課程設(shè)計(jì)（論文）雙極式PWM雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)題目： 雙極式pwm雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 自控系 班級(jí) 測(cè)控本062 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 10 指導(dǎo)教師 xxxx 職稱 助教 起止日期：2009年3月2日起至 2009年3月6日止 雙極式pwm雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)i1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求ii2對(duì)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求ii課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表iii中文摘要iv一、設(shè)計(jì)任務(wù)描述1二、設(shè)計(jì)思路2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、部件選擇及參數(shù)計(jì)算2系統(tǒng)原理圖2建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2三、設(shè)計(jì)方框圖5四、各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算6設(shè)計(jì)方法的基本思路6典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的

2、關(guān)系6典型型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系8工程設(shè)計(jì)中的近似處理10電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)12五、元器件清單18小結(jié)19致謝20參考文獻(xiàn)21沈陽(yáng)工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)題目： 雙極式pwm雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 自控系 班級(jí) 測(cè)控本062 學(xué)生姓名 xxx 學(xué)號(hào) 10 指導(dǎo)教師 xxx 職稱 助教 課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)： 教學(xué)b座419 任 務(wù) 下 達(dá) 時(shí) 間： 2009 年 3 月 2 日起止日期： 2009 年 3 月 2 日起至 2009年 3 月 6 日止教研室主任 年 月 日批準(zhǔn)1設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求（1）主要內(nèi)容試設(shè)計(jì)一h型雙極式pwm直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。已知的基本參數(shù)

3、如下：電動(dòng)機(jī)：un48v, in3.7a, nn = 200r/min, ra = 6.5，電樞回路總電阻r=8，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)tl= 0.005s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)tm=0.2s，電源電壓us = 60v，給定轉(zhuǎn)速電壓最大值和asr, acr的輸出限幅值均為10v，電流反饋系數(shù)=1.33v/a，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.05v.min/r，電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比ce=0.18 v.min/r，選用d202電力晶體管作功放用開(kāi)關(guān)管，已知d202的參數(shù)如下：tce0.159, tr0.103, tf0.061。（2）要求按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)要求：1) 穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。2) 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流

4、超調(diào)量?？蛰d起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間s2對(duì)設(shè)計(jì)論文撰寫(xiě)內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求（1） 課程設(shè)計(jì)論文是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計(jì)成果的載體，一般不應(yīng)少于3000字。（2） 學(xué)生應(yīng)撰寫(xiě)的內(nèi)容為：中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)等。課程設(shè)計(jì)論文的結(jié)構(gòu)及各部分內(nèi)容要求可參照沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范執(zhí)行。應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書(shū)寫(xiě)工整，裝訂整齊。（3） 論文要求打印，打印時(shí)按沈陽(yáng)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫(xiě)規(guī)范的要求進(jìn)行打印。（4） 課程設(shè)計(jì)論文裝訂順序?yàn)椋悍饷妗⑷蝿?wù)書(shū)、成績(jī)?cè)u(píng)審意見(jiàn)表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻(xiàn)。3.時(shí)間進(jìn)度安排；順序階段日期計(jì) 劃 完

5、 成 內(nèi) 容備注13月2日教師講解題目，學(xué)生查閱相關(guān)資料23月3日電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)33月4日速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)設(shè)計(jì)43月5日撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文53月6日答辯沈 陽(yáng) 工 程 學(xué) 院 伺 服 系 統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表系（部）： 自控系 班級(jí)： 測(cè)控本062 學(xué)生姓名： zxxx 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn),收集資料；能制定課程設(shè)計(jì)方案和日程安排。0.15432工作能力態(tài)度工作態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律，出勤情況是否良好，能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)工作， 0.25432工作量按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，工作量飽滿，難度適宜。0.25432說(shuō)

6、明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.55432指導(dǎo)教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以12） 分加權(quán)分合計(jì)指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 年 月 日評(píng) 閱 教 師 評(píng) 審 意 見(jiàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容具 體 要 求權(quán)重評(píng) 分加權(quán)分查閱文獻(xiàn)查閱文獻(xiàn)有一定廣泛性；有綜合歸納資料的能力0.25432工作量工作量飽滿，難度適中。0.55432說(shuō)明書(shū)的質(zhì)量說(shuō)明書(shū)立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理，文字通順，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，符號(hào)統(tǒng)一，編號(hào)齊全，圖表完備，書(shū)寫(xiě)工整規(guī)范。0.35432評(píng)閱教師評(píng)審成績(jī)（加權(quán)分合計(jì)乘以8）分加權(quán)分合計(jì)評(píng) 閱 教 師 簽 名：

