龍門刨床驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書 龍門刨床驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 班 級： 學號： 姓 名： 學 院： 專 業(yè)： 指導教師： 2014 年 6 月 軟件工程 袁文武 祝錫晶 軟件學院 龍門刨床驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 摘 要 文章介紹了以直流電動機為核心的龍門刨床驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，系統(tǒng)采用電流、速 度雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)用反并聯(lián)可控硅整流裝置為系統(tǒng)電機供電， 主電路和控制電路的增加了過電流和過電壓保護，消除了負載,電網(wǎng)等外界干擾信息最 終獲得較好的控制效果，對傳動中各個環(huán)節(jié)進行了理論分析，并對動態(tài)參數(shù)進行了計 算，給出了硬件結(jié)構(gòu)和工作情況，實現(xiàn)了刨床的無級調(diào)速，大大提高了控制精度和電 能利用率，減少了電能損耗和過度

2、時間，降低了控制部件數(shù)量，且無噪音，提高了生 產(chǎn)效率和質(zhì)量。該系統(tǒng)的特點是動態(tài)響應(yīng)快、工作可靠、操作簡單、精度高。 關(guān)鍵詞 龍門刨床，直流調(diào)速系統(tǒng)，控制電路，邏輯無環(huán)流 The Design Of Longmen Matchine Drive System Abstract This paper introduces the dc motor as the core of double housing planer drive system design, system adopts the logic without circulation current and speed double

3、closed loop reversible dc speed regulating system, applying reverse parallel silicon controlled rectifier device for electric power supply system, the increase of the main circuit and control circuit of over-current and over-voltage protection, eliminating the load, the power grid and other interfer

4、ence information eventually achieve good control effect, every link in the transmission are analyzed in theory, and the dynamic parameters are calculated, and gives the hardware structure and the working situation, realized the stepless speed regulation of planer, greatly improving the control preci

5、sion and energy utilization, reduce the power loss and over time, reduces the number of control unit, and no noise, improves the production efficiency and quality.The characteristics of the system dynamic response is fast, reliable operation, simple operation, high precision. Keyword: double housing

6、 planer Dc speed control system, Control circuit, Logic without circulation 目錄 1 引言 .1 1.1 龍門刨床簡介 .1 1.2 龍門刨床對電氣傳動系統(tǒng)的要求 .1 1.3 龍門刨床的主要工藝數(shù)據(jù) .1 2 調(diào)速系統(tǒng)各方案的選擇 .3 2.1 拖動方案的選擇 .3 2.2 直流調(diào)速的方案比較 .3 2.3 控制方案的確定 .4 2.4 可控硅整流電路的選擇 .4 2.4.1 單相可控硅整流電路 .4 2.4.2 三相半波整流電路 .5 2.4.3 三相橋式整流電路 .5 3 主回路參數(shù)的計算和元件選擇 .8 3.1

7、 整流變壓器的計算 .8 3.1.1 整流變壓器接線方式 .8 3.1.2 整流變壓器副級電壓的計算.8 2u 3.1.3 整流變壓器副級電流計算 .9 3.1.4 整流變壓器容量計算 .9 3.2 可控硅元件的選擇 .9 3.3 平波電抗器計算 .12 4 交流側(cè)和直流側(cè)保護 .14 4.1 過電流保護 .14 4.1.1 自動開關(guān)保護 .14 4.1.2 快速熔斷器保護 .14 4.2 過電壓保護 .14 4.3 SCR 元件過電壓保護 16 5 控制回路設(shè)計 .18 5.1 電流閉環(huán) .18 5.1.1 電流調(diào)節(jié)器 .18 5.1.2 電流閉環(huán)工作原理 .18 5.2 速度閉環(huán) .19

8、5.3 集成觸發(fā)電路 .20 5.3.1 SCR 整流裝置對觸發(fā)器的要求：.20 5.3.2 觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)及工作原理 .20 5.4 無環(huán)流邏輯裝置 .23 5.4.1 無環(huán)流系統(tǒng)對邏輯裝置的要求： .24 5.4.2 電平檢測 .24 5.4.3 邏輯判斷電路 .25 5.4.4 延時電路 .25 5.4.5 邏輯保護 .26 5.5 檢測裝置 .27 5.5.1 測速發(fā)電機 .27 5.5.2 電流檢測裝置 .27 5.6 速度給定環(huán)節(jié) .28 5.7 過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié) .28 5.8 控制系統(tǒng)的電源 .29 5.9 主回路中電動機勵磁回路原理圖 .30 6 系統(tǒng)靜、動特性的分析及參數(shù)調(diào)

