控制理論課程設(shè)計(jì)--電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)說明書(論文)</p><p>　　題 目 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真建模及</p><p>　　其拖動(dòng)自動(dòng) 控制系統(tǒng)的校正 </p><p>　　課 程 名 稱 自動(dòng)控制原理 </p><p>　　院 系 電力工程學(xué)院 </p&g

2、t;<p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí) 電氣081 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 地

3、 點(diǎn) </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　設(shè)計(jì)起止時(shí)間：2011年6月7日 至2011年6月17日</p><p>　　第一章 全壓直接起動(dòng)系統(tǒng)的仿真建模</p><p>　　一臺(tái)直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)，銘牌額定參數(shù)為，，，，電樞回路總電

4、阻，勵(lì)磁回路總電阻，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。要求仿真該電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)的過程。</p><p>　　1.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)參數(shù)</p><p><b>　　勵(lì)磁電流為</b></p><p>　　==220/181.5=1.21A</p><p>　　勵(lì)磁電感在恒定磁場(chǎng)控制時(shí)可取0.</p><p>　　點(diǎn)數(shù)電

5、阻Ra=0.087Ω，電樞電感估算為</p><p>　　===0.0032H</p><p>　　式中，p為極對(duì)數(shù)；C為計(jì)算系數(shù)，對(duì)于無補(bǔ)償電機(jī)C=0.1，補(bǔ)償電機(jī)C=0.4。</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p>　　===0.0708V/r</p><p>　　===0.

6、676s/rad</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　==0.676/1.21=0.5587H </p><p><b>　　額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　==0.67688.9=60.1N</p><p><b>　　1.2

7、搭建仿真模型</b></p><p>　　提取直流電動(dòng)機(jī)、電源等元件模塊，提取模塊的名稱及路徑見表2。聯(lián)結(jié)模塊繪制直流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的仿真模型如圖2所示。在模型中電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞的輸入端并聯(lián)后與直流電源電壓Vd的正極端相連接，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組和電樞的輸出端通過T形節(jié)點(diǎn)并聯(lián)后與直流電源Vd的負(fù)極端連接在一起。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由常數(shù)模塊TL設(shè)定。然后在電動(dòng)機(jī)模塊的m端接上示波器，用于觀察電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)波形

8、，由于在m端可以輸出轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩四項(xiàng)參數(shù)，因此需要用Demux模塊分解。直流電動(dòng)機(jī)模型輸出轉(zhuǎn)速的單位是rad/s，在模型中使用了一個(gè)放大器（Gain）將rad/s轉(zhuǎn)換為習(xí)慣的r/min，變換系數(shù)為</p><p>　　圖1 直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型</p><p><b>　　1.3仿真結(jié)果</b></p><p>　　雙擊

9、電動(dòng)機(jī)模塊圖標(biāo)，彈出模塊參數(shù)對(duì)話框，在對(duì)話框中輸入前面計(jì)算的電動(dòng)機(jī)模型參數(shù)，在電源Vd模塊對(duì)話框中輸入“220”，在常數(shù)模塊TL對(duì)話框中輸入“60.1”。在完成元件模塊參數(shù)設(shè)置后，在Simulation菜單下選擇Simulation parameters，設(shè)置仿真參數(shù)，取仿真時(shí)間為1s，仿真算法采用Ode45。</p><p>　　4在各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊菜單的“?” 圖標(biāo)啟動(dòng)仿真。在仿真結(jié)束后，點(diǎn)擊示波器，

10、則可以觀測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩等波形，如圖3所示，圖中波形從上向下分別為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流和電磁轉(zhuǎn)矩。從波形中可見，電動(dòng)機(jī)在帶載起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流很大，最大可達(dá)2500A。在起動(dòng)0.4s后，轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min ，電流下降為額定值89A 左右，轉(zhuǎn)矩也有相應(yīng)的變化。</p><p>　　仿真波形如下：從上到下依次為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩的波形</p><p>

11、;　　圖2 全壓直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速電樞電流勵(lì)磁電流波形</p><p>　　分析：從上圖中可以看出直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞沖擊電流相當(dāng)?shù)拇螅D(zhuǎn)矩隨電流成線性的變化，由于電樞電流產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)來抑制電源電壓，這種自調(diào)節(jié)作用，使電流緩慢下降，電流的大小與轉(zhuǎn)速成反比，因?yàn)檗D(zhuǎn)速越低轉(zhuǎn)差率就越大，勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子的速度就越快 ，e=blv,所以電流就越大，隨著轉(zhuǎn)速上升，電流就會(huì)下降，最后接近額定電流。</p&

