運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng).doc

運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目題目 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 使用班級 電氣使用班級 電氣 081 082 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 已知電機(jī)參數(shù)為 PN 500kW UN 750V IN 760A nN 375r min Ce 1 82V min r 電樞回路總電 阻 R 0 14 允許過載倍數(shù) 1 5 觸發(fā)整流環(huán)節(jié) Ks 75 Tl 0 031s Tm 0 112s 調(diào)節(jié)器輸入輸出最大電壓為 10V 設(shè)計(jì)雙閉環(huán) 調(diào)速系統(tǒng) 達(dá)到最理想的調(diào)速性能 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括 1 ACR ASR 調(diào)節(jié)器類型選擇與參數(shù)計(jì)算 2 系統(tǒng)建 模與仿真 3 調(diào)節(jié)器電路設(shè)計(jì) 4 主電路設(shè)計(jì) 5 反饋電路設(shè)計(jì) 6 觸發(fā) 電路設(shè)計(jì) 7 故障處理電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 一 總體方案設(shè)計(jì)一 總體方案設(shè)計(jì) 二 參數(shù)初步計(jì)算 二 參數(shù)初步計(jì)算 三 控制系統(tǒng)的建模和三 控制系統(tǒng)的建模和 MALAB 仿真仿真 四 根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整參數(shù)四 根據(jù)仿真結(jié)果調(diào)整參數(shù) 五 主電路及控制電路設(shè)計(jì)五 主電路及控制電路設(shè)計(jì) 六 編寫課程設(shè)計(jì)說明書 繪制完整的系統(tǒng)電路圖 六 編寫課程設(shè)計(jì)說明書 繪制完整的系統(tǒng)電路圖 A3 幅面 幅面 課程設(shè)計(jì)說明書要求課程設(shè)計(jì)說明書要求 1 課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)書寫認(rèn)真 字跡工稚 論文格式參考國家正式出版的書 籍和論文編排 2 論理正確 邏輯性強(qiáng) 文理通顧 層次分明 表達(dá)確切 并提出自己的見 解和觀點(diǎn) 3 課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)有目錄 摘要 序言 主干內(nèi)容 按章節(jié)編寫 主要結(jié) 論和參考書 附錄應(yīng)有系統(tǒng)方樞圖和電路原理圖 摘要 II 4 課程設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括按上述設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)的分析和思考內(nèi)容和引用 的相關(guān)知識 摘要 II 摘要摘要 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(dāng)前應(yīng)用廣泛 經(jīng)濟(jì) 適用的電力傳 動(dòng)系統(tǒng) 它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào) 節(jié)器 即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 和電流調(diào)節(jié)器 ACR 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流 可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級 快速起動(dòng) 制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求 歷來是自動(dòng) 控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件 在軋鋼及其輔助機(jī)械 礦井卷揚(yáng)機(jī) 挖掘機(jī) 海洋鉆機(jī) 大型 起重機(jī) 金屬切削機(jī)床 造紙機(jī) 紡織機(jī)械等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 換向器是直流電 機(jī)的主要薄弱環(huán)節(jié) 它使直流電機(jī)的單機(jī)容量 過載能力 最高電壓 最高轉(zhuǎn)速等重要指標(biāo) 都受到限制 也給直流電機(jī)的制造和維護(hù)添了不少麻煩 然而 鑒于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的理 論和實(shí)踐都比較成熟 直流電機(jī)仍在廣泛的使用 因此 長期以來 在應(yīng)用和完善直流拖 動(dòng)控制系統(tǒng)的同時(shí) 人們一直不斷在研制性能與價(jià)格都趕得上直流系統(tǒng)的交流拖動(dòng)控制系 統(tǒng) 近年來 在微機(jī)控制和電力電子變頻裝置高度發(fā)展之后 這個(gè)愿望終于有了實(shí)現(xiàn)的可 能 在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 并且隨著電 力電子器件開關(guān)性能的不斷提高 直流脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)得到了飛速的發(fā)展 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 雙閉環(huán) 晶閘管 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 MALAB 仿真 ABSTRACT III Abstract Double loop speed loop current loop DC drive system is a widely used currently the economy for the power transmission system It has a fast dynamic response the advantages of anti interference ability DC double closed loop speed control system set up two regulators the speed regulator ASR and the current regulator ACR adjust the speed and current respectively Level can be achieved quickly without frequent starting braking and reverse production process automation systems to meet a variety of special operating requirements automatic control system has always been the main actuator in rolling and auxiliary machinery mine hoist excavation machine offshore rigs large cranes metal cutting machine tools paper machines textile machinery and other fields has been widely used DC motor commutator is a