9、整 .31 6.1 參數(shù)設(shè)計方案的確定 .31 6.2 系統(tǒng)的靜特性分析和計算.31 6.2.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： .31 6.2.2 靜態(tài)速降計算 .32 6.3 系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)計算和調(diào)試 .33 6.3.1 電流閉環(huán)參數(shù)計算 34 6.3.2 速度環(huán)參數(shù)計算 .37 6.4 電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的作用 .41 7 結(jié)論 .43 參考文獻 .44 致謝 .45 1 引言引言 近二三十年來，自動化電力拖動技術(shù)取得了巨大進展，它跨越電機學，電力電子 及微電子技術(shù)，自動控制理論和電子計算機應(yīng)用，并融合了生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程。在 這其中，分為交、直流兩大電力拖動系統(tǒng)，在電力拖動的發(fā)展史上，一直是二者互為 補充，

10、相輔相成，交替發(fā)展。直流電力拖動已基本完善，處于繁盛的階段。 直流電動機具有良好的起動，制動性能，具有良好的調(diào)速性能和良好的控制性能， 正因為這個優(yōu)點使直流電動機調(diào)速系統(tǒng)在需要調(diào)速的高性能電力拖動系統(tǒng)中得到廣泛 應(yīng)用。直流電動機的另一優(yōu)點是它的電樞電壓、電樞電流、電樞回路電阻、電機輸出 轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速等各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是簡單明了的線性函數(shù)關(guān)系，這使 直流電動機的數(shù)學建模較為簡單、準確，相應(yīng)的使得直流調(diào)速系統(tǒng)的分析、計算及設(shè) 計也較為容易，且經(jīng)過較長時間的實踐，直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較 成熟、經(jīng)典，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，他又是交流調(diào)速控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。直 流調(diào)速系

11、統(tǒng)在加入反饋環(huán)后，可以改善系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)品質(zhì)。這種系統(tǒng)靜特性 好，調(diào)速范圍寬，并可以實現(xiàn)無級調(diào)速。 本設(shè)計中龍門刨床的的驅(qū)動系統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用了可逆無環(huán)流的速度、電流 雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)，在滿足控制要求的同時，克服了其他的直流控制系統(tǒng)體積大、 重量重，而且不經(jīng)濟的缺點1。 1.1 龍門刨床簡介龍門刨床簡介 主要加工大型工件或同時加工多個工件，其主運動是工件隨著工作臺的直線往復 運動，進給運動是刀架帶著刨刀作橫向或垂直的間歇運動。直流電機拖動，無級調(diào)速、 運動平穩(wěn)。由床身、工作臺、立柱、頂梁、橫梁、垂直刀架、側(cè)刀架組成2。 1.2 龍門刨床對電氣傳動系統(tǒng)的要求龍門刨床對電氣傳動系統(tǒng)的要

12、求 1)由于反復多道次刨制，要求傳動系統(tǒng)可逆運轉(zhuǎn)并實現(xiàn)無級調(diào)速（0.54m/min 2)刨制過程要保持刨制速度恒定，在加減速過程中要求加減速恒定，能實現(xiàn)快速 反向。在刨制過程中要保持給定張力，誤差不得超過 8%。 3)電氣傳動系統(tǒng)應(yīng)有較高的靜態(tài)精度，動態(tài)品質(zhì)和抗擾能力。 1.3 龍門刨床的主要工藝數(shù)據(jù)龍門刨床的主要工藝數(shù)據(jù) 主傳動電機：PN=45KW uN=220v IN=255A nN=430rpm uf=220v If=9.6A 進料速度： 0.5m/min 刨制速度：0.54m/min 調(diào)速范圍：D8 靜度差：S0.2 超調(diào)量： 轉(zhuǎn)矩極性鑒別器： 2 u u0 時，M=-和=0 gi M