12、gt;<p>　　第二章 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真建模</p><p><b>　　2.1任務(wù)要求</b></p><p>　　已知直流電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為，，，4極，，。勵(lì)磁電壓，勵(lì)磁電流。采用三相橋式整流電路，整流器內(nèi)阻。平波電抗器。仿真該晶閘管-整流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，觀察電動(dòng)機(jī)在全壓起動(dòng)和起動(dòng)后加額定負(fù)載時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流變化。</p&

13、gt;<p><b>　　2.2模塊參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　1）供電電源電壓為</b></p><p><b>　　=.==130V</b></p><p>　　2）電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下 </p><p>　　勵(lì)磁電阻為 =/=220/1.5=

14、146.7Ω</p><p>　　勵(lì)磁電感在恒定磁場(chǎng)控制時(shí)可取 0。 </p><p>　　電樞電阻Ra=0.21Ω，電樞電感由下式估算，即</p><p>　　===0.0169H</p><p>　　電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感La為：</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p>

15、<p>　　=.==0.1482V</p><p><b>　　==1.4156</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　==1.4156/1.5=0.9437H</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為</b></p>

16、;<p>　　J=/4g=0.57 Kg ?</p><p><b>　　3）額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　==1.4156=24.1n</p><p><b>　　2.3搭建模型</b></p><p>　　圖3 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p>&

17、lt;p><b>　　2.4仿真結(jié)果</b></p><p>　　仿真算法采用 odel5s ，仿真時(shí)間為 10s，電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)，起動(dòng) 4s 后突加額定負(fù)載。</p><p>　　啟動(dòng)仿真并觀察結(jié)果。仿真的結(jié)果如圖所示。圖1中所示為整流器輸出端的電壓波形。圖3和圖2所示為電動(dòng)機(jī)電樞回路電流和轉(zhuǎn)速變化過程，在全壓直接起動(dòng)情況下，起動(dòng)電流很大，在4s左右起動(dòng)電流

18、下降為零(空載起動(dòng)) ，起動(dòng)過程結(jié)束，這時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到最高值。在起動(dòng)4s后加額定負(fù)載，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，電流增加。圖4所示為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化曲線，轉(zhuǎn)矩曲線與電流曲線成比例。通過仿真反映了開環(huán)晶閘管，直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的空載起動(dòng)和加載工作情況。</p><p><b>　　仿真波形如下：</b></p><p>　　圖4 整流器輸出電壓圖5 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

19、</p><p>　　圖6 電樞電流 圖7 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩</p><p>　　分析：開環(huán)空載起動(dòng)時(shí)，突加的電壓使電動(dòng)機(jī)的沖擊電流很大，沖擊電流產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)來抑制電壓，所以圖中電樞電流增加而電壓卻在減小，電流越大，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也就越大，所以轉(zhuǎn)子的加速度就越大，轉(zhuǎn)速波形就越陡，從圖中可以看出，隨著起動(dòng)的完成電流也下降了，突加負(fù)載使原來

20、的平衡打破，轉(zhuǎn)子增加了負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速受負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用減速，所以電流便增加來產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電流的增加使電壓跟隨減小，最終達(dá)到平衡，如上圖波形所示。</p><p>　　第三章 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)仿真</p><p>　　晶閘管-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)晶閘管控制角改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速，但是存在兩個(gè)問題，第一，全壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流大。第二，轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化而變化，負(fù)

21、載越大，轉(zhuǎn)速降落越大，難以在負(fù)載變動(dòng)時(shí)保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，而滿足生產(chǎn)工藝的要求。為了減小負(fù)載波動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響可以采取帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)， 根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差來自動(dòng)調(diào)節(jié)整流器的輸出電壓，從而保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。</p><p>　　帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6所示。系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)Un*，放大倍數(shù)為Kp的放大器、移相觸發(fā)器 CF、晶閘管整流器和直流電動(dòng)機(jī)M、測(cè)速發(fā)電機(jī) TG等組成。該系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)