7、 年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 總 評(píng) 成 績(jī)分中文摘要伺服系統(tǒng)對(duì)數(shù)控技術(shù)、自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)是一門(mén)很重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)課。伺服系統(tǒng)的作用是聯(lián)系數(shù)控裝置與被控設(shè)備的中間環(huán)節(jié)，起著傳遞指令信息和反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的橋梁作用。在當(dāng)代工業(yè)上pwm控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。在本次設(shè)計(jì)中，為了使調(diào)速達(dá)到高精度、高準(zhǔn)度的要求，我使用了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，以此來(lái)組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。這樣的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到任務(wù)要求的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。特別是把此兩環(huán)校正為典型型和典型型后的性能指標(biāo)更是達(dá)到了要求。本次設(shè)計(jì)中的

8、電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器都是使用pi調(diào)節(jié)器，pi調(diào)節(jié)器是由運(yùn)放和各種電子元器件組成的，由于本次設(shè)計(jì)時(shí)間有限所以就沒(méi)有把相應(yīng)的參數(shù)給調(diào)出來(lái)了。關(guān)鍵詞 pwm，型系統(tǒng)，型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)iv一、設(shè)計(jì)任務(wù)描述1任務(wù)試設(shè)計(jì)一h型雙極式pwm直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。已知的基本參數(shù)如下：電動(dòng)機(jī)：un48v, in3.7a, nn = 200r/min, ra = 6.5，電樞回路總電阻r=8，電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)tl= 0.005s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)tm=0.2s，電源電壓us = 60v，給定轉(zhuǎn)速電壓最大值和asr, acr的輸出限幅值均為10v，電流反饋系數(shù)=1.33v/a，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=0.05v.mi

9、n/r，電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比ce=0.18 v.min/r，選用d202電力晶體管作功放用開(kāi)關(guān)管，已知d202的參數(shù)如下：tce0.159, tr0.103, tf0.061。2要求按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)要求：穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。動(dòng)態(tài)指標(biāo)：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)量。動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間s21二、設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)此系統(tǒng)控制的對(duì)象是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，控制信號(hào)為轉(zhuǎn)速控制電壓給定信號(hào)，輸出信號(hào)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)。系統(tǒng)的閉環(huán)控制按內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，外環(huán)為轉(zhuǎn)速環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。電樞繞組的驅(qū)動(dòng)為電力晶體管的pwm脈沖放大電路。轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器可采用由運(yùn)算放大器組成的模擬電路

10、。pwm調(diào)速系統(tǒng)由于具有動(dòng)、靜特性好，損耗小和電網(wǎng)功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，在中小功率伺服系統(tǒng)中已取代v-m系統(tǒng)，其使用日益廣泛。其中h型雙極式pwm變換器更為普遍。h型雙極式pwm變換器的優(yōu)點(diǎn)如下：電流一定是連續(xù)的；可以使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；在低速時(shí)每個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍比較寬，有利于保證晶體管的可靠導(dǎo)通；低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá)0-20000左右。環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、部件選擇及參數(shù)計(jì)算根據(jù)總體結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)各基本環(huán)節(jié)，由于電動(dòng)機(jī)參數(shù)已由題意確定，所以需設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)主要有：電流、轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)，比較環(huán)節(jié)，h型雙極式pwm變換器（包括鋸齒波發(fā)生器，脈寬調(diào)制器，邏輯延時(shí)器

11、，基極驅(qū)動(dòng)電路和脈寬調(diào)制變換驅(qū)動(dòng)器等），及電流、轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器等。最后根據(jù)已確定的各環(huán)節(jié)選擇部件及計(jì)算參數(shù)。系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖可以簡(jiǎn)化。但為了給建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型打下基礎(chǔ)，控制信號(hào)、反饋原理信號(hào)比較、調(diào)節(jié)原理和pwm調(diào)制和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理等都應(yīng)在系統(tǒng)原理圖中表示清楚。建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型一般情況下，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型主要通過(guò)傳遞函數(shù)建立。pwm調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與前題的v-m系統(tǒng)相比差別不大，主要不同點(diǎn)就是脈寬調(diào)制器和pwm變換器本身的傳遞函數(shù)。根據(jù)其工作原理，脈寬調(diào)制器和pwm變換器合起來(lái)可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，它的延時(shí)周期最大不超過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)周期t。和晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近