13、 4 零電流檢測器： 有電流時 =0 I 無電流時 =1 I 輸出信號 封鎖正組脈沖，=0 Z 開放正組脈沖，=1 Z 封鎖反組脈沖，=0 開放反組脈沖，=1 以上邏輯判斷狀態(tài)的改變，用來控制集成觸發(fā)組件的輸出，另作為控制回路的選 擇信號。 5.4.4 延時電路延時電路 前面的邏輯運算電路保證了零電流切換，但是僅采用零電流切換是不夠的，必須 在切換過程中設(shè)置兩段延時，即關(guān)斷等待延時和觸發(fā)等待延時。所以，邏輯裝置在2t 邏輯電路后面接有延時電路。延時電路如圖 5.8 所示，其工作原理如下： R2 R5 R8 R1 R3R6 R4R7 BG1BG2 BG3 C D1 +15V Usc -15V U

14、sr 圖 5.8 延時電路 當延時電路輸入為 0 時，輸出也為“0”態(tài)（BG1 截止、BG2 導通） ，相應(yīng)的整流橋 脈沖開放。當輸入由“0”變?yōu)椤?”時，電容 C 經(jīng) R1 充電，經(jīng)過一定延時后，BG1 導通， BG2 截止，即輸出由 0 延時變“1”，相應(yīng)的整流橋延時封鎖。其延時時間由 R1C 來決 定，這里整定為 3 毫秒。當輸入有“1”態(tài)變?yōu)椤?”時，電容 C 的電荷要經(jīng)過 R2 和 BG1 基射回路放電，經(jīng)過一定的延時后，BG1 截止，BG2 導通，即輸出由“1”延時變 0，相 應(yīng)的整流橋脈沖延時開放，其延時時間由 CR2 的參數(shù)來決定，這里整定為 10 毫秒， 這樣就滿足了“延時

15、3 毫秒封鎖，延時 10 毫秒開放”的要求。 5.4.5 邏輯保護邏輯保護 邏輯電路正常工作時，邏輯與延時電路的輸出 u和 u兩個信號總是相反，但 Z F 是，一旦電路發(fā)生故障，有可能兩個信號同時為“1”態(tài)，這將造成正反兩組整流橋短路 事故。為了避免這種事故發(fā)生，增設(shè)了保護環(huán)節(jié)，見圖 5.9。 邏輯保護環(huán)節(jié)取了邏輯運算電路經(jīng)延時電路后的兩個輸入信號作為一個“或非”門 的輸入信號。當正常工作時，兩個輸入信號總是一個“1”，一個“0”，或非門輸出總是 “0”，它不影響脈沖封鎖信號的正常輸出，當兩個輸入信號都為“0”，它輸出一個“1”同 時加到兩個觸發(fā)器上，將正反組整流裝置的觸發(fā)脈沖全部封鎖，使系統(tǒng)

16、停止工作，起 到可靠的保護作用。無環(huán)流邏輯裝置的工作原理是：轉(zhuǎn)矩級性鑒別器和零電流檢測分 別把控制信號送給電平檢測，電平檢測把模擬信號變成數(shù)字信號送給邏輯運算電路， 對是否觸發(fā)和觸發(fā)哪一組進行邏輯判斷，經(jīng)過延時電路延時兩個時間，即關(guān)斷等待延 時和觸發(fā)等待延時。最后是保護電路，確保電路由于電壓波動和電路故障，同時觸發(fā) 兩組可控硅時能夠封閉觸發(fā)脈沖。 D? DIODE_1 62AP13 R R R 3DK4C 3DK4C 613 606 U1 U2 +15V -15V 圖 5.9 邏輯保護電路 5.5 檢測裝置檢測裝置 5.5.1 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 系統(tǒng)采用速度負反饋，選用永磁式的直流測速發(fā)電

