重慶大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、重慶大學(xué)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： XXX學(xué) 生： XXX學(xué) 號(hào)： XXX專 業(yè)： 自動(dòng)化班 級(jí)： 02班 設(shè)計(jì)日期： 2014.9.222014.9.29重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2014年9月課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)定成績表項(xiàng)目分值優(yōu)秀(100>x90)良好(90>x80)中等(80>x70)及格(70>x60)不及格(x<60)評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度15學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)時(shí)間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項(xiàng)工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)

2、學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，基本保證設(shè)計(jì)時(shí)間，按期完成各項(xiàng)工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計(jì)時(shí)間和進(jìn)度技術(shù)水平與實(shí)際能力25設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有很強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研非常合理、可信設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信設(shè)計(jì)合理，理論分析與計(jì)算基本正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有一定的實(shí)際動(dòng)手能力，主要文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較可信設(shè)計(jì)基本合理，理論分析與計(jì)算無大錯(cuò)

3、，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無大錯(cuò)設(shè)計(jì)不合理，理論分析與計(jì)算有原則錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠，實(shí)際動(dòng)手能力差，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問題創(chuàng)新10有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解，有一定實(shí)用價(jià)值有較大改進(jìn)或新穎的見解，實(shí)用性尚可有一定改進(jìn)或新的見解有一定見解觀念陳舊論文(計(jì)算書、圖紙)撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙非常工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達(dá)到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本

4、清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯(cuò)別字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰指導(dǎo)教師評(píng)定成績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日自動(dòng)化學(xué)院2011級(jí)自動(dòng)化專業(yè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的和任務(wù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是通過控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，來改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種工作機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。在電力、工業(yè)、交通、航空航天等很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其它多項(xiàng)高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，提高學(xué)生的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力是教

5、學(xué)計(jì)劃中必不可少的重要一環(huán)。通過運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是利用互聯(lián)網(wǎng)檢索文獻(xiàn)資料的能力。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4、提高學(xué)生的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)能力。5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1、在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力。課程設(shè)計(jì)從確定方案到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求有理有據(jù)，仿真過程要求圖文并茂，論證充分。2、在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成課程設(shè)計(jì)的所有內(nèi)

6、容，嚴(yán)禁抄襲。3、課題設(shè)計(jì)報(bào)告要求嚴(yán)格按照課程設(shè)計(jì)排版要求規(guī)范格式，且文字通順，邏輯性強(qiáng)。4、課題設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容部分字?jǐn)?shù)要求為6000字左右。（A4紙打印8頁左右）三、參考資料 1、阮毅, 陳伯時(shí).電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 20092、洪乃剛. 電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 20103、林飛, 杜欣. 電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真. 北京: 中國電力出版社, 20084、顧春雷等，電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)與MATLAB仿真，清華大學(xué)出版社，2011四、課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃課程設(shè)計(jì)時(shí)間總共5天。1、參考相關(guān)資料，消化設(shè)

7、計(jì)內(nèi)容（1天）；2、按要求完成設(shè)計(jì)任務(wù)（2.5天）；3、按課程設(shè)計(jì)的規(guī)范要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告（1.5天）。五、備選題目1. 帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了解決轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大的問題，可以通過引入電流截止負(fù)反饋使得系統(tǒng)在電流大到保護(hù)閾值時(shí)自動(dòng)限制電樞電流，而在正常的穩(wěn)速運(yùn)行時(shí)，電流自動(dòng)隨著負(fù)載的增減而變化。本課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的直流調(diào)速系統(tǒng)，并基于Matlab/Simulink建立其仿真模型，分析電流截止負(fù)反饋功能對(duì)系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)特性的影響。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1） 查詢文獻(xiàn)資料或者結(jié)合某具體應(yīng)用背景，自選直流電動(dòng)機(jī)及電樞電路的參數(shù)，并設(shè)定

8、系統(tǒng)預(yù)期性能指標(biāo)（如調(diào)速范圍及靜差率等）及電流截止保護(hù)閾值；（2） 確定直流電源方案及電流負(fù)反饋方案，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算；（3） 控制器選型及控制參數(shù)設(shè)計(jì)；（4） 建立系統(tǒng)仿真模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果并進(jìn)行仿真分析。主要分析內(nèi)容：（1） 采用比例控制器，分析額定負(fù)載下的系統(tǒng)在階躍給定下的控制器輸出電壓、電樞電流以及輸出轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性，分析穩(wěn)態(tài)誤差并與理論計(jì)算結(jié)果相比較，分析比例控制系數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響并驗(yàn)證理論臨界放大系數(shù)；分析系統(tǒng)起動(dòng)過程及過載情況下，電流截止負(fù)反饋功能對(duì)電樞電流的抑制效果。（2） 采用比例積分控制器，分析額定負(fù)載下的系統(tǒng)在階躍給定下的控制器輸出電壓、電樞電