12、似處理一樣，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性截止頻率滿足下式時(shí)可將滯后環(huán)節(jié)近似看成是一階慣性環(huán)節(jié)。因此，脈寬調(diào)制器和pwm變換器的傳遞函數(shù)可以近似看成式中 kpwm一脈寬調(diào)制器和pwm變換器的放大系數(shù)kpwm= ud/uc ；ud pwm變換器的輸出電壓；uc脈寬調(diào)制器控制電壓。圖1-2是表示一雙極式pwm直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。圖1-2 雙極式pwm直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中 (s)對(duì)應(yīng)于給定轉(zhuǎn)速的控制電壓信號(hào)；un(s)對(duì)應(yīng)于實(shí)際轉(zhuǎn)速的反饋電壓信號(hào)；un (s)對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速偏差的電壓信號(hào)；ui(s）對(duì)應(yīng)于控制電流的電壓信號(hào)；uct(s)對(duì)應(yīng)于脈寬調(diào)制器的輸入控制電壓信號(hào)；ud

13、0(s)pwm驅(qū)動(dòng)電路輸出的空載電壓；e (s)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)；id(s)電動(dòng)機(jī)的電樞電流；idl(s)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的負(fù)載電流；n (s)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速；ton轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；toi電流反饋環(huán)節(jié)濾波時(shí)間常數(shù)；kpwm, tpwm脈寬調(diào)制器和pwm變換器放大倍數(shù)與其近似慣性環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)；r電動(dòng)機(jī)電樞回路總電阻；tl電動(dòng)機(jī)電磁回路時(shí)間常數(shù)；tm包括電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；ce電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比；asr系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)器；acr系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器；速度反饋系數(shù)；電流反饋系數(shù)。設(shè)計(jì)此動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖時(shí)，應(yīng)先設(shè)計(jì)各模塊的傳遞函數(shù)并求出各模塊的參數(shù)和時(shí)間常數(shù)，再根據(jù)“先內(nèi)環(huán)后

14、外環(huán)”的原則分別設(shè)計(jì)acr和asr. acr和asr的設(shè)計(jì)是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。其設(shè)計(jì)方法一般為先確定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，然后確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可根據(jù)所設(shè)計(jì)閉環(huán)的控制（輸出）量的要求及校正成哪一種典型系統(tǒng)的需要，在p, pi, pd, pid等類(lèi)調(diào)節(jié)器中選一種。而調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計(jì)則主要根據(jù)該閉環(huán)的輸人、輸出、各環(huán)節(jié)的參數(shù)及校正的目標(biāo)系統(tǒng)的需要，通過(guò)計(jì)算而取得。另外也要考慮兩個(gè)調(diào)節(jié)器限幅等非線性作用。數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程中，主要有兩項(xiàng)工作：一是要確定傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)；二是要計(jì)算各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)（比例系數(shù)）。三、設(shè)計(jì)方框圖輸入信號(hào)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)交流裝置調(diào)節(jié)對(duì)象輸

15、出四、各部分電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)方法的基本思路預(yù)期典型系統(tǒng)選擇調(diào)節(jié)器計(jì)算參數(shù)一般直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)參數(shù)的工程設(shè)計(jì)，包括確定預(yù)期典型系統(tǒng)，選擇調(diào)節(jié)器形式，計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。如下圖4-1所示：圖4-1 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程最終結(jié)果應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械工藝要求提出的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用得比較廣泛的，而且也是比較典型的一種，也還是構(gòu)成各種可逆調(diào)速系統(tǒng)的核心。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋組成，屬于多環(huán)控制系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如下圖a：圖a 雙極式pwm直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖其結(jié)構(gòu)由內(nèi)到外，一環(huán)包圍一環(huán)，每一閉環(huán)都設(shè)有本環(huán)的調(diào)節(jié)器，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出

16、作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，而電流調(diào)節(jié)器的輸出則去晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱外環(huán)。為了使轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。電流、轉(zhuǎn)速兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般采用輸出帶限幅的pi調(diào)節(jié)器。典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系(1) 典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)才傳遞函數(shù)為：由上式的結(jié)構(gòu)可以看出典型型系統(tǒng)由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)相乘得來(lái)，其方框圖如下圖4-2：r（s）e（s）c（s）圖4-2 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由上圖可以看出來(lái)典型型系統(tǒng)是一個(gè)由積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)組成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。(2) 型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能由控制理論誤差分析可知，型系統(tǒng)對(duì)