17、機作為轉(zhuǎn)速檢測元件。 測速發(fā)電機和主拖動電機直接并聯(lián)，安裝要求不偏心，以防止產(chǎn)生振動。 5.5.2 電流檢測裝置電流檢測裝置 本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)器需要檢測主回路的電流信號， 其次系統(tǒng)采用邏輯控制需要零電流信號，發(fā)生過流時，應(yīng)發(fā)出過流信號，根據(jù)以上要 求和主電路的接線方式，采用交流互感器作電流檢測裝置，其接線圖如圖 5.10 所示。 1LH 2LH Ui Uio 72CP33 圖 5.10 電流檢測裝置 電路的工作原理是：電流互感器將主電路中的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，通過二 極管的整流作用將交流信號轉(zhuǎn)化為直流信號，從而得到電流反饋和零電流檢測的輸入 信號。 5.6 速度

18、給定環(huán)節(jié)速度給定環(huán)節(jié) 速度給定環(huán)節(jié)的作用是實現(xiàn)軋制方向選擇、高低速度選擇和停車等作用。它由選 擇開關(guān)、繼電器、按鈕和電阻等組成。 在操作電路中 JXL 為系統(tǒng)聯(lián)索繼電器常開觸點，當系統(tǒng)正常時，JXL 接通，表示 可以進行軋制。KK 為軋制方向選擇開關(guān)。左推時，左向軋制繼電器 1JZX 接通。然后 進行高低速選擇，高速時按高速按鈕 GA。此時高速繼電器 1JQS 接通，它在速度給定 環(huán)節(jié)的常開觸點 1JQS 接通的電源。這時，電流從+15V 出發(fā)，經(jīng) 1JZX電阻 100 gd u 1JQS電位計 W電源零線 OV。此時，為正電壓，送給給定積分器，使電 gd u 動機起動。改變電位計 W 的滑動

19、端的位置可以改變電壓，因而改變了電動機的轉(zhuǎn) gd u 速。當需要低速時，按低速按鈕 DA，這時高速繼電器 1JQS 斷電，低速繼電器 1JQD 接通并進行自鎖。同時，在速度給定環(huán)節(jié)中的 1JQD 常開觸點閉合。這時，電流經(jīng) +15V1JZX1JQD1JQS電阻 10K。由于串入了 10K 電阻，因而很小， gd u gd u 相應(yīng)的電動機速度為喂料機速度，便于操作人員進行調(diào)整或喂料。同理，將軋向選擇 開關(guān) KK 推向右方，即可進行右向軋制。停止時，按停止按鈕 TA，斷開了高速和低速 軋制繼電器 1JQS、1JQD 的電源，為零，電動機停止。 gd u 5.7 過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié)過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié)

20、由于 SCR 元件熱容量小，過載能力熱，一旦過載，結(jié)溫升高，很容易促成 SCR 元 件燒壞，所以必須設(shè)置過載保護措施，一方面從主電路入手，利用瞬時動作的過流繼 電器，一旦電流超過整定值，繼電器動作，斷開主電路交流電源。 （本設(shè)計未用） ；另 一方面，從控制電路入手，當主電路過流時，是 SCR 觸發(fā)脈沖拉到逆變區(qū)從而實現(xiàn)對 SCR 元件的過流保護。 圖 5.11 過流監(jiān)視保護環(huán)節(jié) 過流保護環(huán)節(jié)的電路，如圖 5.11 所示。在系統(tǒng)正常工作時，電流檢測裝置輸出電 壓小于 14 伏，穩(wěn)壓管 DW 不導通，BG1 截止，繼電器釋放，BG2 導通，BG3 截止，oJ 發(fā)射極輸出 0 電位。不影響正反組可控

21、硅觸發(fā)的正常工作。當主回路過流時，電流檢 測裝置輸出大于 14 伏，穩(wěn)壓管被擊穿，BG1 導通，BG2 截止，BG3 導通，發(fā)射極輸 出高電壓+15 伏，同時封鎖正反組觸發(fā)器的脈沖。當 BG1 導通時繼電器吸合，一方oJ 面自鎖，另一方面是繼電器得電吸合，在交流側(cè)線路接觸器 SB 線圈回路中的1J1J 常開觸頭打開，使 SB 跳閘切斷主回路交流電。改變電阻 R1 和 R2 數(shù)值或選擇不同 穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管 DW 即可整定不同跳閘電流。 5.8 控制系統(tǒng)的電源控制系統(tǒng)的電源 本控制系統(tǒng)的電源為15 伏穩(wěn)壓電源 圖 5.12 15 電源原理圖 作為調(diào)節(jié)器，觸發(fā)器的脈沖形成部分，速度給定環(huán)節(jié)，無環(huán)流邏