major weak link which allows the DC motor unit capacity overload the maximum voltage maximum speed limit and other important indicators but also to the manufacture and maintenance of DC motor add a lot of trouble However in view of the DC drive control systems theory and practice are more mature DC motors are still widely used Thus a long dragging in the application and improvement of the DC control system at the same time people have been constantly in the development of performance and price catch AC DC system drag control system in recent years computer controlled electronic frequency converter and power after the highly developed this desire finally fulfilled In many need speed or fast forward and reverse field of electric drive system has been widely used Switching power electronic devices and with the continuous improvement of performance the DC pulse width modulation PWM technology has been rapid development Keywords DOUBLE LOOP DOUBLE LOOP THYRISTORS THYRISTORS THETHE SPEEDSPEED REGULATOR REGULATOR THETHE CURRENTCURRENT REGULATORREGULATOR MALTBMALTB 目錄 IV 目錄目錄 運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 I I 摘要 II ABSTRACT III 第一章第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì)總體方案原理與設(shè)計(jì) 1 1 1 1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 1 1 2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 2 第二章第二章 初步參數(shù)的計(jì)算初步參數(shù)的計(jì)算 4 4 2 1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的設(shè)計(jì) 4 2 2 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的設(shè)計(jì) 7 第三章第三章 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的 MALABMALAB 仿真與結(jié)論仿真與結(jié)論 1111 3 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 11 3 2 電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖 12 第四章第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì)主電路及控制電路設(shè)計(jì) 1313 4 1 主電路模塊 13 4 2 控制電路設(shè)計(jì) 14 第五章第五章 總結(jié)總結(jié) 1717 5 1 設(shè)計(jì)結(jié)論 17 5 2 體會與致謝 17 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1818 附錄附錄 1919 第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì) 1 第一章第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì)總體方案原理與設(shè)計(jì) 1 1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 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(dāng)前應(yīng)用廣泛 經(jīng)濟(jì) 適 用的電力傳動(dòng)系統(tǒng) 它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快 抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn) 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(dòng) 作用都能有效的加以抑制 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以 在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差 但如果對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高 例如要求起制動(dòng) 突加負(fù)載動(dòng)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?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩 在單閉環(huán)系統(tǒng)中 只有電流截止負(fù)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(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊 并不能 很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的 電流和轉(zhuǎn)速波形如圖 1 1 當(dāng)電流從最大值降低下來以后 電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小 因而加速過程必然拖長 在實(shí)際工作中 我們希望在電機(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 最好是在過渡過程中始終保持電流 轉(zhuǎn)矩 為允許最 大值 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)定轉(zhuǎn)速后 又讓電 流立即降下來 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 這樣的理想起 動(dòng)過程波形如圖 2 1b 所示 這時(shí) 啟動(dòng)電流成方波形 而轉(zhuǎn)速是線性增長的 這是在最大電流 轉(zhuǎn)矩 受限的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程 第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì) 2 圖1 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理 圖 M T G R P2 n U n R 0 R 0 U c U i T A L Id R i C i U d R 0 R 0 R n C n