9、流以及輸出轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性；分析系統(tǒng)起動(dòng)過程及過載情況下，電流截止負(fù)反饋功能對(duì)電樞電流的抑制效果，并與比例控制器下的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。2. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)在許多生成過程中，由于加工和運(yùn)行的需要，電機(jī)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的過渡過程，而過渡過程的時(shí)間長短在很大程度上決定了生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)效率。為了縮短時(shí)間，可以采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)來獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。本課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)，并基于Matlab/Simulink建立其仿真模型，以此研究不同控制器參數(shù)下電機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)過程。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1） 查詢文獻(xiàn)資料或者結(jié)合某具體應(yīng)用背景，自

10、選直流電動(dòng)機(jī)及電樞電路的參數(shù)，并設(shè)定系統(tǒng)預(yù)期性能指標(biāo)（如上升時(shí)間、超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間等）；（2） 確定直流電源方案及閉環(huán)反饋方案，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算；（3） 控制器選型及控制參數(shù)設(shè)計(jì)；（4） 建立系統(tǒng)仿真模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果并進(jìn)行仿真分析。主要分析內(nèi)容：（1） 額定負(fù)載下，分析電機(jī)從靜止到額定轉(zhuǎn)速的起動(dòng)過程，包括兩個(gè)控制器輸出電壓、電樞電流以及輸出轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性，列寫出上升時(shí)間、超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間等指標(biāo)參數(shù)，并與預(yù)期值進(jìn)行對(duì)比；分析電機(jī)制動(dòng)過程中兩個(gè)控制器輸出電壓、電樞電流以及輸出轉(zhuǎn)速的響應(yīng)特性。（2） 分析兩個(gè)控制器的比例、積分參數(shù)對(duì)輸出轉(zhuǎn)速的影響，并選擇一組

11、合適參數(shù)用于分析電網(wǎng)電壓、負(fù)載電流對(duì)電樞電流、輸出轉(zhuǎn)速的影響。3. 直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的正向與反向旋轉(zhuǎn)，是大多數(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本要求。對(duì)于動(dòng)態(tài)性能要求較高的調(diào)速系統(tǒng)（例如目標(biāo)追蹤系統(tǒng)），還會(huì)要求系統(tǒng)有應(yīng)用所需的轉(zhuǎn)速反向能力。本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換的調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在電機(jī)額定負(fù)載下，對(duì)于拖動(dòng)性負(fù)載，由正向額定轉(zhuǎn)速到反向額定轉(zhuǎn)速的快速變化。所需電動(dòng)機(jī)請(qǐng)從Z4直流電機(jī)系列中選擇。調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)必須基于轉(zhuǎn)速-電流雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。需對(duì)如下部分給出設(shè)計(jì)計(jì)算方案：（1） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2） 控制器參數(shù)（3） 相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源并基于Simulink建立直流可逆調(diào)速系

12、統(tǒng)仿真模型，并著重對(duì)轉(zhuǎn)速反向動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析。需要仿真分析說明系統(tǒng)在額定負(fù)載下，從正向額定轉(zhuǎn)速變化到方向額定轉(zhuǎn)速的過程中，以下相關(guān)量的動(dòng)態(tài)變化情況：（1） 系統(tǒng)給定值的變化；（2） 電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化（3） 電樞電流的變化（4） 電流環(huán)給定值的變化（5） 電流控制器輸出值的變化以上變量均需以Simulink輸出動(dòng)態(tài)曲線作為說明依據(jù)。并基于以上依據(jù)分析說明（1） 該過程中各個(gè)階段能量的傳輸方向；（2） 提高轉(zhuǎn)速反向動(dòng)態(tài)性能的策略4. 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制是交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速最基本的控制方式，能滿足大多數(shù)場合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。變

13、壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由升降速時(shí)間設(shè)定、U/f曲線、PWM調(diào)制和驅(qū)動(dòng)、逆變器以及交流電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)組成，本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速開環(huán)的變壓變頻交流調(diào)速系統(tǒng)，并基于Matlab/Simulink建立系統(tǒng)仿真模型，分析系統(tǒng)特性。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1） 查詢文獻(xiàn)資料或者結(jié)合某具體應(yīng)用背景，自選交流異步電動(dòng)機(jī)及電樞電路的參數(shù)，并設(shè)定系統(tǒng)預(yù)期性能指標(biāo)；（2） 確定逆變器控制方案（如SPWM、SVPWM或CFPWM等），繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計(jì)算；（3） 根據(jù)升降速時(shí)間要求設(shè)計(jì)積分電流給定算法；（4） 根據(jù)負(fù)載需求設(shè)計(jì)低頻電壓補(bǔ)償算法，繪制U/f曲線；（5） 建立系統(tǒng)仿真模型，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果并進(jìn)行仿真分

