轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng).

1、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)學(xué)院電子信息工程學(xué)院專業(yè)自動(dòng)化學(xué)生姓名秋涼學(xué)號(hào)222222222222年級(jí)2010級(jí)指導(dǎo)教師一葉職稱高空工人2013年12月29日轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要 ：隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在調(diào)速領(lǐng)域中， 雙閉環(huán)控制的理念已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的認(rèn)同與運(yùn)用。 相對(duì)于單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲的控制盒轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過(guò)程的弱點(diǎn)，雙閉環(huán)控制則很好的彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，雙閉環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流的兩種負(fù)反饋的分別作用，從而獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)特性。 其良好的動(dòng)態(tài)性能主要體閑在其抗負(fù)載擾動(dòng)以及抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)之上。正是由于雙閉環(huán)調(diào)速的眾多優(yōu)

2、點(diǎn)，所以在此有必要對(duì)其最優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的探討和研究。關(guān)鍵詞：調(diào)速系統(tǒng)；轉(zhuǎn)速環(huán)；電流環(huán)目錄1 調(diào)速控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) -11.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題 -11.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 -22 系統(tǒng)參數(shù) -62.1參數(shù)要求 -62.2電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 -62.2.1確定時(shí)間常數(shù) -62.2.2電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇 -62.2.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 -72.2.4校驗(yàn)近似條件 -72.2.5調(diào)節(jié)器電阻和電容的計(jì)算 -72.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 -82.3.1確定時(shí)間常數(shù) -82.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu) -82.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 -82.3.4檢驗(yàn)近似條件 -92.3.5調(diào)節(jié)器電阻和電容的計(jì)算

3、 -92.3.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 -93轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)- 113.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) -113.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) -153.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算-183.4轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真- 203.4.1電流環(huán)的系統(tǒng)仿真 -213.4.2轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真 -224總結(jié)-25參考文獻(xiàn)-26致謝 -27成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)1 調(diào)速控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題（1）對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，縮短起、制動(dòng)過(guò)程的時(shí)間是提高生產(chǎn)率的重要因素。（2）在起動(dòng)（或制動(dòng)）過(guò)渡過(guò)程中， 希望始終保持電流 （電磁轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，

4、使調(diào)速系統(tǒng)以最大的加（減）速度運(yùn)行。（ 3）當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)，最好使電流立即降下來(lái)，使電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而迅速轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。I dnI dmnI dL0t-I dm圖 1-1時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程起動(dòng)電流呈矩形波， 轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。 這是在最大電流 （轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)（制動(dòng)）過(guò)程。1成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-1 所示。TAUiII dUn*Ui *ACRUcMASRUPEUdUnnnTG圖 1-2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG- 測(cè)速發(fā)電機(jī)TA-電流互感器

5、UPE-電力電子調(diào)節(jié)器Un*- 轉(zhuǎn)速給定電壓Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓Ui*-電流給定電壓 Ui- 電流反饋電壓在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流。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)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。形成了轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。1.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化2成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)

6、不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)， PI 調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)， 只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況，電流調(diào)節(jié)器不進(jìn)入飽和狀態(tài)。IdU iRASRACRI dRnU n *U i*U cU d0E 1K sCeU n圖 1-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù)（ 1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。*U nn n0nU n*U nn0U i*U iI dI dI dLI dm（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和ASR輸出達(dá)到限幅值時(shí)， 轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)環(huán)狀態(tài)

7、， 轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)3成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)速環(huán)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) I dU im*I dmnn0AB0CIdNIdmId圖 1-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性AB段是兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)的靜特性，Id<Idm, n=n0 。BC段是 ASR調(diào)節(jié)器飽和時(shí)的靜特性，Id=Idm, n<n0 。在負(fù)載電流小于Idm 時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm 時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U*im，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。采用兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。當(dāng) ASR處于

8、飽和狀態(tài)時(shí)， Id=Idm ，若負(fù)載電流減小， Id<Idm ，使轉(zhuǎn)速上升， n>n0， n<0，ASR反向積分，使 ASR調(diào)節(jié)器退出飽和。4成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系：U n*U nnn0U i*U iI dI dLUd 0Cn IdR C U*/IdLRU ceenK sK sK s根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：U nm*轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)nmaxU電流反饋系數(shù)I*imdm5成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)2 系統(tǒng)參數(shù)2.1參數(shù)要求某晶閘管供電的雙閉環(huán)直

