直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(濟(jì)南大學(xué))2023-2023

(2023-2023濟(jì)南大學(xué))轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電機(jī)參數(shù)1.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)2.2KW,220V,12.5A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.2Ω,Rrec=1.5,ks=35飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=3.1,過載倍數(shù)1.52.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)2.8KW,220V,94A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.15Ω,Rrec=0.3,ks=35飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=3.2,過載倍數(shù)1.53.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)3.7KW,220V,20A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.8,ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=3.5,過載倍數(shù)1.54.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)10KW,220V,55A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.6Ω,Rrec=0.7,ks=44飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=4.0,過載倍數(shù)1.55.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)18KW,220V,94A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.7Ω,Rrec=0.5,ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=4.8,過載倍數(shù)1.56.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)30KW,220V,159A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=1.0,ks=35飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=5.9,過載倍數(shù)1.57.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)40KW,220V,210A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.8,ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=7.0,過載倍數(shù)1.58.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)55KW,220V,286A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.6Ω,Rrec=0.8,ks=35飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=10.3,過載倍數(shù)1.59.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)60KW,220V,308A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.9,ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=10.8,過載倍數(shù)1.510.電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)75KW,220V,385A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.6Ω,Rrec=0.9,ks=35飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=12.0,過載倍數(shù)1.5目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1技術(shù)數(shù)據(jù)………………..11.2要求完成的任務(wù)………..22直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成…………………..2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)…….2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)各組成部分電路方案設(shè)計(jì)…………………2.2.1晶閘管整流電路及保護(hù)電路………….2.2.2觸發(fā)控制電路………2.2.3系統(tǒng)給定…………….2.2.4檢測(cè)電路…………….2.2.5調(diào)節(jié)器的選擇…………2.2.6電氣控制…………..3轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算……………..3.1電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………3.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)計(jì)算………………..4參考文獻(xiàn)……………………….5附錄附錄1直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙附錄2直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)附件一：設(shè)計(jì)說明書書格式要求：1設(shè)計(jì)任務(wù)：1.1技術(shù)數(shù)據(jù)（1）用線性集成電路運(yùn)算放大器作為調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速、電流無靜差直流控制系統(tǒng)，主電路由晶閘管可控整流電路供電的V-M系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)40KW,220V,210A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.8,Ks=40飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=7.0,過載倍數(shù)1.5晶閘管可控整流電路：三相橋式整流電路，整流變壓器Y/Y連接，二次測(cè)線電壓U2l=230VV-M系統(tǒng)電樞回路總電阻：R=1Ω測(cè)速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù)23.1W,110V,0.21A,1900r/min（2）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍:D=10；靜態(tài)率:s%≤5%（3）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)起動(dòng)超調(diào)量:σn%≤15%σ%≤5%擾動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)偏差:(n-n)/n*100%≤10%;恢復(fù)時(shí)間:t≤0.5s（4）對(duì)起動(dòng)、停車的快速性無特別要求1.2要求完成的任務(wù)完成直流轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)按性能系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算在實(shí)驗(yàn)室完成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)呈交一份不少于5000字課程設(shè)計(jì)說明書,一套設(shè)計(jì)圖紙,一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告2直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成2.1雙閉環(huán)系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)…….直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖及其描述圖2-2直流電機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是最典型的直流調(diào)速系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。雙閉環(huán)控制電流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)是電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流分別由兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)器分別控制，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電機(jī)電樞的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于給定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用使輸出增加，即電流給定上升，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電機(jī)電流增大，從而使電機(jī)獲得加速轉(zhuǎn)矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于給定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出減小，即給定電流減小，并通過電流環(huán)調(diào)節(jié)使電機(jī)電流下降，電機(jī)將因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn)矩減小而減速。