交流調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要.1Abstract.2第1章 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)概述.31.1交流調(diào)速系統(tǒng).31.2交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域31.3交流調(diào)速系統(tǒng)的分類41.4調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)4第2章 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)62.1交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速電路62.2交流電機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性82.3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性102.4閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖.122.5交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)152.6驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)162.7軟件程序流程圖17第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)20參考文獻(xiàn)21致謝22附錄1 部分程序清單23摘 要轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制交流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)

2、。根據(jù)晶閘管的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)控制角大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓。基于設(shè)計(jì)題目，交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器選用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制電路。在設(shè)計(jì)中調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了三相全控橋整流電路來(lái)供電。本文首先確定整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖。然后確定主電路的結(jié)構(gòu)形式和各元部件的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括整流變壓器、晶閘管、電抗器和保護(hù)電路的參數(shù)計(jì)算。接著驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)包括觸發(fā)電路和脈沖變壓器的設(shè)計(jì)。最后，即本文的重點(diǎn)設(shè)計(jì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器電路，本文采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)交流調(diào)速系統(tǒng)為對(duì)象來(lái)設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，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

3、電流負(fù)反饋，二者之間實(shí)行嵌套聯(lián)接。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，稱做外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。先確定其結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)各元部件，并對(duì)其參數(shù)的計(jì)算，包括給定電壓、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測(cè)電路、觸發(fā)電路和穩(wěn)壓電路的參數(shù)計(jì)算然后最后采用MATLAB/SIMULINK對(duì)整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析，最后畫(huà)出了調(diào)速控制電路的電氣原理圖。關(guān)鍵詞： 雙閉環(huán)； 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；電流調(diào)節(jié)器AbstractSpeed and current double closed-loop D.C governor system is a D.C speed controlled syst

4、em which has fairly good performance and the most extensive apply. Based on the characteristic of thyristor, it adjusts voltage by regulating the trigger angle “” of SCR. In paper, D.C motor speed controller is using of current and speed double closed-loop speed control circuit. The energy of power

5、circuit is supplied of three-phase full-bridge controlled rectifier. Firstly, determines the entire design the plan and the diagram. Secondly, make sure the structure of power circuit and the design of elements , and calculate the element parameter，including rectifier transformer, thyristor, reactor

6、 and protection circuit. Thirdly, actuates the electric circuit the design including to trigger the electric circuit and the pulse.Last, The paper mainly focuses on the design of speed controller circuit. In order to realize the rotational speed and the electric current two kind of negative feedback

7、s, may establish two regulators in the system, adjusts the rotational speed and the electric current separately, namely introduces the rotational speed negative feedback and the electric current negative feedback separately, between the two implements the nesting joint.Make sure the structure of the

8、 circuit and design the elements firstly, then, calculate the element parameter, including the settling voltage, speed regulator, current regulator, trigger circuit, detection circuit and Voltage-Stabilizing Circuit. Secondly , the paper simulate the speed control system with MATLAB/SIMULINK. At las

9、t draw the electric diagram of the speed control circuit.key words：two closed-loop; current regulator ; speed regulator 第1章 交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)概述1.1交流調(diào)速系統(tǒng)直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉的年代里，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)，這種分工在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問(wèn)世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無(wú)

10、法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到20世紀(jì)60-70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速 ；（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng) ；（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 。（1）一般性能的節(jié)能調(diào)速在過(guò)去大量的所謂“不變速交流拖動(dòng)”中，風(fēng)機(jī)、水泵等通用機(jī)械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康囊话胍陨?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^(guò)去的

11、交流拖動(dòng)本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門(mén)來(lái)調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費(fèi)了。如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門(mén)上的能量節(jié)省下來(lái)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均都可以節(jié)約 20-30% 以上的電能，效果是很可觀的。但風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速范圍和對(duì)動(dòng)態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動(dòng)，顯然能夠帶來(lái)不少的效益。但是，由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過(guò)電樞電流施行靈活的實(shí)時(shí)控制。20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場(chǎng)定向控制技術(shù)，通過(guò)坐標(biāo)變換，

12、把交流電機(jī)的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量，用來(lái)分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，就可以獲得和直流電機(jī)相仿的高動(dòng)態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速直流電機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過(guò)106 kW · r /min，超過(guò)這一數(shù)值時(shí)，其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)沒(méi)有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動(dòng)設(shè)備，如厚板軋機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。1.3交