9、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，136A， 1460r/min ，Ce=0.132Vmin/r ，允許過(guò)載倍數(shù) =1.5 ；晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40；電樞回路總電阻： R=0.5；時(shí)間常數(shù)： Ti=0.03s ， Tm=0.18s；電流反饋系數(shù)： =0.05V/A （ 10V/1.5IN ）。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =0.07Vmin/r （ 10V/nN），要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量i5%2.2電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算2.2.1確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts=0.0017s 。電流濾波時(shí)間

10、常數(shù)Toi=2ms=0.002s。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和，按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取Ti=Ts+Toi=0.0037s 。2.2.2電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇要求 i 5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)6成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)器。用 PI 型電流調(diào)節(jié)器。檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：Tl0.038.11T i0.00372.2.3電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：i=Ti=0.03s 。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：取KiT i=0.5 ，K I0.50.5135.1T i0.0037ACR的比例系數(shù)為K iK I i R135.1 0.03 0.5K s401.0130.052.

11、2.4校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率 ci=KI=135.1s-1（1）校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件11196.13Ts30.0017（2）校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件311340.82TmTl0.18 0.03（3）校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1111180.8ci3TsToi30.0017 0.0022.2.5調(diào)節(jié)器電阻和電容的計(jì)算取R0 40k7成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)RiK i R01.0134040.52kCii0.030.75 10 6 F 0.75 FRi40 103Coi4T0i40.0020.2 10 6F 0.2 FR0401032.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

12、器的參數(shù)計(jì)算2.3.1確定時(shí)間常數(shù)（1）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。取KITi=0.5 ，則12T i20.00370.0074sK I（2） 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)。取Ton=0.01s。（3）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T n10.0074 0.01 0.0174sTonK I取 40k取 0.75 F取 0.2 F2.3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選用 PI 調(diào)節(jié)器，WASR ( s)K n ( ns1)ns2.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算取 h=5，則 ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n hT n 5 0.0174 0.087s轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益K Nh 16396.4 s 22h2T n22 52 0.01

13、7428成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)ASR的比例系數(shù)為(h 1) CeTm6 0.05 0.132 0.18K n11.72h RT n2 5 0.007 0.5 0.01742.3.4檢驗(yàn)近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為cnK NK N n 396.4 0.087 34.5s 11（ 1）電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件1K I1135.163.7 s 13T i30.0037cn滿足簡(jiǎn)化條件（ 2）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件1K I1135.138.7 s 13Ton30.01cn滿足簡(jiǎn)化條件2.3.5調(diào)節(jié)器電阻和電容的計(jì)算取R040kRnK n R0 11.740 468k取 470kCnn0.08

14、70.18510 6 F 0.185 FRn470103取 0.2 FCon4Ton40.011 106R040103F 1 F取 1F2.3.6校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=5 時(shí)，n%=37.6%，不能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際上，由于是按線性系統(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。9成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)按退飽和超調(diào)量的計(jì)算方法計(jì)算當(dāng) h=5 時(shí)，Cmax / Cb81.2%CmaxnbC maxnNT nn % (%)2(%)(z)TmCbn*Cbn*1360.50.0174281.2%1.50.13210%14608.31

15、%0.18滿足設(shè)計(jì)要求10Un*(s)1Tons 1成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)3 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)用工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。先從電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）開(kāi)始，對(duì)其進(jìn)行必要的變換和近似處理，然后根據(jù)電流環(huán)的控制要求確定把它校正成哪一類典型系統(tǒng)，再按照控制對(duì)象確定電流調(diào)節(jié)器的類型，按動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。電流環(huán)設(shè)計(jì)完成后，把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)（外環(huán)）中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再用同樣的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。E(s)IdL(s)*(s)Uc(s)Ud0(s)n(s)Ui1/RId(s)R1ASR1ACRKsTois 1Tss 1Tls

16、 1TmsCe電流環(huán)Tois1Tons 1圖 3-1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Toi 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；Ton 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)反電動(dòng)勢(shì)與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)麻煩。11成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，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。忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)作用的近似條件是ci31TmTl式中 ci 電流環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。Ui*(s)1Uc(s)KsUd0(s)1/RId(s)Tois+1ACRTss+1Tls+1Tois+1(a)圖 3-