22、輯裝置，軟換向環(huán)節(jié)， 過流保護環(huán)節(jié)的電源，這些環(huán)節(jié)對電源的穩(wěn)定要求都比較高，而負載不大，故共用穩(wěn) 壓 電壓，如圖 5.12 所示。 5.9 主回路中電動機勵磁回路原理圖主回路中電動機勵磁回路原理圖 圖 5.13 主電動機勵磁回路 6 系統(tǒng)靜、動特性的分析及參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)靜、動特性的分析及參數(shù)調(diào)整 一個合格的控制系統(tǒng)，必須滿足以下三項基本要求： 1）工作應(yīng)該是穩(wěn)定的，而且具有一定的穩(wěn)定程度； 2）穩(wěn)態(tài)工作精度應(yīng)符合要求 3）動態(tài)性能指標應(yīng)在允許的限度以內(nèi)。 因此，在設(shè)計控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)所要求的靜、動態(tài)性能指標是設(shè)計的主要依據(jù)。 6.1 參數(shù)設(shè)計方案的確定參數(shù)設(shè)計方案的確定 調(diào)節(jié)器參數(shù)計算可以按典

23、I 型系統(tǒng)設(shè)計，也可以按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計。對于速度 環(huán)來說，應(yīng)該按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計，因為速度閉環(huán)的擾動量主要是負載，要求抗干擾 能力強。按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計的系統(tǒng)抗干擾能力強，動態(tài)速度降小而且恢復時間短， 而按典型 I 型設(shè)計的系統(tǒng)這方面的指標不如 II 型系統(tǒng)。因此，決定速度環(huán)參數(shù)按照 II 型系統(tǒng)設(shè)計。 電流閉環(huán)的干擾是電網(wǎng)波動，從抗干擾能力角度來看，也應(yīng)選擇 II 型系統(tǒng)。本系 統(tǒng)由給定積分器環(huán)節(jié)，給定信號均勻上升，限制了他的超調(diào)。因而本系統(tǒng)的電流閉環(huán) 也按典型 II 型系統(tǒng)校正。 調(diào)節(jié)器的型式選擇。本刨床的調(diào)速范圍為： max min 4 8 0.5 V D V 因課題

24、要求 D8，所以取 D=10。 式中為最大刨制速度，為最低刨制速度，等于喂料速度。 max V min V 龍門刨床工藝要求靜差率0.2，如果采用比例調(diào)節(jié)器，則在低速刨制時，難以滿 足靜差率的要求。因此，本設(shè)計決定采用比例積分調(diào)節(jié)器，從理論上它可以達到無靜 差，完全可以滿足低速刨制時的靜差率要求。 6.2 系統(tǒng)的靜特性分析和計算系統(tǒng)的靜特性分析和計算 6.2.1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖：靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 該系統(tǒng)是一個典型的速度，電流雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 6.1 所示。 圖 6.1 系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)已知的參數(shù)，各環(huán)節(jié)的放大的倍數(shù)計算如下： 1) 速度調(diào)節(jié)器靜態(tài)放大倍數(shù) 1.520 76 20

25、n o RMK K RK 2) 電流調(diào)節(jié)器靜態(tài)放大倍數(shù) 1.5 75 20 i o RM K RK 3) 觸發(fā)器和可控硅靜態(tài)放大倍數(shù) max 30 d o k U K U 4) 回路的總電阻 0.18R 5) 電動機的電勢系數(shù) 伏/轉(zhuǎn)/分 220 0.5 430 N N u Ce n 6) 電流反饋系數(shù) 10 0.1 / 100 iU VA I 7) 深度反饋系數(shù) 伏/轉(zhuǎn)/分 220 0.5 430 f N U n 6.2.2 靜態(tài)速降計算靜態(tài)速降計算 由結(jié)構(gòu)圖可直接寫出系統(tǒng)的靜特性方程式： (1)(1) nioio go ee K KKKK nUInn CKCK 式中系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)= 1

