【正文】 70 直流調(diào)速系統(tǒng)的外部接線，掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)； （ 2）學(xué)習(xí) DriveMonitor 軟件的使用方法； （ 3）系統(tǒng)基本參數(shù)輸入； （ 4）速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，系統(tǒng)的控制參數(shù)監(jiān)視及分析； （ 5）速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 的運(yùn)行； （ 6）斜坡函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定及波形調(diào)整，改變斜率觀察系統(tǒng)特性； （ 7）利用模擬量輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電流及速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的測(cè)試； （ 8）電機(jī)給定運(yùn)行軌跡控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)； （ 9）確定被控對(duì)象的傳遞函數(shù)模型，并利用 Simulink 設(shè)計(jì)合適的速度調(diào)節(jié)器的 PI 參數(shù)，通過(guò)仿真得到理想的階躍響應(yīng)曲線，并在 6RA70 系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)； 熟悉 6RA70 直流調(diào)速系統(tǒng)的外部接線，掌握直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 學(xué)習(xí) DriveMonitor 軟件的使用方法 DriveMonitor 是實(shí)現(xiàn)對(duì)西門子傳動(dòng)設(shè) 備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的一個(gè)工具軟件。可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定 , 故障分析和跟蹤記錄等功能。 主要功能包括： 參數(shù)設(shè)定、 裝置診斷、 參數(shù)備份和刷新、 數(shù)據(jù)記錄跟蹤、參數(shù)比較等。 與 SIMOREG 裝置連接步驟： （ 1） 雙擊 Drivemonitor 快捷圖標(biāo)打開畫面 （ 2） 通過(guò) file / new / base on factory setting or empty parameter set 新建一個(gè)項(xiàng)目 （ 3） 項(xiàng)目設(shè)置 （ 4） 在線設(shè)置 Drivemonitor 常用功能應(yīng)用： 12 （ 1） 在線參數(shù)設(shè)置 （ 2） 參數(shù)備份和參數(shù)下載 （ 3） 參數(shù)文件的導(dǎo)出導(dǎo)入 （ 4） 參數(shù)比較功能 （ 5） 參數(shù)表轉(zhuǎn)化成 EXCEL 表形式 （ 6） 參數(shù)類型選擇 （ 7） 故障診斷 （ 8） 裝置連接量（ K 和 B）的應(yīng)用查詢 （ 9） TRACE 功能應(yīng)用 通過(guò) Drive Monitor 對(duì)速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，掌握系統(tǒng)的控制參數(shù)監(jiān)視及分析。 系統(tǒng)基本參數(shù)輸入 P051 置 21 恢復(fù)出廠設(shè)置，等待 6RA70 控制箱的顯示屏出現(xiàn)“ ”后進(jìn)行基本參數(shù)設(shè)置。 （ 1）額定電樞電流設(shè)置： 置 10% 圖 41 額定電樞電流設(shè)置 （ 2）額定勵(lì)磁電流設(shè)置 : 置 10% 13 圖 42 額定勵(lì)磁電流設(shè)置 （ 3）電樞線電 壓設(shè)置： 置 220V 圖 43 電樞線電壓設(shè)置 （ 4）反饋量設(shè)置： P083 置 3 EMF actual value 圖 44 反饋量設(shè)置 （ 5）電樞電流設(shè)置： P100 置 14 圖 45 電樞電流設(shè)置 （ 6）電樞電壓設(shè)置： P101 置 220V 圖 46 電樞電壓設(shè)置 （ 7）勵(lì)磁電流設(shè)置： P102 置 圖 47 勵(lì)磁電流設(shè)置 （ 8）額定轉(zhuǎn)速設(shè)置： P104 置 1500r/m 15 圖 48 額定轉(zhuǎn)速設(shè)置 速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化，系統(tǒng)的控制參數(shù)監(jiān)視及分析 參數(shù)優(yōu)化 （ 1）電流環(huán)參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化 : P051 置 25，在 30s 內(nèi)順序閉合轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的開關(guān)，并且人為堵轉(zhuǎn)直至顯示“ ”結(jié)束。 （ 2）速度環(huán)參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化 : P051 置 26，在 30s 內(nèi)順序閉合轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的開關(guān)，直至顯示“ ”結(jié)束。 