17、2 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)(a) 忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響把給定濾波和反饋濾波同時(shí)等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上，再把給定信號(hào)改成ui*( s)，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)。Ui*(s)Uc(s)Id(s)Ks/RTois+1ACR(Tls+1)(Tis+1)(b)圖 3-3 電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)(b ）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)Ts 和 T0i一般都比 Tl 小得多，可以近似為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為 Ti = Ts + Toi12成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化的近似條件為11ci3TsToiU i * (s)Id (s) K s/RACRs+1)(T ls+1)( T i(c)圖

18、3-4電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)(c ）小慣性環(huán)節(jié)近似處理電流調(diào)節(jié)器選擇： PI 型的電流調(diào)節(jié)器，WACR ( s)K i (i s1)i sKi - 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)。電流環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)K i (i s1)K s / RWopi (s)i s(Tl s 1)(T i s1)因?yàn)?Ti>>T i ，選擇 i= Ti，用調(diào)節(jié)器零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，K iK s/ RK IWopi (s)1)s(T i s 1)i s(T i si 5%，選 § =0.707 ，KI T i =0.5，則1K Ici2T iTl RRTl)

19、K i2K s(2K s T iT i13成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)U i* (s)K II d (s)s(T i s+1)(a)L /dB-20dB/dec1T i0ci/s -1-40dB/dec(b)圖 3-5 校正成典型 I 型系統(tǒng)的電流環(huán)（ a）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(b ）開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性模擬式電流調(diào)節(jié)器電路RiCiU* iR0R022UeR0Coi R0A-Id22CoiRbal圖 3-6含給定濾波與反饋濾波的PI 型電流調(diào)節(jié)器U*i電流給定電壓； Id電流負(fù)反饋電壓；Uc 電力電子變換器的控制電壓。按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為K II d ( s)s(T i s1)1Wc

20、li ( s)K IT i1U i* (s) /s211)K Is 1s(T i sK I14成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)采用高階系統(tǒng)的降階近似處理方法，忽略高次項(xiàng)，可降階近似為1Wcli ( s)1s 1K I降價(jià)近似條件為1K IcnT i3式中， cn轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中等效為1(s)Wcli (s)I dU i* (s)1s 1K I電流的閉環(huán)控制把雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對(duì)象近似地等效成只有較小時(shí)間常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)加快了電流的跟隨作用，這是局部閉環(huán)（內(nèi)環(huán)）控制的一個(gè)重要功能。3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)IdL(s)*(s)1U*(s)1/Id(s)Rn(s)U

21、niTons+1ASRK1I s+1CeTmsTons+1(a)圖 3-7 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(a) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)15成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)IdL(s)Un* (s)Id(s)n(s)ASR/RTns+1CeTms(b)圖 3-8 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化(b) 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理把轉(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 U*n(s)/a,把時(shí)間常數(shù)為 1 / KI和 Ton 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并1TnTonK I轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象是由一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)組成， IdL(s) 是負(fù)載擾動(dòng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差的必要條件是：在負(fù)載擾動(dòng)

22、點(diǎn)之前必須含有一個(gè)積分環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。ASR采用 PI 調(diào)節(jié)器K n (n s1)WASR ( s)n sKn 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)。調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為RK n (n s 1)K n R( n s 1)Wn ( s)sC T s(Ts 1)C T s2(Ts 1)nnnne me m16成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益KN為K n RK NCeTmn則Wn ( s)K N (n s1)s2 (Tn s1)U n* (s)n(s)K N (ns+1)s2(T ns+1)(c)圖 3-9 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

23、圖及其簡(jiǎn)化 (c) 校正后成為典型型系統(tǒng)無(wú)特殊要求時(shí)，一般以選擇 h=5 為好。n hT(h 1) CeTmnK n2h RT nh1K NR nC n2h2T 2n模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路U * nR0R022U * iAConR0R0-n22C onRbal圖 3-10含給定濾波與反饋濾波的PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器U*n 轉(zhuǎn)速給定電壓； n 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓；17成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)U*i電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計(jì)算當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)給定值之后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR由飽和限幅狀態(tài)進(jìn)入線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，此時(shí)的轉(zhuǎn)速環(huán)由開(kāi)環(huán)進(jìn)入閉環(huán)控制，迫使電流由最大值 Idm 降到負(fù)載電流