22、負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)速將下降，轉(zhuǎn)速反饋Un減小，而轉(zhuǎn)速的偏差將增大，同時(shí)放大器輸出UC增加，并經(jīng)移相觸發(fā)器使整流器輸出電壓Ud增加，電樞電流Id增加，從而使電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增加，轉(zhuǎn)速也隨之升高，補(bǔ)償了負(fù)載增加造成的轉(zhuǎn)速降。帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性方程為</p><p>　　圖8 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降為</b&g

23、t;</p><p>　　式中：K=KpKsα/Ce，Kp為放大器放大倍數(shù)；Ks為晶閘管整流器放大倍數(shù)；Ce為電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；α為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；R為電樞回路總電阻。</p><p>　　從穩(wěn)態(tài)特性方程可以看到，如果適當(dāng)增加放大器放大倍數(shù)Kp，電機(jī)的轉(zhuǎn)速降Δn將減小，電動(dòng)機(jī)將有更硬的機(jī)械特性，也就是說在負(fù)載變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化將減小，電動(dòng)機(jī)有更好的保持速度穩(wěn)定的性能。如果放大倍數(shù)過大，

24、也可能造成系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。</p><p><b>　　3.1搭建仿真模型</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下圖所示。模型在上圖所示的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)速給定Un*、轉(zhuǎn)速反饋n-feed、放大器Gain1和反映放大器輸出限幅的飽和特性模塊Saturation1，飽和限幅模塊的輸出是移相觸發(fā)器的輸入U(xiǎn)C，其中轉(zhuǎn)速反饋直接取自電

25、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速輸出，沒有另加測(cè)速發(fā)電機(jī)，取轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=Un*/nN。</p><p><b>　　3.2仿真結(jié)果</b></p><p>　　在題二的基礎(chǔ)上觀察轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，在不同放大器放大倍數(shù)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速變化的影響。 </p><p>　　在額定轉(zhuǎn)速 Un*=10，以Kp=5、10、15時(shí)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線如下。</p>&

26、lt;p>　　圖9 Kp=5 時(shí)候轉(zhuǎn)速的仿真圖形 圖10 Kp=10 時(shí)候轉(zhuǎn)速的仿真圖形</p><p>　　圖11 Ki=20 時(shí)候轉(zhuǎn)速的仿真圖形</p><p>　　分析：加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋后速度的上升時(shí)間大大的縮減，同時(shí)隨著調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp的增大，突加負(fù)載后，轉(zhuǎn)速降低的幅度也相應(yīng)減小，使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更靈敏。</p><p>　　第四章

27、直流電動(dòng)機(jī)帶電流截止負(fù)反饋的仿真</p><p>　　為了限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，可以在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加電流截止負(fù)反饋的措施。帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖10所示，模型在圖7 的基礎(chǔ)上增加了由電流反饋i-feed和死區(qū)Dead Zone模塊組成的電流截止環(huán)節(jié)。在電流反饋信號(hào)小于Dead Zone模塊的死時(shí)區(qū)間值時(shí)，Dead Zone模塊沒有輸出，電流截止負(fù)反饋不起作用。當(dāng)電流反饋信號(hào)大

28、于Dead Zone模塊的死時(shí)區(qū)間時(shí)，Dead Zone模塊的輸出抵消了一部分轉(zhuǎn)速的給定信號(hào)Un* (圖10中Un*)，使電流減小。</p><p><b>　　4.1搭建仿真模型</b></p><p>　　圖12 直流電動(dòng)機(jī)帶電流截止負(fù)反饋的仿真模型 </p><p><b>　　4.2仿真結(jié)果</b>

29、</p><p>　　無電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速響應(yīng)和電流響應(yīng)的圖形如下： </p><p>　　圖13無電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速波形 圖14 無電流截止負(fù)反饋電流波形</p><p>　　有電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速響應(yīng)和電流響應(yīng)的圖形如下：</p><p>　　圖15有電流截止負(fù)反饋轉(zhuǎn)速波形 圖16有電流截止負(fù)反饋電流響應(yīng)

30、</p><p>　　分析：帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果如圖所示，圖中給出了帶電流截止負(fù)反饋和沒有電流截止負(fù)反饋兩種情況電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電流的響應(yīng)比較。 帶電流截止負(fù)反饋后系統(tǒng)的起動(dòng)電流最高值從原來的88A減小到25A左右，但是起動(dòng)的時(shí)間延長(zhǎng)，調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)和死區(qū)模塊的死時(shí)區(qū)間可以調(diào)節(jié)起動(dòng)電流的最大值限制。</p><p>　　第五章 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的效正<