14、析。主要的分析內(nèi)容：（1）不帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式下，分析系統(tǒng)在額定負(fù)載下起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速、逆變器輸出電壓、電流及頻率響應(yīng)特性，分析給定積分算法對(duì)起動(dòng)電流的限制效果；（2）帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制方式下，分析低頻電壓補(bǔ)償對(duì)系統(tǒng)機(jī)械特性的影響，計(jì)算補(bǔ)償前后的臨界轉(zhuǎn)矩并與仿真結(jié)果相比較。目 錄1 引言12 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)組成22.1 主電路結(jié)構(gòu)22.2 =配合控制22.3 系統(tǒng)原理框圖33 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43.1 直流電動(dòng)機(jī)的選擇4電機(jī)參數(shù)4設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)43.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)43.3電流調(diào)節(jié)器ACR設(shè)計(jì)5電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化5電流調(diào)節(jié)器ACR的選擇5電流調(diào)節(jié)器A

15、CR的參數(shù)計(jì)算5電流調(diào)節(jié)器ACR的作用63.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì)73.4.1 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化73.4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的選擇73.4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)計(jì)算7 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用84 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真84.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖84.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析8附錄11參考文獻(xiàn)121 引言在生產(chǎn)機(jī)械尤其是機(jī)床加工的過程中，要求電機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速的啟動(dòng)和制動(dòng)，這就需要電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)具有四象限運(yùn)行的特性，也就是需要可逆的調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)可采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，采用電流負(fù)反饋能夠得到近似的恒流

16、過程，并且要做到在起動(dòng)過程只有電流負(fù)反饋，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時(shí)又只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。由ASR和ACR分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，二者間實(shí)行串級(jí)連接，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(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，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速控制。對(duì)于可逆系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可采用改變電樞電壓的極性，或者改變勵(lì)磁磁通的方向，都能夠改變直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，這對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言是很簡單的事。然而當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)采用電力電子裝置供電時(shí)，由于電力電子器件的單向?qū)щ娦?，問題變得復(fù)雜。根據(jù)之前所學(xué)知識(shí)，可以采用直流PWM可逆調(diào)速和V-M可逆直流調(diào)速，兩種可逆調(diào)速系統(tǒng)各具優(yōu)勢。本次課程

17、設(shè)計(jì)以轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為基礎(chǔ)，根據(jù)所選用的電動(dòng)機(jī)參數(shù)分別設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)；采用V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，對(duì)電流調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后根據(jù)所得到的設(shè)計(jì)方案，用MATLAB軟件的Simulink模塊建立直流可逆調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，根據(jù)仿真的結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)速反向動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行分析。2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)組成2.1 主電路結(jié)構(gòu)由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，?duì)于需要電流反向的直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)，必須使用兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)線路來實(shí)現(xiàn)可逆調(diào)速，如下圖所示。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時(shí)，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置

18、控制，都能靈活地控制電動(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)和升、降速。圖2.1 兩組晶閘管可控整流裝置反并聯(lián)可逆線路2.2 =配合控制采用兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)在兩組裝置同時(shí)工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流。正組VF和反組VR都處在整流狀態(tài)時(shí)，造成兩組的直流平均電壓正、負(fù)相連，會(huì)產(chǎn)生較大的直流平均環(huán)流。為了防止直流平均環(huán)流的產(chǎn)生，應(yīng)在正組處于整流狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)迫讓反組處于逆變狀態(tài)，并使兩組輸出電壓的平均值大小相等、符號(hào)相反。因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有正組的觸發(fā)延遲角等于反組的逆變角即=配合控制。如果將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90°，增大控

19、制電壓移相時(shí)，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等、符號(hào)相反就可以了，對(duì)應(yīng)觸發(fā)角、逆變角的變化如下圖所示。圖2.2 =配合控制特性2.3 系統(tǒng)原理框圖由圖2.3可知，該V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制精度得到保證。主電路采用兩組三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，對(duì)兩組晶閘管裝置的觸發(fā)角進(jìn)行=配合控制實(shí)現(xiàn)無直流平均環(huán)流，在兩組晶閘管回路中加入四個(gè)環(huán)流電抗器來抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。正組晶閘管VF由GTF觸發(fā)，反組晶閘管VR由GTR觸發(fā)；根據(jù)可逆系統(tǒng)正反向運(yùn)行的需要，給定電壓、轉(zhuǎn)速反饋電壓、電流反饋電壓都應(yīng)該能夠反映正和負(fù)的極性。給定電壓，在電機(jī)正轉(zhuǎn)