13、流調(diào)速系統(tǒng)的分類(1)轉(zhuǎn)差功率消耗型這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中。在三類交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。(2)轉(zhuǎn)差功率饋送型在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過(guò)變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多。無(wú)論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。(3)轉(zhuǎn)差功率不變型在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無(wú)論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差

14、功率基本許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械過(guò)去多用直流拖動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流不變，因此效率更高。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。1.4調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)變壓調(diào)速是交流電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種。由電力拖動(dòng)原理可知，當(dāng)交流電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。過(guò)去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自

15、從電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。目前，交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相電路中，主電路接法有多種方案，用相位控制改變輸出電壓。圖1.1 Y形連接第2章 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速電路交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速是一種典型的轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)。圖2.1為交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速的電路原理圖。圖2.1 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速電路原理圖交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)硬件主電路圖如下。圖2.2 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速硬件主電路調(diào)壓電路以晶閘管為開(kāi)關(guān)信號(hào)，采用晶閘管交流調(diào)壓器（TVC

16、）,圖2.3為T(mén)VC硬件電路，圖2.4為T(mén)VC的變壓控制方式。圖2.3 晶閘管交流調(diào)壓器硬件電路（a）相位控制（b）周期控制電壓在零點(diǎn)時(shí)同步導(dǎo)通圖2.4 TVC的變壓控制方式2.2 交流電機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：(1)忽略空間和時(shí)間諧波；(2)忽略磁飽和；(3)忽略鐵損。交流電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖2.5。圖2.5 交流電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路其中，、 定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；、定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感；、定子相電壓和供電角頻率；s 轉(zhuǎn)差率。由圖2.5可以推導(dǎo)出 （2-1）式中， （

17、2-2）在一般情況下，>>，則C11,這相當(dāng)于將上述假定條件的第條改為忽略鐵損和勵(lì)磁電流。這樣，電流公式可簡(jiǎn)化成 (2-3)令電磁功率 同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速 式中 極對(duì)數(shù)，則交流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為 （2-4）式（2-4）就是交流電機(jī)的機(jī)械特性方程式。它表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。這樣，不同電壓下的機(jī)械特性便如圖2.6所示，圖中，表示額定定子電壓。圖2.6 交流電機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性將式（2-4）對(duì)s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可求出對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的靜差率和最大轉(zhuǎn)矩 （2-5） （2-6）由圖2.6可見(jiàn)，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型交流電機(jī)變電壓時(shí)的穩(wěn)定工

18、作點(diǎn)為 A、B、C，轉(zhuǎn)差率s的變化范圍不超過(guò) 0- sm ，調(diào)速范圍有限。如果帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為D、E、F，調(diào)速范圍可以大一些。為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過(guò)熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這樣的電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特性繪于圖2.7。顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)的變壓調(diào)速范圍增大了，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)，這種電機(jī)又稱作交流力矩電機(jī)。圖2.7 交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性2.3 閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性采用普通交流電機(jī)的變電壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電機(jī)可以增大調(diào)速范圍，但機(jī)械特性又變軟，因而當(dāng)負(fù)載變化時(shí)靜差率很大，開(kāi)環(huán)控制很難解決

19、這個(gè)矛盾。為此，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要求調(diào)速范圍大于D=2時(shí)，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖2.8所示的是轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在 A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速下降，反饋控制作用能提高定子電壓，從而在右邊一條機(jī)械特性上找到新的工作點(diǎn) A。同理，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，會(huì)在左邊一條特性上得到定子電壓低一些的工作點(diǎn) A。圖2.8 系統(tǒng)的靜特性按照反饋控制規(guī)律，將A、A、A 連接起來(lái)便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。盡管交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性很軟，但由系統(tǒng)放大系數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以很硬。如果采用PI調(diào)節(jié)器，照樣可以做到無(wú)靜差。改變給定信號(hào)，則靜特性平行地上下移動(dòng)，達(dá)到調(diào)速的目

