流環(huán)時，

23、可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE0。這時，電流環(huán)如圖7所示。 圖7 電流環(huán)的動態(tài)結構框圖及其化簡忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是：式中-電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。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，同時把給定信號改成U*i(s) /b ，則電流環(huán)便等效成單位負反饋系統(tǒng)。 圖8 等效成單位負反饋系統(tǒng)最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當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 Ti = Ts + Toi 則電流環(huán)結構圖最終簡化成圖8圖8 小慣性環(huán)節(jié)的近似處理2.3.2 時間常數(shù)的計算1、直流電機參數(shù) 2、整流裝置滯后時間常數(shù)Ts=0.0

24、017s。3、電流濾波時間常數(shù)Toi=0.002s。4、電流環(huán)小時間常數(shù)之和T=Ts+Toi=0。0017s +0。002s =0.0037s5、電樞回路電磁時間常數(shù)6、電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)2.3.3 選擇電流調節(jié)器的結構要求電流無靜差，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，應選用典型I型系統(tǒng)。 電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應采用PI型的電流調節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 （2-5）式中 Ki 電流調節(jié)器的比例系數(shù)； ti 電流調節(jié)器的超

25、前時間常數(shù)。檢查對電源電壓的抗擾性能：，參照典型型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關系表格，可以看出各項指標都是可以接受的。2.3.4 計算電流調節(jié)器的參數(shù)電流調節(jié)器超前時間常數(shù)：ti=Tl=0.07s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求i5%時，應取KITi=0.5，因此于是，ACR的比例系數(shù)為：2.3.5 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：ci=KI=135.1s-1；晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 滿足近似條件忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： 滿足近似條件電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： 滿足近似條件2.3.6 計算調節(jié)器的電阻和電容圖9 PI型電路調節(jié)器的組成按所用運算放大器取R0=40k，各電阻和

26、電容值為：2.4 轉速調節(jié)器的設計2.4.1 轉速環(huán)結構框圖的化簡電流環(huán)經簡化后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，接入轉速環(huán)內，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉速環(huán)中應等效為用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，整個轉速控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖便如圖10所示和電流環(huán)一樣，把轉速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成U*n(s)/a，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n (s)+-Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s)a T0ns+11 T0ns+1U*n(s)+-IdL (s)圖10 用等效環(huán)節(jié)

27、代替電流環(huán)的轉速環(huán)的動態(tài)結構圖最后轉速環(huán)結構簡圖為圖11圖11 等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉速環(huán)結構框圖2.4.2 確定時間常數(shù)1、電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI。由電流環(huán)參數(shù)可知KITi=0.5，則2、轉速濾波時間常數(shù)Ton。根據(jù)已知條件可知Ton=0.01s3、轉速環(huán)小時間常數(shù)Tn。按小時間常數(shù)近似處理，取2.4.3 選擇轉速調節(jié)器結構 為了實現(xiàn)轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉速調節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型 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

28、要求。由此可見，ASR也應該采用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 Kn 轉速調節(jié)器的比例系數(shù)； t n 轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 2.4.4 計算轉速調節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為：轉速環(huán)開環(huán)增益為：ASR的比例系數(shù)為：2.4.5 檢驗近似條件轉速環(huán)截止頻率為 1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 滿足近似條件2) 轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 滿足近似條件2.4.6 計算調節(jié)器電阻和電容圖12 PI型轉速調節(jié)器的組成取R0=40k，則當h=5時，查詢典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標的表格可以看出，不能滿足設計要求，需要添加微分負反饋：第三章 Simuli

29、nk仿真3.1 電流環(huán)的仿真設計校正后電流環(huán)的動態(tài)結構框圖經過化簡和相關計算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：圖13 電流環(huán)的仿真模型圖14 電流環(huán)的仿真結果3.2 轉速環(huán)的仿真設計校正后電流環(huán)的動態(tài)結構框圖經過化簡和相關計算，在matlab中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖：圖15 轉速環(huán)的仿真模型圖16 轉速環(huán)的仿真結果3.3 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的仿真設計圖18 雙閉環(huán)的仿真結果第四章 設計心得通過這次設計，我基本上掌握了直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計。具體的說，第一，了解了調速的發(fā)展史的同時，進一步了解了交流調速系統(tǒng)所蘊涵的發(fā)展?jié)摿Γ莆樟诉@一方面未來的發(fā)展動態(tài)；第二，了解了雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的基本組成以及其靜態(tài)、