26、nio e KK KK C 0.01 75 76 30/0.58550 額定負載時，靜態(tài)轉(zhuǎn)速降為： 轉(zhuǎn)/分 0.1 75 30 1058.9 (1)0.5(1 8850) io en e KK nI CK 刨床刨制速度一般為 0.5m/s 左右，相應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速為 500 轉(zhuǎn)/分，故系統(tǒng)低速時的靜差 度： min 8.9 1.7% 5008.9 e o n S n 滿足系統(tǒng)對靜差度的要求（0.2） 。在多數(shù)情況下，負載電流達不到電機額定電流，因 此，實際靜態(tài)速降還要小一些。 6.3 系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)計算和調(diào)試系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)計算和調(diào)試 所謂動態(tài)設(shè)計，是指當系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)確定后，選擇動態(tài)校正環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式

27、并 計算其參數(shù)，以期滿足系統(tǒng)動態(tài)指標。 本控制系統(tǒng)的被控對象為直流他激電動機，它的動態(tài)特性是一階慣性環(huán)節(jié)加積分 環(huán)節(jié)。為了保證調(diào)節(jié)精度和較好的過渡過程品質(zhì)，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器均采用比 例積分調(diào)節(jié)器，PI 調(diào)節(jié)器屬于串聯(lián)校正裝置，不僅改善動態(tài)特性，而且可使系統(tǒng)無穩(wěn) 態(tài)誤差。整個系統(tǒng)是以電流閉環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度閉環(huán)為外環(huán)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其動態(tài) 方框圖如圖 6.2 所示： 圖 6.2 系統(tǒng)動態(tài)方框圖 圖中、分別為速度給定和電流給定； gd u gi u 1 1 STonS SK n nn ) 1( SZ SK i ii ) 1( 1ST K S S 1 / 1 ST R L 1 ST R m e

28、C 1STon 1SToi go u fH u + _ _ + + _ I+ -n E 、分別為速度反饋和電流反饋； fn u fi u 、分別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)； n K i K 、分別為速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的時間常數(shù)； n i 、分別為 SCR 的放大倍數(shù)和時間常數(shù)； S K S T 、為電動機電樞回路總電阻和電磁時間常數(shù)； R L T 為機電時間常數(shù)； M T 、分別為整流電壓和整流電流； d I d u 、分別為電流反饋和速度反饋系數(shù)； 、E 分別為電動機的電勢常數(shù)和電動機反電勢； e C 、分別為電流和速度反饋的濾波時間常數(shù)； 0i 0n 、分別為移相電壓和負載電流

29、。 K u 2f I 6.3.1 電流閉環(huán)參數(shù)計算電流閉環(huán)參數(shù)計算 電流閉環(huán)參數(shù)計算主要是計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。因電流調(diào)節(jié)過程較快，在這個 過程中，反電勢的變化較小，因而可以略去反電勢變化的影響。此時，電流內(nèi)環(huán)的方 框圖可以簡化為： 1SToi 1ST i oi S SK i ii ) 1( 1ST K S S 1 /1 ST R L + _ gi u d I a） b) 1SToi S SK i ii ) 1( ) 1)(1( / STST RK LS S + _ B ugi d I c) 圖 6.3 電流閉環(huán)方框圖 圖中為電流環(huán)小時間常數(shù)和，為電動機電樞回路電磁時間常數(shù)。 0isi TTT

30、 L L T R 電流閉環(huán)參數(shù)計算就是要算出電流調(diào)節(jié)器的 PI 參數(shù)和的數(shù)值。為此，需要先 i K i 知道電動機和可控硅的參數(shù)： 0 2.34 141 41.3 8 d s k u K u 1 111 0.0017sec 226 5 s T qf : 其中，q 為整流電壓的波頭數(shù)，三相全控橋 q=6，為最大移相電壓，取=8V k u k u 3 42.55 10 0.034sec 1.229 L L T R 其中，L5.1 0.5240.1925.716 DBPK LLLmH 1.2292.4 DBPKSCRD RRRRRR 其中、分別為電動機電樞、整流變壓器、平波電抗器及可控硅正向 D R