17、階躍給定信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差為零；對(duì)單位斜坡輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差不為零，即有跟蹤誤差。由上式可知，當(dāng)開(kāi)環(huán)增益k增大時(shí)，跟蹤誤差將減少。(3) 型系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：在式中自然振蕩頻率，=；阻尼比，=。此系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算公式為：超調(diào)量：調(diào)節(jié)時(shí)間： 截止頻率：相角裕量：在對(duì)型系統(tǒng)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，通常選用k=1/(2t)或=0.707為典型函數(shù)，稱為“型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)”。當(dāng)取這兩個(gè)參數(shù)時(shí)，其性能指標(biāo)為：實(shí)踐表明，上述典型參數(shù)對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)適合于響應(yīng)快而又不允許過(guò)大超調(diào)量的系統(tǒng)，一般情況下都能滿足工程設(shè)計(jì)要求。(4) 型系統(tǒng)的頻率特性典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如下圖所示。當(dāng)時(shí)

18、，對(duì)數(shù)幅頻特性以20db/dec的斜率通過(guò)零分貝線，其截止頻率l/dbo-20ww=k，其相角裕量為圖4-3 型系統(tǒng)的頻率特性從上述分析可知，與系統(tǒng)快速性相關(guān)的截止頻率取決于開(kāi)環(huán)增益k，增益k值可提高系統(tǒng)的快速性，但另一方面又會(huì)使相角裕量減少，超調(diào)量增大，所以不能隨意增大。如果既要提高快速性，又要保持相角裕量不變，就應(yīng)在增加的同時(shí)減少時(shí)間參數(shù)t，保持他們之間的比值不變。但時(shí)間常數(shù)t往往是系統(tǒng)的固有參數(shù)，較難改變，故在確定k值時(shí)，要兼顧快速性和超調(diào)量?jī)身?xiàng)指標(biāo)。典型型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系(1) 典型型系統(tǒng)典型型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下： ()其閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖4-4、4

19、-5所示：c(s)r(s)圖4-4 典型型系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖oh-40-20-40w圖4-5典型型系統(tǒng)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性從頻率特性上可見(jiàn)，由于t一定，改變就等于改變了中頻寬h；在確定以后，再改變k相當(dāng)于使開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性上下平移，從而改變了截止頻率。因此在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)，選擇兩個(gè)參數(shù)h和，就相當(dāng)于選擇參數(shù)和k。(2) 性能指標(biāo)與參數(shù)關(guān)系典型型系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用三種方法描述：以相角裕量為基準(zhǔn)的“最大（）法”；以閉環(huán)諧振峰值為基準(zhǔn)的“最小諧振峰值法”；在第一種方法中令h=4或在第二種方法中令h=5時(shí)得到的“三階工程最佳設(shè)計(jì)法”。“最小法”是根據(jù)最小振蕩指標(biāo)，由閉環(huán)頻率特性推導(dǎo)的。反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)幅

20、頻特性如下圖4-6：mpm(w)iw圖4-6 典型型系統(tǒng)的閉環(huán)幅頻特性其中振蕩峰值用表示?？梢宰C明對(duì)于典型型系統(tǒng)，當(dāng)截止頻率符合下列關(guān)系式時(shí)，對(duì)應(yīng)的最小，稱為“最佳頻比”，此時(shí)系統(tǒng)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定性最好?；蚣催@時(shí)最小的值與h有簡(jiǎn)單的關(guān)系：開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)則按“最小法”設(shè)計(jì)的典型型系統(tǒng)時(shí)的參數(shù)關(guān)系為若取h=5，則工程設(shè)計(jì)中的近似處理(1) 高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理在下圖所示的系統(tǒng)中，和是兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為若按典型一型系統(tǒng)進(jìn)行校正，取調(diào)節(jié)器參數(shù)=，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為結(jié)構(gòu)圖如下圖4-7：調(diào)節(jié)器交流裝置調(diào)節(jié)對(duì)像反饋環(huán)節(jié)圖4-7 典型型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖式中：k=顯然，比典型一型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)