31、;/p><p><b>　　5.1任務(wù)要求</b></p><p>　　某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V、17A、1460r/min、，允許過載倍數(shù)。</p><p>　　晶閘管裝置放大系數(shù)：；</p><p><b>　　電樞回路總電阻：；</b

32、></p><p><b>　　時(shí)間常數(shù)：，；</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>　　設(shè)計(jì)一轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指標(biāo)為電流超調(diào)量，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)

33、量。取電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的飽和值為12V，輸出限幅值為10V，額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速給定。仿真觀察系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流響應(yīng)和設(shè)定參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　?。?）根據(jù)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，按傳遞函數(shù)構(gòu)建仿真模型；</p><p

34、>　?。?）按工程方法設(shè)計(jì)和選擇轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，ASR和ACR都采用PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　（3）設(shè)定模型仿真參數(shù)，仿真時(shí)間10s，并在6s時(shí)突加1/2額定負(fù)載，觀察控制系統(tǒng)電流、轉(zhuǎn)速響應(yīng)。</p><p>　?。?）修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，觀察在不同參數(shù)條件下，雙閉環(huán)系統(tǒng)電流和轉(zhuǎn)速的響應(yīng)，修改轉(zhuǎn)速給定，觀察電動(dòng)機(jī)在同步轉(zhuǎn)速時(shí)的工作情況。</p><p&g

35、t;　　（5）使用Power System模塊建立直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型，并與傳遞函數(shù)模型運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較。</p><p><b>　　5.2設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　5.1.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型（轉(zhuǎn)速、電流反饋）</p><p>　　為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，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，兩者

36、之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接。這就是說，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)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(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面叫做內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖17雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，由于反饋信號(hào)檢測(cè)中常含有諧波和其他</p>

37、<p>　　擾動(dòng)量，為了抑制各種擾動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)的影響，需加低通濾波，這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用</p><p>　　一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時(shí)間常數(shù)按需要給定。然而，在抑制擾動(dòng)量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)</p><p>　　也延遲了反饋信號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常</p><p>　　數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意

38、義是，讓給定信號(hào)和反饋信號(hào)經(jīng)過相同的延滯，使</p><p>　　二者在時(shí)間上得到恰當(dāng)?shù)呐浜?，從而帶來設(shè)計(jì)上的方便，電流環(huán)、速度環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)分別</p><p><b>　　為Toi和Ton。</b></p><p>　　圖18 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.1.2轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用

39、</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可分別歸納如下。</p><p><b>　　1．電流調(diào)節(jié)器作用</b></p><p>　　1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是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。</p><p>　　2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及

40、時(shí)抗擾的作用。</p><p>　　3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。</p><p>　　4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。</p><p><b>　　2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用</b></p&

41、gt;<p>　　1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。</p><p>　　2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。</p><p>　　3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。</p><p>　　5.1.3電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p&

42、gt;　　1．電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn)</p><p>　　在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過程中,可認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即。這樣，在按動(dòng)態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影響。如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成/，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。

43、最后，由于和一般比小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終簡(jiǎn)化為圖4-2。</p><p>　　圖4-2 電流環(huán)最終簡(jiǎn)化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2．選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，在根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，決定把電流環(huán)校正成哪一類系統(tǒng)。從穩(wěn)態(tài)上看，希望電流環(huán)做到無靜差;從動(dòng)態(tài)上

44、看，希望在啟動(dòng)過程中電流不要超過允許值，也不要有超調(diào)量，或者超調(diào)量越小越好。從這兩點(diǎn)出發(fā)，則應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)。因此按典型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，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)見式</p><p><b>　　=+=</b></p><p>　　式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　

45、——電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</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，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(shí)將給定信號(hào)改成/，再把時(shí)間常數(shù)為/和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中</p><p><b>　　(4-11)</b></p&

46、gt;<p>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可簡(jiǎn)化成圖4-6。</p><p>　　圖18 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)小慣性的近似處理</p><p>　　2．轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇結(jié)構(gòu)</p><p>　　按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，生產(chǎn)工藝一般要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)為無靜差，動(dòng)態(tài)性能具有良好的抗擾性能。典型Ⅱ型系統(tǒng)能滿足這些要求，所以轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其傳