20、的。交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的地方是：靜特性左右兩邊都有極限，不能無(wú)限延長(zhǎng)，它們是額定電壓 UsN 下的機(jī)械特性和最小輸出電壓Usmin下的機(jī)械特性。 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開(kāi)環(huán)特性變化。根據(jù)圖2.1所示的原理圖，可以畫(huà)出靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2.9所示。圖中，Ks = Us/Uc 為晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的放大系數(shù)；= Un/n 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；ASR采用PI調(diào)節(jié)器；n =f (Us, Te )是式（2-4）所表達(dá)的交流電機(jī)機(jī)械特性方程式，它是一個(gè)非線性函數(shù)。 圖2.9 系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)原理圖穩(wěn)態(tài)時(shí)，

21、Un* = Un =n (2-7) Te = TL (2-8) 根據(jù)負(fù)載需要的 n 和TL 可由式（2-4）計(jì)算出或用機(jī)械特性圖解法求出所需的 Us 以及相應(yīng)的 Uc。2.4閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，須先繪出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。由圖2.8的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2.10所示。其中有些環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以直接寫(xiě)出來(lái)，只有交流電機(jī)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)須費(fèi)一番周折。圖2.10 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)原理圖其中，MA交流電機(jī)FBS測(cè)速反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR常用PI調(diào)節(jié)器，用以消除靜差并改善動(dòng)態(tài)性能，其傳遞函數(shù)為 (2-9)晶閘管交流調(diào)壓器的觸發(fā)裝置的輸入-輸出關(guān)系原則上是非線性的

22、，在一定范圍內(nèi)可假定為線性函數(shù)，在動(dòng)態(tài)中可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管觸發(fā)和整流裝置那樣。傳遞函數(shù)可寫(xiě)成 (2-10)其近似條件是 (2-11)考慮到反饋濾波作用，測(cè)速反饋環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數(shù)可寫(xiě)成 (2-12)交流電機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程是由一組非線性微分方程描述的，要用一個(gè)傳遞函數(shù)來(lái)準(zhǔn)確地表示它的輸入輸出關(guān)系是不可能的。 在這里，可以先在一定的假定條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的微偏線性化方法求出一種近似的傳遞函數(shù)。由式（2-4）已知電磁轉(zhuǎn)矩為 （2-4）當(dāng)s很小時(shí)，可以近似認(rèn)為且后者相當(dāng)于忽略交流電機(jī)的漏感電磁慣性。在此條件下， （2-13）這是在上述條件下交流電機(jī)近似的線性機(jī)械特性

23、。設(shè)A為近似線性機(jī)械特性上的一個(gè)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)，則在A點(diǎn)上 (2-14)A點(diǎn)附近有微小偏差時(shí)，Te= TeA+Te，Us = UsA +Us，而s = sA + s，代入式（2-13）得 (2-15)將上式展開(kāi)，并忽略兩個(gè)和兩個(gè)以上微偏量的乘積，則 (2-16)從式（2-16）減去（2-14），得 （2-17）已知轉(zhuǎn)差率 ，其中w1是同步角轉(zhuǎn)速，w 是轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速，則 （2-18）將式（2-18）帶入（2-17），得到 （2-19）式（2-19）就是在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近微偏量Te與Us和w間的關(guān)系。帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式為 (2-20)按照上述相同的方法處理,可以得到穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)A附近的偏

24、微量運(yùn)動(dòng)方程式為 (2-21)將式（2-21）和（2-19）的微偏量關(guān)系畫(huà)在一起，即得交流電機(jī)在忽略電磁慣性時(shí)的微偏線性化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2.11所示。如果只考慮DU1到Dw之間的傳遞函數(shù)，可先取DTL = 0，圖2.10中小閉環(huán)傳遞函數(shù)可變換成 (2-22) 圖2.10 忽略電磁慣性時(shí)交流電機(jī)微偏線性化的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖于是,交流電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)為 (2-23)式中， 交流電機(jī)的傳遞系數(shù)，Tm 交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，由于忽略了電磁慣性，只剩下同軸旋轉(zhuǎn)體的機(jī)電慣性，交流電機(jī)便近似成一個(gè)線性的一階慣性環(huán)節(jié)，即 (2-24)把得到的四個(gè)傳遞函數(shù)式寫(xiě)入圖2.11中各方框內(nèi)，即得交流電