20、時(shí)，KF閉合，Un*=“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，KR閉合，Un*=“-”。轉(zhuǎn)速反饋，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，Un=“-”；反轉(zhuǎn)時(shí)， Un=“+”電流反饋電壓，在電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，Ui =“+”；反轉(zhuǎn)時(shí)，Ui =“-”。圖2.3 =配合控制的有環(huán)流系統(tǒng)的原理框圖3 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 直流電動(dòng)機(jī)的選擇電機(jī)參數(shù)型號(hào)：Z4-180-11；額定功率：13kW；額定轉(zhuǎn)速:540 r/min; 額定電壓：160V； 電樞電流：42.4A；電樞回路電阻：1.264；電樞回路電感：25mH; 慣量矩：1.52。設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo) 電流調(diào)節(jié)器,要求電流超調(diào)量5%轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，要求轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%3.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)雙閉環(huán)控制

21、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.1 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法：先從電流環(huán)開始，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，最后按動(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)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)。3.3電流調(diào)節(jié)器ACR設(shè)計(jì)3.3.1電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化圖圖3.2 電流調(diào)節(jié)器模塊3.3.2電流調(diào)節(jié)器ACR的選擇調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)基本思路: 將控制對(duì)象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)” 電流超調(diào)量5% ，電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

22、電流環(huán)的控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器。l 從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I 型系統(tǒng)就夠了。l 從動(dòng)態(tài)要求上看，實(shí)際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào)，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，而對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的及時(shí)抗擾作用只是次要的因素，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主。 3.3.3電流調(diào)節(jié)器ACR的參數(shù)計(jì)算(1)傳遞函數(shù)可以寫成： （3.1）(：電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；： 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。)(2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)間常數(shù)：=1.52*1.264/375*0.131*1.25=0.031s （3.2）(3)電動(dòng)機(jī)電磁時(shí)

23、間常數(shù)：=0.03s(4)三相晶閘管整流電路平均失控時(shí)間：=0.0017s(5)電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)：=+=0.0017+0.002=0.0037s （3.3）為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)與控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)對(duì)消，選擇= =0.076s。(6)電流環(huán)開環(huán)增益：=135.1 （3.4）(7)晶閘管裝置放大系數(shù)：，電流反饋系數(shù)：=0.157(8)電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)：=0.816 （3.5）(9)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。本系統(tǒng)調(diào)節(jié)器限幅值=±10V。3.3.4電流調(diào)節(jié)器ACR的作用當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電

24、流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(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。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（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。（4）當(dāng)電機(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。3.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR設(shè)計(jì)3.4.1 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化圖3.3 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化圖圖3.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器模塊3.4.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的選擇轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并選中頻段寬度h=5

25、。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(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 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也能滿足動(dòng)態(tài)抗擾性能好的要求。 3.4.3 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)計(jì)算(1)傳遞函數(shù)可以寫成： （3.6）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) ，=2 =0.0074s （3.7）轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，=0.0174s （3.8）ASR的超前時(shí)間常數(shù)為: =0.087s （3.9）ASR的比例系數(shù)為：=5.5 （3.10）(7)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定電壓的最

26、大值；它是由負(fù)載電流 決定。=20A。則=-*=42.4-1.5*20=10V （3.11）3.4.4 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（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 n 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。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。（4）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作4 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真4.1 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真框圖V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)主電路采用的是兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆電路。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，不允許讓兩組

27、晶閘管同時(shí)處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路。本系統(tǒng)采用的是三相橋式反并聯(lián)可逆線路，可使電動(dòng)機(jī)在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)?；谵D(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab Simulink仿真框圖請(qǐng)見附錄。4.2 V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析圖4.2電動(dòng)機(jī)電流變化圖4.1電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化圖4.4 電流控制器輸出值圖4.3系統(tǒng)給定值圖4.5 電流環(huán)給定值 正向額定：（1）第一階段：突加給定電壓后，經(jīng)過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、都上升，但是在沒有達(dá)到負(fù)載電流以前，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)后，電動(dòng)機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值較大，其輸出電壓保持限幅值，強(qiáng)迫電樞電流迅速上升，直到，電流調(diào)節(jié)器很快抑制了的增長。（2）第二階段：在這一階段，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定下的電流調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。（3）第三階段：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入偏差為零，但其輸出卻由于積分的作用還維持在限幅值，所以電動(dòng)機(jī)仍