21、多了一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)。為此需要將兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)用一個(gè)等效慣性環(huán)節(jié)代替，并保持等效前后相角裕量不變，便可得到等效的典型一型系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)(2) 低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理在把系統(tǒng)校正成典型型系統(tǒng)時(shí)，有時(shí)需要將系統(tǒng)中的大慣性環(huán)節(jié)近似用積分環(huán)節(jié)代替。若把下圖校正成為典型型系統(tǒng)，在把兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)等效成一l(w)wopbwopal(w)l(w)l(w)l(w)l(w)個(gè)小時(shí)間常數(shù)t的慣性環(huán)節(jié)的同時(shí)，還需把大慣性環(huán)節(jié)等效成積分環(huán)節(jié)。w圖4-8 大慣性環(huán)節(jié)近似為積分環(huán)節(jié)近似等效前，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為式中k=若把大慣性環(huán)節(jié)用積分環(huán)節(jié)來(lái)近似，即則就成為典型型系統(tǒng)的形式電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)由任務(wù)書(shū)上

22、的參數(shù)可以知道：電動(dòng)機(jī)：=48v，=3.7v，=200r/min，=6.5歐姆最大整流電壓：=1.05v，=1.0548=50.4acr輸出限幅值：=10vasr輸出限幅值：=10v速度給定最大值：=10v電樞回路總電阻：r=8歐姆電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)：=0.005s機(jī)電時(shí)間常數(shù)：=0.2s電源電壓：=60v電流反饋系數(shù)：=1.33v/a速度反饋系數(shù)：=0.05v min/r電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比：=0.18v min/r電力晶體管d202：?jiǎn)?dòng)電流：(1) 電流調(diào)節(jié)器acr的設(shè)計(jì)最常用的電流調(diào)節(jié)器是pi。由于電流反饋濾波環(huán)節(jié)（慣性環(huán)節(jié)）折算到前向通道上表現(xiàn)為微分環(huán)節(jié)，電流超調(diào)將會(huì)增大，為此，在給定通道

23、上也加一濾波環(huán)節(jié)（給定濾波器），以抵消電流反饋環(huán)節(jié)的影響。圖4-9 pi調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖對(duì)pi調(diào)節(jié)器，其輸出表達(dá)式為：其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖所示，式中雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)過(guò)程比轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程快得多，因此電流環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，可忽略電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的影響。近似處理調(diào)節(jié)條件是：考慮到一般電動(dòng)機(jī)電池時(shí)間常數(shù)要比晶閘管整流器等效時(shí)間常數(shù)和反饋濾波時(shí)間常數(shù)大得多，設(shè)計(jì)時(shí)可把和大得多，設(shè)計(jì)時(shí)可把和合并為小慣性群，即化簡(jiǎn)校正過(guò)程如下：（上圖）為等效前，（下圖）為等效后化簡(jiǎn)如下把電流環(huán)校正為典型型系統(tǒng)取“工程最佳”參數(shù)，結(jié)果如下：由此得調(diào)節(jié)器參數(shù)為性能指標(biāo)如下：把上面幾個(gè)參數(shù)代入得：校正后電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，

24、等效閉環(huán)傳遞函數(shù)為圖4-10 校正后電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)任務(wù)書(shū)說(shuō)給參數(shù)可求得具體參數(shù)如下：(2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr結(jié)構(gòu)的的選擇用電流環(huán)的等效傳遞函數(shù)代替電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖變成下圖4-11所示：asr圖4-11 整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如果把給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)變?yōu)?，再取時(shí)間常數(shù)，則轉(zhuǎn)速環(huán)可簡(jiǎn)化為下圖4-12：圖4-12 化簡(jiǎn)后的轉(zhuǎn)速環(huán)根據(jù)實(shí)踐所得，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該校正成為典型型環(huán)節(jié)，這不但符合靜態(tài)無(wú)精差，而且使到調(diào)速系統(tǒng)具有良好的抗干擾性能，至于其階躍響應(yīng)超調(diào)量大的問(wèn)題，是在線性條件下的計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很多情況下是階躍給定，因此，調(diào)節(jié)器會(huì)很快飽和，這個(gè)非線性作用會(huì)使超調(diào)量大大降低。把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型環(huán)節(jié)，asr應(yīng)該采用pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：pi調(diào)節(jié)區(qū)結(jié)構(gòu)如下：按法及典型型系統(tǒng)關(guān)系式得：取“工程最佳”參數(shù)時(shí)，h=5，則：五、元器件清單運(yùn)算放大器2電阻16電容6二極管4小結(jié)一個(gè)很有意義的寒假過(guò)去了，開(kāi)學(xué)第一天我們專(zhuān)業(yè)迎來(lái)了新年第一個(gè)課設(shè)，休閑的假期過(guò)去了，我們又投入到