AS R AC R LM GT V R P1 U n U i LM M U P E 1 2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì) 在電動(dòng)機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的條件下 應(yīng)該充分利用電動(dòng)機(jī)的過 載能力 最好是在過渡過程中始終保持電流 轉(zhuǎn)矩 為允許的最大值 使電 力拖動(dòng)系統(tǒng)以最大的加速度起動(dòng) 到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí) 立即讓電流降下來 使轉(zhuǎn) 矩馬上與負(fù)載平衡 從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 轉(zhuǎn)速 電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋的雙 閉環(huán)控制 可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器 分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流 即分別引入轉(zhuǎn) 速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋 9 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用調(diào)節(jié)器 以便 獲得良好的靜 動(dòng)態(tài)性能 該方案的原理框圖如圖 1 2 圖 1 2 直流調(diào)速系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)原理框圖 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 已知電機(jī)參數(shù)為 PN 500kW UN 750V IN 760A nN 375r min Ce 1 82V min r 電 第一章 總體方案原理與設(shè)計(jì) 3 樞回路總電阻 R 0 14 允許過載倍數(shù) 1 5 觸發(fā)整流環(huán)節(jié) Ks 75 Tl 0 031s Tm 0 112s 調(diào)節(jié)器輸入輸出最大電壓為 10V 設(shè)計(jì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 達(dá)到最理想的調(diào)速性能 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 4 第二章第二章 初步參數(shù)的計(jì)算初步參數(shù)的計(jì)算 圖中WASR s 和WACR s 分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 如 果采用 PI 調(diào)節(jié)器 則有 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 U n 由靜止?fàn)顟B(tài) 起動(dòng)時(shí) 轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程示于右圖 在起動(dòng)過程 中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和 飽和 退飽和三種 情況 整個(gè)動(dòng)態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的 I II III 三個(gè) 階段 第 I 階段電流上升的階段 0 t1 第 II 階段恒 流升速階段 t1 t2 第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 t2 以后 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求并保證穩(wěn)態(tài)電流無差 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)為 WACR S Ki is 1 is Ki 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) i 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù) 檢查對電源電壓的抗干擾性能 Tl T I 0 0167s 0 0057s 2 93 參照教材中表 2 3 的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能 各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的 圖 2 7 電流環(huán)等效近似處理后校正成為典型 I 系統(tǒng)框圖 2 12 1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASRASR 的設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù) 1 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1 2T i 2 0 0037 0 0074 K 2 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) Ton 0 01s 3 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 5 20 0174 onion TTTs 2 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 1 3 5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié) 所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 II 系統(tǒng) 系統(tǒng) 同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求 圖 2 8 轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型 II 系統(tǒng)框圖 3 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)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(shí)間常數(shù)為 5 0 01740 087 nn hTs 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益 2 222 1 6 396 4 22250 0174 N n h Ks h T 于是 ASR 的比例系數(shù) 1 6 0 05 1 820 0 1125 29 11 22 5 0 0069 0 14 0 0214 em n n hC T K h RT 4 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 1 1 34 5 N cnnn K Ks 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足近似要求 1 11135 1 63 8 330 0037 i K T s 2 轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似要求 1 11135 1 38 8 330 01 ON K T s 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 6 5 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖 2 1 R0 40k 則 Rn KnR0 29 6 40 1186K