31、 B R PK R SCR R 導通時的電阻。電樞電阻按下式算出 D R 22 1 0.512 2 ededed eded u IP II 電流反饋系統(tǒng)計算。在最大容許電流的電流反饋電壓與最大電流 max 2 dN II fi u 給定電壓相等，即 maxgi u maxd I maxgi u S SK i ii ) 1( ) 1)(1( 2/ STST RK Li S + _ B ugi d I max max 8 0.047/ 285 gi d u VA I 式中取=8V，取 maxgi u 0 0.001sec i T 0 0.00170.0010.0027 isi TTT 10 0.0

32、34 12.59 0.0027 L i T T 所以可以把電樞回路看成是幾分環(huán)節(jié)，即 11 1 LL RR T ST S 此時，電流閉環(huán)的方框圖可進一步簡化為 圖 6.4 電流閉環(huán)簡化框圖 圖中 is I iL K K K R T 取 h=5，則 2 2222 15 1 16430 1/sec 22 50.0027 i h K h T 5 0.00270.0135sec ii hT 16430 0.0135 1.229 0.034 2.38 82.8 0.047 iiL i S KR T K K 取=20K，選用 BG305 運算放大器，若電位計的位置處于=處，則 0 R 1 W 1 2 0

33、11 2.38 2023.8 22 ii RK RKK )1( )1( 2 i iI TS SK gi u Id 3 0.0135 0.587 23 10 i i i CF R 6 0 0 3 0 44 0.001 100.2 20 10 i i T CF R 6.3.2 速度環(huán)參數(shù)計算速度環(huán)參數(shù)計算 由于電流閉環(huán)是速度閉環(huán)的內(nèi)環(huán)，在計算速度環(huán)參數(shù)時，為了簡單起見，將電流 環(huán)化簡成一個簡單的等效環(huán)節(jié)，便于計算。 1) 電流閉環(huán)的等效傳遞函數(shù) 將電流內(nèi)環(huán)寫成閉環(huán)傳遞函數(shù)的形式，然后進行化簡，可得出電流環(huán)的等效傳遞 函數(shù)，電流內(nèi)環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù) 1 1 111 dK i i giK Lii is

34、ISWSS R uSWS S T ST SS K K 考慮到上述關(guān)系，電流的閉環(huán)傳函為 222 3322 1 222 11 111 d i gi iii IShT S uShhh TSm TSmh T S hhh 對上式進行簡化。忽略高次項，并取等效一階慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)為傳遞函數(shù)分母愈 分子時間常數(shù)之差，得出 式中， 0.0027 0.0794 0.034 i L T m T 2 2 1 h m h 2 2 5 0.07940.662 5 1 1 0.6621 d gii IS uST S 上式即為化簡后的電流內(nèi)環(huán)等效傳函。 2) 速度閉環(huán)方框圖 a） b) c) 圖 6.5 速度閉環(huán)方框圖

35、 式中： 0 0.662 nni TTT 0.01 0.662 0.00270.0100sec 為速度反饋濾波時間常數(shù)，取=0.01sec 0n T 0n T 為機電時間常數(shù)，為速度反饋系數(shù) 2 375 m em GD R T C C 3) 參數(shù)計算及選擇 為了加強速度閉環(huán)對負載的抗繞能力，速度閉環(huán)按典型 II 型結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、選速 1 1 STonS SK n nn ) 1( SZ SK i ii ) 1( 1ST K S S 1 /1 ST R L 1 ST R m e C 1STon 1SToi go u fH u + _ _ + + _ I+ -n E ST CR m e / n -

36、+ S SK n nn ) 1(+ _ / 1g u 1363 . 0 /1 S T i Ife Id 1STon 1 / ST M S SK n nn ) 1( ST CR m eI /+ _ / gu u n+ - Ife Id 度調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為。參數(shù)計算主要是確定和的數(shù) 1 nn n KS S n K n 值。將圖 6.5 進一步化簡，得圖 6.6。 圖 6.6 速度方框圖 其中： n N nem KR K C T 電動機110 公斤，取主傳動系統(tǒng)的總的為電動機的二倍，即 2 GD 2 : 米 2 GD =220 公斤 2 GD 2 : 米 電動機激磁常數(shù)由下式求出