在當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達(dá)到限幅值時(shí)，電流環(huán)即以最大電流限制Idm實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速，使電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電機(jī)的快速制動(dòng)。在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中，由于晶閘管整流器不能通過反向電流，因此不能產(chǎn)生反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩而使電機(jī)快速制動(dòng)。2.2雙閉環(huán)系統(tǒng)各組成部分電路方案設(shè)計(jì)…………………2.2.1晶閘管整流電路及保護(hù)電路如下圖，為晶閘管整流電路原理圖，其中整流變壓器以Y/Y連接。三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相180。圖2-2三相橋式全控整流電路原理圖ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)一種是雙脈沖觸發(fā)（常用）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必要的。保護(hù)電路：過電壓保護(hù)措施：圖2-3過電壓抑制措施及配置位置F避雷器D變壓器靜電屏蔽層C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路RV壓敏電阻過電壓抑制器RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路RC4直流側(cè)RC抑制電路RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路電力電子裝置可視具體情況只采用其中的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇。過電流——過載和短路兩種情況保護(hù)措施:圖2-4過電流保護(hù)措施及配置位置同時(shí)采用幾種過電流保護(hù)措施，提高可靠性和合理性。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作?？烊蹖?duì)器件的保護(hù)方式：全保護(hù)和短路保護(hù)兩種全保護(hù)：過載、短路均由快熔進(jìn)行保護(hù)，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場(chǎng)合。短路保護(hù)：快熔只在短路電流較大的區(qū)域起保護(hù)作用。對(duì)重要的且易發(fā)生短路的晶閘管設(shè)備，或全控型器件，需采用電子電路進(jìn)行過電流保護(hù)。常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，響應(yīng)最快。2.2.2觸發(fā)控制電路………1)晶閘管觸發(fā)在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)來看待。應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時(shí)，須事先求出這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。實(shí)際的觸發(fā)電路和整流電路都是非線性的，只能在一定的工作范圍內(nèi)近似看成線性環(huán)節(jié)。如有可能，最好先用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出該環(huán)節(jié)的輸入-輸出特性，即曲線，圖2-5是采用鋸齒波觸發(fā)器移相時(shí)的特性。設(shè)計(jì)時(shí)，希望整個(gè)調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線性范圍之中，并有一定的調(diào)節(jié)余量。晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是:(2-1)圖2-5晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出特性和的測(cè)定如果不可能實(shí)測(cè)特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。例如：設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為Uc=0~10V相對(duì)應(yīng)的整流電壓的變化范圍是Ud=0~220V可取Ks=220/10=22在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時(shí)間引起的。眾所周知，晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前就不再起作用，直到下一相觸發(fā)脈沖來到時(shí)才能使輸出整流電壓發(fā)生變化，這就造成整流電壓滯后于控制電壓的狀況。圖2-6晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間顯然，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定(2-2)式中—交流電流頻—一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來說，Ts是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值Ts=Tsmax/2，并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)重的情況考慮，取Ts=Tsmax。表2-1列出不同整流電路的失控時(shí)間。表2-1各種整流電路的失控時(shí)間(f=50Hz)用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關(guān)系為(2-3)按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為(2-4)由于式（2-4）中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開，則式（2-4）變成(2-5)考慮到Ts很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。(2-6)圖2-7晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2)同步變壓器同步變壓器是用來為晶閘管提供同步信號(hào)來作為其控制電壓的。在晶閘管整流電路中，晶閘管需要一個(gè)觸發(fā)脈沖來控制其導(dǎo)通，而在什么時(shí)刻給可控硅發(fā)觸發(fā)脈沖是要有時(shí)間基準(zhǔn)的，而這個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)通常便是晶閘管的陽(yáng)極電壓。即要使觸發(fā)脈沖與陽(yáng)極電壓同步，最直接的做法便是引陽(yáng)極電壓來作為觸發(fā)脈沖。但是這其中出現(xiàn)一個(gè)問題：一般整流橋陽(yáng)極電壓都比較高，不能直接引入控制裝置，因此需要利用一個(gè)變壓器來降壓，并同時(shí)起到一定的隔離作用，這個(gè)變壓器就是同步變壓器。簡(jiǎn)言之：同步變壓器的功能是將晶閘管陽(yáng)極電壓變壓來作為此晶閘管的控制信號(hào)，有此作用的變壓器就叫做同步變壓器。2.2.3系統(tǒng)給定…………….電位器給定方式電位器的選擇方法如下：為了使測(cè)速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對(duì)轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)的線性度沒有顯著影響，取測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí)，其電流約為額定值的20%。（+15V，-15V）穩(wěn)壓電源各運(yùn)算放大器的供電電壓為+15V和-15V，晶閘管觸發(fā)電壓調(diào)節(jié)范圍為-15V~+15V。2.2.4檢測(cè)電路……………電流檢測(cè)電路圖2-8電流檢測(cè)電路(TA-電流互感器)在大功率電路中實(shí)用的是電流互感器檢測(cè)，如圖2-8電流互感器檢測(cè)在保持良好波形的同時(shí)還具有較寬的帶寬，電流互感器還提供了電氣隔離，并且檢測(cè)電流小損耗也小，檢測(cè)電阻可選用稍大的值，如一二十歐的電阻。電流互感器將整個(gè)瞬態(tài)電流，包括直流分量耦合到副邊的檢測(cè)電阻上進(jìn)行測(cè)量，但同時(shí)也要求電流脈沖每次過零時(shí)磁芯能正常復(fù)位，尤其在平均電流模式控制中，電流互感器檢測(cè)更加適用，因?yàn)槠骄娏髂Ｊ娇刂浦斜粰z測(cè)的脈沖電流在每個(gè)開關(guān)周期中都回零。為了使電流互感器完全地磁復(fù)位，就需要給磁芯提供大小相等方向相反的伏秒積。在多數(shù)控制電路拓?fù)渲?，電流過零時(shí)占空比接近100％，所以電流過零時(shí)磁復(fù)位時(shí)間在開關(guān)周期中只占很小的比例。要在很短的時(shí)間內(nèi)復(fù)位磁芯，常需在電流互感器上加一個(gè)很大的反向偏壓，所以在設(shè)計(jì)電流互感器電路時(shí)應(yīng)使用高耐壓的二極管耦合在電流互感器副邊和檢測(cè)電阻之間。轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖2-9示，采用霍爾件的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，磁轉(zhuǎn)子M旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使霍爾元件H的磁極(N、S)產(chǎn)生變化，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。從霍爾元件結(jié)構(gòu)上看，輸出端包含共模電壓Uc，電壓Uc與霍爾電壓毫無關(guān)系，使用時(shí)此電壓必圖2-9采用霍爾元件的電流檢測(cè)電路須除去，一般采用差動(dòng)輸入的運(yùn)算放大器。