47、遞函數(shù)為</p><p><b>　　=+=</b></p><p>　　式中 ——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><b>　　5.3參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　1）供電電源電壓為<

48、/b></p><p><b>　　=.==130V</b></p><p><b>　　2）電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下</b></p><p><b>　　勵(lì)磁電阻為</b></p><p>　　=/=220/1.5=146.7Ω</p><p>　　勵(lì)磁電

49、感在恒定磁場(chǎng)控制時(shí)可取0。</p><p>　　電樞電阻Ra = 1.6Ω </p><p>　　電樞電感由下式估算，即</p><p>　　===0.0169H</p><p>　　電樞繞組和勵(lì)磁繞組互感Laf 為：</p><p><b>　　因?yàn)?lt;/b></p><p&

50、gt;　　=0.132V.min/r</p><p><b>　　==1.2605</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　==1.2605/1.5=0.8403H</p><p>　　電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量</p><p>　　===7.019N

51、?</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　J=/4g=0.1791 Kg ?</p><p><b>　　額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為</b></p><p>　　==1.2605=21.44n</p><p><b>　　3)電流環(huán)的計(jì)算<

52、;/b></p><p><b>　　1．確定時(shí)間常數(shù)</b></p><p>　　① 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts，</p><p>　　三相橋式電路的平均失控時(shí)間：Ts=0.0017s</p><p>　?、?電流濾波時(shí)間常數(shù)：</p><p>　?、?電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和,按小時(shí)間常數(shù)近似

53、處理，取</p><p><b>　　3．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)開環(huán)增益：要求i ≤5%，因此</p><p><b>　　===3.1323</b></p><p><b>　　==

54、0.0399</b></p><p><b>　　4）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)</b></p><p>　　① 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為</p><p>　　=h=h(2+)=5=0.087s</p><p>　　于是，由式可得ASR的比例系數(shù)為</p><p

55、>　　===0.00303</p><p>　　5.4仿真模型及仿真結(jié)果</p><p>　　b) c)</p><p>　　圖19 雙閉環(huán)傳遞函數(shù)仿真模型(b，c圖分別為ASR和ACR)</p><p>　　圖20雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速波形 圖 21雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)

56、結(jié)構(gòu)圖電流波形</p><p>　　分析:雙閉環(huán)的轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用使轉(zhuǎn)速和電流的調(diào)節(jié)速度更快,更靈敏,同時(shí)由于晶閘管函數(shù)模型是線性的,所以會(huì)有負(fù)電壓輸出,所以會(huì)有負(fù)電流.</p><p>　　3.雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真</p><p>　　圖22 雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 </p><p>　　4.雙

57、閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)和電流響應(yīng)仿真波形</p><p>　　圖23雙閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速波形 圖24 雙閉環(huán)系統(tǒng)的電流波形</p><p>　　分析:和傳遞函數(shù)的防真波形相似,,由于三項(xiàng)橋晶閘管和實(shí)際模型一樣無負(fù)電壓輸出,所以無負(fù)電流.</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><

58、p>　　[1] 孫虎章. 自動(dòng)控制原理. 北京：中央廣播電視出版社，1984.</p><p>　　[2] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1987.</p><p>　　[3] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理(第4 版). 北京：科學(xué)出版社，2001.</p><p>　　[4] 胡壽松. 自動(dòng)控制原理習(xí)題集(第2 版). 北京：科學(xué)出版社，2003

59、.</p><p>　　[5] 吳麒. 自動(dòng)控制原理(上冊(cè)). 北京：清華大學(xué)出版社，1990.</p><p>　　[6] 吳麒. 自動(dòng)控制原理(上冊(cè)). 北京：清華大學(xué)出版社，1992.</p><p>　　[7] 譚得健等. 自動(dòng)控制原理輔導(dǎo)與習(xí)題. 江蘇：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1995.</p><p>　　[8] 緒方勝?gòu)? 現(xiàn)代控制

60、工程. 北京：科學(xué)出版社，1981.</p><p>　　[9] 李友善. 自動(dòng)控制原理(上冊(cè)). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1990.</p><p>　　[10] 戴忠達(dá). 自動(dòng)控制理論基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社，1991.</p><p>　　[11]. Kawabata, H., Suzuki, M.: CMC: A Compiler for Sparse M