Cn 0 0525 Rn 0 0887 186000 74 2nF Con 4Ton R0 4 0 01 40000 10nF 6 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 當(dāng) h 5 時(shí) max 37 8 kb C C 不能滿足設(shè)計(jì)要求 實(shí)際上 由于表 3 是按線性系統(tǒng)計(jì)算的 而突加階躍給定 時(shí) ASR 飽和 不符合線性系統(tǒng)的前提 應(yīng)該按 ASR 退飽和的情況重新計(jì)算超 調(diào)量 則超調(diào)量 8 31 10 能滿足 電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器 ACRACR 的設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì) 1 確定時(shí)間常數(shù) 1 整流裝置之后時(shí)間常數(shù) Ts 按 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 表 2 2 三相橋式電路的平均失控時(shí)間 Ts 0 0017s 2 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 3 3ms 為了基本濾 平波頭 應(yīng)有 1 2 Toi 3 33ms 因此取 Toi 2ms 0 002s 3 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 T i Ts Toi 0 0037s 2 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求 i 5 并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差 可按照典型 I 系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流 調(diào)節(jié)器 電流環(huán)控制對象是雙慣性的 所以采用 PI 調(diào)節(jié)器 其傳遞函數(shù)為 1 i ACRi i s WsK s 檢查對電源電壓的抗擾性能 Tl T i 0 031 0 0037 8 31 滿足近似條件 1 11 196 1 33 0 0017 s s T ci 2 校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件 滿足近似條件 1 11 3350 91 0 112 0 031 ci ml s T T ci 3 校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 滿足近似條件 1 1111 180 78 330 0017 0 002 soi s TT 4 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 電流調(diào)節(jié)器原理如圖 2 2 所示 按所用運(yùn)算放大器取 R0 40K 各電阻和電 容值計(jì)算如下 0 6 0 0 156 406 24 0 031 6240 104 97 4 0 2 nn nonn onon RK RKK CRuF CTRuF 圖 2 7 含給定濾波與反饋濾波的 PI 型電流調(diào)節(jié)器 按照課本參數(shù) 電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 i 4 3 5 參考 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 表 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 8 3 1 3 5 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié) 所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型 II 系統(tǒng) 系統(tǒng) 同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求 圖 2 8 轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型 II 系統(tǒng)框圖 ASR 也應(yīng)該采用 PI 調(diào)節(jié)器 其傳遞函數(shù)為 WASR s Kn ns 1 ns Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù) 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 選用 PI 調(diào)節(jié)器 其傳遞函數(shù)為 1 nn ASR n Ks Ws s 轉(zhuǎn)速環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1 22 0 00370 0074 i I Tss K 2 6 確定轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)間常數(shù) 1 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) 按小時(shí)間常數(shù)近似處理 取 n T 1 0 00740 020 0274 non I TTsss K 2 7 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù) 取 h 5 則 ASR 超前時(shí)間常數(shù)為 5 0 02740 137 nn hTss 轉(zhuǎn)速開環(huán)增益為 22 2222 16 159 8 22 50 0274 N n h Kss h T 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為 0 03min im N U Vr n 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 9 所以開環(huán)增益為 1 8 7 2 em N n hC T K h RT 2 8 檢驗(yàn)近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 1 1 21 9 N cnNn K Ks 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件 滿足化簡條件 1 1 63 7 3 I cn i K s T 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件處理?xiàng)l件 1 1 27 4 3 I cn on K s T 2 9 計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電阻和電容 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器如圖 2 3 所示 取 則 0 40Rk 取 350 0 8 7 40348 nn RK Rkk k 取 0 4 6 0 137 0 39 10 350 n n n s CF Rk F 取 2 6 3 0 44 0 02 2 102 40 10 on on T CFF R F 第二章 初步參數(shù)的計(jì)算 10 第三章 控制系統(tǒng)的 MALAB 仿真與結(jié)論 11 第三章第三章 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的 MALAB 仿真與結(jié)論仿真與結(jié)論 3 1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真 在仿真過程中 Matlab 設(shè)置很多不同的算法 而不同的算法 對仿真出來波形 影響很大 仿真結(jié)果如圖 3 1 圖 3 2 轉(zhuǎn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 