該電路就是采用運(yùn)算放大器除去共模電壓。霍爾元件的輸出端接到差動(dòng)放大器的輸入端，因此c點(diǎn)電壓等于d點(diǎn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器無輸出；c點(diǎn)電壓大于d點(diǎn)電壓或小于d點(diǎn)電壓時(shí)，有差動(dòng)信號(hào)輸入，這時(shí)運(yùn)算放大器輸出端有較大的輸出電壓。輸出為矩形波，電路中的反饋電阻Rf小時(shí)，也能獲得平穩(wěn)的輸出波形。運(yùn)算放大器有較大的放大作用，霍爾元件輸出很小也不會(huì)有問題，這時(shí)多采用輸出電壓小，溫度特性非常好的GaAs的霍爾元件。2.2.5調(diào)節(jié)器的選擇……… 本節(jié)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象： 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖2-10雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖上圖與前述的結(jié)構(gòu)圖不同之處在于增加了濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。其中T0i—電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n—轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則：“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)展。在這里，首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)步驟：.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化內(nèi)容：忽略反電動(dòng)勢(shì)的動(dòng)態(tài)影響在按動(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，即E≈0。這時(shí)，電流環(huán)如下圖所示。圖2-11(a)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號(hào)改成U*i(s)/，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)圖2-11(b)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn)小慣性環(huán)節(jié)近似處理最后，由于Ts和T0i一般都比Tl小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為T∑i=Ts+Toi(2-7)簡(jiǎn)化的近似條件為(2-8) 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖2-11(c)圖2-11(c)電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡(jiǎn).電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇典型系統(tǒng)的選擇：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，由圖2-23c可以看出，采用I型系統(tǒng)就夠了。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，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。圖2-11(c)表明，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，其傳遞函數(shù)可以寫成(2-9)式中Ki—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)。 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(2-10) 則電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖2-24a所示的典型形式，其中(2-11)校正后電流環(huán)的結(jié)構(gòu)和特性圖2-12校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán).電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算在一般情況下，希望電流超調(diào)量i<5%，由表2-2，可選=0.707，KITi=0.5，則(2-12)再利用式（2-10）和式（2-11）得到(2-13).電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)模擬式電流調(diào)節(jié)器電路圖中U*i—為電流給定電壓；–Id—為電流負(fù)反饋電壓；Uc—電力電子變換器的控制電壓。圖2-13含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計(jì)算公式(2-14)(2-15)(2-16)2)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)及計(jì)算轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替圖2-10中的電流環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖便如圖2-14a所示。圖2-14a轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其簡(jiǎn)化和電流環(huán)中一樣，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)/，再把時(shí)間常數(shù)為1/KI和T0n的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中(2-17)b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理為了實(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（見圖2-14b），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Ⅱ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。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為(2-18) 式中Kn—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)。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為(2-19)則(2-20)c)校正后成為典型II型系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括Kn和n。按照典型Ⅱ型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式Τ=hT(2-21)得（2-22）又（2-23）因此（2-24）至于中頻寬h應(yīng)選擇多少，要看動(dòng)態(tài)性能的要求決定。無特殊要求時(shí)，一般可選擇h=5模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路圖中U*n—為轉(zhuǎn)速給定電壓，-n—為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，U*i—調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。圖2-15含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（2-25）(2-26)(2-27)轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系：外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。這樣做，雖然不利于快速性，但每個(gè)控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對(duì)系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。3.1電流調(diào)節(jié)器(1)已知參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)40KW,220V,210A,1000r/min,電樞電阻Ra=0.5Ω,Rrec=0.8,Ks=40，飛輪轉(zhuǎn)矩:Kgm*m=7.0,過載倍數(shù)1.5V-M系統(tǒng)電樞回路總電阻：R=1Ω測(cè)速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù)23.1W,110V,0.21A,1900r/min生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍:D=10；靜態(tài)率:s%≤5%時(shí)間常數(shù)Tl=0.03s，Tm=0.18s起動(dòng)超調(diào)量:σn%≤15%σ%≤5%擾動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)偏差:(n-n)/n*100%≤10%;恢復(fù)時(shí)間:t≤0.5s(2)確定時(shí)間常數(shù)1)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)Ts。按上表2-1，三相橋式電路的平均失控時(shí)間Ts=0.0017s。2)電流濾波時(shí)間常數(shù)Toi。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是3.3ms，為了基本濾平波頭，應(yīng)有(1-2)Toi=3.33ms，因此取Toi=2ms=0.002s。3)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和TΣi。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取TΣi=Ts+Toi=0.0037s。(3)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)由已知條件得