24、Idl。ASR 開(kāi)始退飽和時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)電流Id仍大于負(fù)載電流Idl，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速，直到Id< Idl時(shí)，轉(zhuǎn)速才降低。這不是按線性系統(tǒng)規(guī)律的超調(diào)，而是經(jīng)歷了飽和非線性區(qū)域之后的超調(diào)，稱作“退飽和超調(diào)” 。假定調(diào)速系統(tǒng)原來(lái)是在Idm 的條件下運(yùn)行于轉(zhuǎn)速n* ；在點(diǎn) O 突然將負(fù)載由 Idm 降到 Idl，轉(zhuǎn)速會(huì)在突減負(fù)載的情況下，產(chǎn)生一個(gè)速升與恢復(fù)的過(guò)程；突減負(fù)載的速升過(guò)程與退飽和超調(diào)過(guò)程是完全相同的。n I dnnmaxn*0' IdmI dL0 t0t2t圖 3-11 ASR 飽和時(shí)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程18成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)I dl (

25、s)U n* (s)I d (s)n (s)K n( ns+1)Rns(T n s+1)C eT m s(a)圖 3-12調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(a) 以轉(zhuǎn)速 n 為輸出量只考慮穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n* 以上的超調(diào)部分，n=n-n* ，坐標(biāo)原點(diǎn)移到O點(diǎn)，Idl(s)0KI d(s)I d(s)Rn(s)n(ns+1)ns+1)C T sns(Te m(b)圖 3-13調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(b ）以轉(zhuǎn)速超調(diào)值為輸出量初始條件則轉(zhuǎn)化為n(0)0,I d (0)I dm-Idl(s) (s+1) -Id(s)Id(s)Rn(s)Kn nCeTmsns(T ns+1)(c)圖 3-14調(diào)速系統(tǒng)的等效動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)

26、圖(c) 圖 (b) 的等效變換把 n 的負(fù)反饋?zhàn)饔梅从车街魍ǖ赖谝粋€(gè)環(huán)節(jié)的輸出量上19成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)來(lái)，得圖 (c) ，圖中 Id 和 IdL 的+、- 號(hào)都作了相應(yīng)的變化。圖 (c) 和討論典型 II 型系統(tǒng)抗擾過(guò)程所用的圖完全相同?？梢岳媒o出的典型 II 型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)來(lái)計(jì)算退飽和超調(diào)量在典型 II型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)中，C的基準(zhǔn)值是K 2RCb2FK 2TCeTmT T n n 的基準(zhǔn)值是T nnb 2(z) nN TI dN Rm2RT n ( I dm I dL )nNnbCeCeTm作為轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n%，其基準(zhǔn)值應(yīng)該是n* ，退飽和超調(diào)量可以由數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)值換

27、算后求得，即n % (Cmax%)nb2(CmaxnNT nCbn*Cb%)(z)*Tmn 電動(dòng)機(jī)允許的過(guò)載倍數(shù)，I dmI dNz負(fù)載系數(shù)， I dLzI dN3.4轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真工程設(shè)計(jì)是在一定的近似條件下得到的，再用MATLAB仿真軟件進(jìn)行仿真，可以根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正和調(diào)整。20成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)考慮到反電動(dòng)勢(shì)變化的動(dòng)態(tài)影3.4.1電流環(huán)的系統(tǒng)仿真響圖 3-15電流環(huán)的仿真模型圖 3-16電流環(huán)的仿真結(jié)果21成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)在直流電動(dòng)機(jī)的恒流升速階段，電流值低于200A，其原因是電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的擾動(dòng)。KT0.53.4.2轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真圖 3-17轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型圖 3-18轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速起動(dòng)波形圖22成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)ASR調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為11.7134.48s雙擊階躍輸入模塊把階躍值設(shè)置為10圖 3-19轉(zhuǎn)速環(huán)滿載高速起動(dòng)波形圖把負(fù)載電流設(shè)置為136，滿載起動(dòng)。23成都大學(xué)電子信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)圖 3-20轉(zhuǎn)速