37、 e C 伏/轉(zhuǎn)/分 e C 44085 0.512 0.396 1000 ND N uI R n 電動機的轉(zhuǎn)矩常數(shù) 伏/轉(zhuǎn)/分 m C 0.396 0.384 1.031.03 e C 取最高軋制速度時的給定電壓=10V，則 gn u gnmN un: 10 0.01 / 1000 gnm N u V r p m n : : 整個系統(tǒng)的機電時間常數(shù)為 2 220 1.229 4.7415 375375 0.396 0.384 m em GD R T C C : 取 h=5，則有 2 2222 15 1 1200/sec 22 50.01 N n h K h T 5 0.010.05sec n

38、n hT 1200 0.05 0.047 0.396 4.7451 431.16 0.01 1.229 Nnem n KC T K R ) 1( ) 1( 2 STS SK M nN gu u+ _ 速度調(diào)節(jié)器的具體參數(shù)： 取=20K， 轉(zhuǎn)動，使，則 0 R i W 12 0 11 431.16 204311.6 22 nn RK RK 取 R=0.47K，4.7 n WK 12 , n R : nnn C R 0.05 0.011 4311.6 n n n CF R 0 0 3 0 44 0.01 2 20 10 n n T CF R 4) 系統(tǒng)的動態(tài)指標計算 系統(tǒng)的退飽和超調(diào)量計算 max

39、max 81.2%81.2% 35.2 %2.86% 10001000 n NN nCz nn : 恒流啟動時間： q t 秒 q t 0.396 0.0836 1000 0.158 1.229 2 85 emN Nfz C Tn RII : 軋機啟動時負載電流近似為零。 fz I 動態(tài)速升的恢復時間： 8.88.8 0.010.088 fn tT 過渡過程的調(diào)節(jié)時間： 秒0.1580.0880.246 pqf Ttt 5) 系統(tǒng)的相角穩(wěn)定余量： 11 ccncn tgtgT 1 1 3 2 c h 1 11 3360 0.05 c n 11 360 0.0140.6ctgtg 6.4 電流自

40、適應(yīng)調(diào)節(jié)器的作用電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的作用 理論分析可知，電樞回路電流斷續(xù)時，使系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，因此前面按電流連 續(xù)時的校正環(huán)節(jié)的參數(shù)，在電流斷續(xù)時就不能滿足系統(tǒng)的特性要求，為了使系統(tǒng)在電 流連續(xù)和斷續(xù)時的動特性都可以滿足要求，電流調(diào)節(jié)器在電流連續(xù)時應(yīng)具有 PI 調(diào)節(jié)器 的特性，在電流斷續(xù)時應(yīng)具有 I 調(diào)節(jié)器的特性，在這個系統(tǒng)中采用電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器 來達到這個目的。 RO 20K R1 6.2K 20K 20K 1.5M 20K 20K R2 300 C1 2CP12 3DJ6F -15V +15V Ui LT SY 圖 6.7 電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器 電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器的原理線路如圖 6.7 所示。S

41、Y 是一個比例調(diào)節(jié)器，其輸入端有 兩個信號，一個是給定直流電壓（取-1.5V 相當于電流斷續(xù)的極限平均值 50A） ，另一 個是電流檢測信號。當主回路電流連續(xù)時（大于 50A） ，放大器輸出為負，場效應(yīng)管 T 斷開，可見，這時 LT 為 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 111 11 1 1 i o i i i R R C P WP RR C P P K P 式中 。 1 i o R K R 11iR C 當電流低于斷續(xù)極限值（小于 50A）時，放大器輸出為正，場效應(yīng)管 T 導通，此 時， 與并聯(lián)，所以電流調(diào)節(jié)器 LT 的傳遞函數(shù)為：1R2R 如果使，21RR:211R C : 1 11 11 ( )ii oi R WPK R R C PP 式中，。11iR C 1 i o R K R 即近似為一個積分（I）調(diào)節(jié)器。 調(diào)試結(jié)果 ，故 2300R 1 2 602 20 300 RK R 12121 121