25、機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。2.5 交流電機(jī)轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來(lái)（圖2.12中曲線c），起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來(lái)保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長(zhǎng)期工作。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在 (0.5-4)之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流，以縮短起動(dòng)時(shí)間。軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)軟停車。圖2.1

26、1為交流電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程與電流沖擊比較。 圖2.12交流電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程與電流沖擊2.6驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)因從CPU輸出的脈沖信號(hào)特別小，固應(yīng)先經(jīng)過(guò)PWM8713脈沖分配器對(duì)脈沖進(jìn)行分配并經(jīng)過(guò)放大然后再經(jīng)過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)交流步進(jìn)電機(jī)。具體的連接圖如2.17所示：圖2.13 驅(qū)動(dòng)電路PWM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PWM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時(shí)都可選擇三種勵(lì)磁方式，每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級(jí)功率放大器的要求，而且在所有輸人端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)。在PWM8713的內(nèi)部電路

27、中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PWM8713有兩種脈沖輸人法:雙脈沖輸人法和單脈沖輸人法。2.7 軟件程序流程圖(1)驅(qū)動(dòng)程序流程圖開(kāi)始設(shè)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)輸出高電平輸出低電平恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)延時(shí)延時(shí)返回NO脈沖數(shù)計(jì)數(shù)到否YES圖2.14 驅(qū)動(dòng)程序流程圖(2)正反轉(zhuǎn)流程圖 開(kāi)始設(shè)計(jì)控制步數(shù)設(shè)計(jì)定時(shí)器的工作方式設(shè)計(jì)定時(shí)器的初始值取反轉(zhuǎn)地址取正轉(zhuǎn)起始地址啟動(dòng)定時(shí)開(kāi)中斷允許此時(shí)中斷中斷等待是否正轉(zhuǎn)YESNO 圖2.15 正反轉(zhuǎn)流程圖(3)轉(zhuǎn)速快慢控制流程圖開(kāi)始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)輸出控制模塊指向下一個(gè)模塊取控制模塊步數(shù)夠否恢復(fù)起始控制臺(tái)模塊恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)中斷禁止定時(shí)中斷返回控制模塊標(biāo)志是否結(jié)束NOYE

28、SNOYES圖2.16轉(zhuǎn)速快慢控制流程圖第3章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)回顧起此次交流調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，學(xué)到了很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。課程設(shè)計(jì)期間，借用圖書(shū)館的書(shū)籍以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的搜索，查閱了許多關(guān)于本設(shè)計(jì)的書(shū)籍和資料，學(xué)會(huì)了如何使用現(xiàn)有的圖書(shū)館資料，讓我真正的把在大學(xué)里學(xué)的數(shù)字資源檢索教程課程運(yùn)用到實(shí)踐的生活中，讓我

29、也體會(huì)到理論的重要。在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，并與有共同設(shè)計(jì)內(nèi)容的同學(xué)交流，分析、整理和研究課題，先確立了設(shè)計(jì)基本思路，遇到問(wèn)題及時(shí)與指導(dǎo)老師溝通，在老師的指點(diǎn)和自己的努力，最后完成了整個(gè)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，通過(guò)查閱書(shū)籍，在了解的情況下運(yùn)用公式按要求設(shè)計(jì)出所要的型號(hào)。照搬理論會(huì)發(fā)現(xiàn)做出來(lái)的設(shè)計(jì)結(jié)果有點(diǎn)出入，因?yàn)槔碚撌遣豢紤]任何的外在原因，是在理想化的情況。而現(xiàn)實(shí)它則除了內(nèi)在不可改變的原因，還有不可避免的外在原因，外在原因可以改變但是智能改善。所以本設(shè)計(jì)在有限的條件下和本人有限的學(xué)識(shí)，做出的設(shè)計(jì)還是存在著一些不足。本設(shè)計(jì)采用PI調(diào)節(jié)器，輸出的轉(zhuǎn)速存在這超調(diào)量比較大，而且快速性也相對(duì)受到影響。則今后可以采用P