圖 3 2 上部為轉(zhuǎn)速曲線 下部為電流曲線 因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)中沒有反饋信號 而 電機(jī)在帶載的一瞬間要有一個(gè)做功的過程 也就是建立系統(tǒng)帶載狀態(tài)下的穩(wěn)定 狀態(tài)的過程 這部分功需要增大電機(jī)的電流來補(bǔ)償 同時(shí)也會犧牲一部分動(dòng)能 也就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速 所以產(chǎn)生了靜態(tài)速降 第三章 控制系統(tǒng)的 MALAB 仿真與結(jié)論 12 3 2 電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖 如圖 3 3 3 4 圖 3 3 電流環(huán)仿真模型圖 圖 3 4 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí) 轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過 程如仿真圖 3 3 和 3 4 由于在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和 飽 和 退飽和三個(gè)階段 即電流上升階段 恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 從啟 動(dòng)時(shí)間上看 第二階段恒流升速是主要的階段 因此雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了 電流受限制下的快速啟動(dòng) 利用了飽和非線性控制方法 達(dá)到 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控 制 帶 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還有一個(gè)特點(diǎn) 就是轉(zhuǎn)速必超調(diào) 在雙閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ASR 的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差 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 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 第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì) 13 第四章第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì)主電路及控制電路設(shè)計(jì) 4 1 主電路模塊 主電路模塊 主電路模塊的主要功能是通過 PWM 變換器得到可調(diào)的直流電壓 為直流 電動(dòng)機(jī)供電 檢測模塊包括轉(zhuǎn)速 電流和溫度的檢測 轉(zhuǎn)速和電流檢測為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速 和電流負(fù)反饋的信號 溫度檢測的目的是為了保護(hù) PWM 變換器和電機(jī) 鍵盤 顯示與報(bào)警模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速的給定和實(shí)時(shí)顯示 以及故障的聲光報(bào)警 通信模塊 負(fù)責(zé) DSP 與 PC 之間的數(shù)據(jù)通信 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控 DSP 系統(tǒng)是整個(gè)系 統(tǒng)的核心 它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制 圖 4 1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路圖 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速檢測電路設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速的檢測可把接到一個(gè)測速發(fā)電機(jī)上即可檢測轉(zhuǎn)速 如圖 8 所示 n U TGU2 Un RP4 圖4 2 轉(zhuǎn)速檢測電路 圖4 3 電流檢測電路 限幅電路限幅電路 第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì) 14 圖 4 4 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 接受輸入信號并放大 驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 圖 4 5 4 2 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì) 根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 可將系統(tǒng)分解為三個(gè)部分 如下圖所示 一 計(jì)算機(jī)控制單元 二 檢測單元和接口電路 三 主電路單元和觸發(fā)電路 圖4 6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理分解框圖 M TG n ACRASR n I GT TA n U n U n U i U i U i U ct U V d I 1 2 2 3 4 第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì) 15 為了獲得良好的靜動(dòng)態(tài)性能 轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 PI 調(diào)節(jié)器 圖 4 6 標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入輸出的實(shí)際極性 他們是按照電力電子變換器 的控制電壓 Uc 為正電壓的情況標(biāo)出的 并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用 圖 3 7 為雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖 4 7 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ACR 和 ASR 的輸入 輸出信號的極性 主要視觸發(fā)電路對控制電壓的要求而定 若 觸發(fā)器要求 ACR 的輸出 Uct 為正極性 由于調(diào)節(jié)器一般為反向輸入 則要求 ACR 的輸入 Ui 為負(fù)極性 所以 要求 ASR 輸入的給定電壓 Un 為正極性 本文 基于這種思想進(jìn)行 ASR 和 ACR 設(shè)計(jì) 圖 4 7雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖 4 8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 輸輸 LEDLED 靜態(tài)顯示接口電路靜態(tài)顯示接口電路 按鍵控制與 LED 顯示單元完成系統(tǒng)參數(shù) 占空比和轉(zhuǎn)速 的實(shí)時(shí)顯示 以 及通過鍵盤輸入系統(tǒng)的給定 占空比 本系統(tǒng)中通過 74ls138 芯片來擴(kuò)展鍵盤 和顯示接口 第四章 主電路及控制電路設(shè)計(jì) 16 圖 4 9 三相過零檢測電路 三相過零檢測電路 為了達(dá)到與電源電壓同步的目的 除了可以使用鎖相同步 電路外 還可以實(shí)時(shí)檢測電源電壓的過零點(diǎn)和頻率 根據(jù)過零點(diǎn)和頻