30、ID調(diào)節(jié)器可以全面的提高系統(tǒng)的控制性能，但是具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜，做的工做比現(xiàn)在就更多。設(shè)計(jì)研究是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，要想讓它真正的使用到現(xiàn)實(shí)中，還需要不斷的改善。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我們學(xué)習(xí)到了許多書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)，通過(guò)自己查資料和互相討論，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)后基本達(dá)到了要求，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)速度閉環(huán)控制并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的PID控制，使我們對(duì)PID的控制有了更深刻的認(rèn)識(shí)，使自己將理論與實(shí)際相結(jié)合起來(lái)同時(shí)對(duì)51系列的單片機(jī)的設(shè)計(jì)及編程有了更深的了解，學(xué)會(huì)了很多。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多編程問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于迎刃而解。同時(shí)，在老師的身上我

31、學(xué)得到很多實(shí)用的知識(shí)，在此我表示感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師再次表示感謝！參考文獻(xiàn)1 陳伯時(shí) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20002 李華德 交流調(diào)速控制系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，20043 黃立培 電動(dòng)機(jī)控制.北京：清華大學(xué)出版社，20034 高景德 李發(fā)海.交流電機(jī)及其系統(tǒng)的分析.北京：清華大學(xué)出版社，19935 劉競(jìng)成 交流調(diào)速系統(tǒng).上海：上海交通大學(xué)出版社，19966 劉純厚 近代交流調(diào)速.北京：冶金工業(yè)出版社，19957 梅麗鳳 單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，20098 陳堅(jiān) 電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù).北京：高等教育出版社，2002致

32、謝 百事孝為先，因此我要首先感謝那一直在背后默默支持我的辛苦勞作的父母雙親，是您們給了我生活和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，是您們無(wú)私的關(guān)愛(ài)使我擁有勇往直前的勇氣和動(dòng)力，是您們的支持讓我在失敗和挫折面前重新鼓起了雄心真心感謝您們，我親愛(ài)的父母！其次，我要由衷的感謝我的母校湖南文理學(xué)校給我創(chuàng)造如此好的學(xué)習(xí)和生活的環(huán)境，能讓我有機(jī)會(huì)進(jìn)行這次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)。在此次實(shí)踐過(guò)程中我不僅掌握和鞏固更多的專業(yè)知識(shí)，也讓我懂得了更多做人的道理，讓我更深的理解了什么是學(xué)習(xí)，什么叫學(xué)習(xí)。再者，真心的感謝我的指導(dǎo)老師敖章洪老師，是您給了我們精心詳盡的指導(dǎo)，是您教會(huì)了我們對(duì)待生活的態(tài)度，是您教導(dǎo)我們做事先做人您那嚴(yán)格下的平易近人，嚴(yán)肅里

33、的樸實(shí)無(wú)華，嚴(yán)謹(jǐn)中的大膽求新深深的影響了我，讓我懂得什么叫做人，做一個(gè)什么樣的人。然后，我還要衷心感謝我的同學(xué)和同伴，在此課程設(shè)計(jì)中，他們給了很多幫助。在很多的時(shí)候，但遇到問(wèn)題時(shí)，要找的往往是離你最近的同學(xué)或同伴，他們也是給你幫助最多的人。最后，再一次衷心的感謝我的父母，母校，敖章洪老師以及幫助過(guò)我的同學(xué)、同伴們。謝謝您們，是您們讓我更好的掌握了專業(yè)知識(shí)，明白了學(xué)習(xí)、為人處世之道。再一次真心的感謝您們。附錄1 部分程序清單驅(qū)動(dòng)電路子程序PUSH: MOVR3 , # NUMPUSH APUSH PSWLOOP: SETB P1.0ACALL DELAY1CLR P1.0ACALL DELAY2

34、DJNZ R3,LOOPPOP PSWPOP ARET延時(shí)子程序MOV   R2,#18HLCALL  7FEBHRETORG   7FEBH       ；通用延時(shí)子程序L7FEB: PUSH   02H    ；R2存放時(shí)間常數(shù),進(jìn)棧保護(hù)L7FED: PUSH   02H          ；R2進(jìn)棧保護(hù)L7FEF: PUS

35、H   02H          ；進(jìn)棧L7FF1: DJNZ   R2,$          ；R2不為零等待POP   02H          ；出棧DJNZ  R2,L7FEF      &#

36、160; ；R2不為零轉(zhuǎn)POP    02H          ；出棧DJNZ  R2,L7FED        ；R2不為零轉(zhuǎn)POP   02H          ；出棧DJNZ  R2,L7FEB         ；R2不為零轉(zhuǎn)RET