參數(shù)監(jiān)視與分析 （ 1）優(yōu)化結(jié)果： 電流環(huán)自動(dòng)優(yōu)化最佳參數(shù)： P= I= 圖 49 電流環(huán)自動(dòng)優(yōu)化 速度環(huán)自動(dòng)優(yōu)化最佳參數(shù)： P= I= 圖 410 速度環(huán)自動(dòng)優(yōu)化 （ 2） 結(jié)論分析： 6RA70 系統(tǒng)可由負(fù)載參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化 出速度環(huán)比例系數(shù)為 Pn= ，積分時(shí)間常數(shù)為 In=；電流環(huán)比例系數(shù)為 Pi=，積分時(shí)間常數(shù)為 Ii=。由此參數(shù)得出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線最好。 16 速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 研究雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行離不開對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的分析，動(dòng)態(tài)性能主要是指系統(tǒng)對(duì)給定輸入（階躍給定）的跟隨性和系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)輸入（階躍擾動(dòng)）的抗擾性能。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在突加給定電壓 ?nU 后， ASR 和 ACR 兩個(gè)調(diào) 節(jié)器鎖零同時(shí)解除，系統(tǒng)便進(jìn)入啟動(dòng)過(guò)程，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形可分為三個(gè)階段 ，在圖中以 Ⅰ 、Ⅱ 和 Ⅲ表示 。 17 圖 411 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 18 （ 1） 第Ⅰ階段： 0→ t1 為強(qiáng)迫建流階段，即 電流由零上升到最大值。當(dāng) 突加給定電壓 ?nU 后， 由于電機(jī)慣性較大，轉(zhuǎn)速與電流反饋沒(méi)有建立 起來(lái)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差很大，是 ASR 輸出立即達(dá)到限幅值*imU 。由于主回路中電感的作用，電樞電流不可能立即建立起來(lái)，使 ACR 輸入偏差 iii UUU ??? * 較大，迫使 ACR 的輸出 ctU 迅速上升，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)迫電壓 0dU使 dI 迅速上升。當(dāng)電樞電流 dI 上升到大于負(fù)載電流后，電動(dòng)機(jī)開始啟動(dòng)。但 ASR仍然處于飽和限幅狀態(tài)，輸出仍然為 *imU ，繼續(xù)迫使電流上升，直到 dmd II ? 時(shí)，完成電流上升階段。在這一階段中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 處 于飽和限幅狀態(tài)，電流調(diào)節(jié)器 ACR 輸出不達(dá)到限幅值，以保證其調(diào)節(jié)作用。 （ 2） 第 Ⅱ 階段： 恒流升速階段 )( 21 tt ? 。這段時(shí)間是從電流達(dá)到最大電流 dmI開始到轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速 *n 為止。這段時(shí)間是啟動(dòng)過(guò)程中時(shí)間最長(zhǎng)的階段。在這個(gè)階段中，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于給定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直處于飽和限 幅狀態(tài)，ASR 始終輸出限幅值 *imU 。電動(dòng)機(jī)在最大電流 dmI 作用下升速， nU 增加。雖然ASR 的輸入偏差 iii UUU ??? * 在減小，但是仍然不會(huì)使 ASR 的輸出退出限幅狀態(tài)。此時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)， ASR 只負(fù)責(zé)給出一個(gè) 最大電流給定值 *imU 。由于 ASR 的輸出保持不變，在電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用下，電樞電流維持最大值 dmI 不變，系統(tǒng)加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。由于轉(zhuǎn)速的線性增長(zhǎng)，使反電動(dòng)勢(shì) E 成為一個(gè)線性漸增的擾動(dòng)量，它要迫使電流減小。 dI 的減小迫使 iimi UUU ??? * 增大，經(jīng)電流環(huán)的調(diào)節(jié)又使電流上升接近到原來(lái)的值 dmI 。 總之，在恒流升速階段，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 處于飽和的限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)。電流調(diào)節(jié)器 ACR 起調(diào)節(jié)作用，維持接近最大電流 dmI 不變。 （ 3） 第 Ⅲ 階段 ：轉(zhuǎn)速超調(diào)和電流調(diào)節(jié)階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值是，nn UU ?* ， 0?? nU ，即 ASR 入口偏差電壓為零，但由于幾分作用， ASR 的輸出還維持在限幅值 *imU 上，所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流的作用下繼續(xù)加速，使轉(zhuǎn)速 19 出現(xiàn)超調(diào)。 當(dāng) *nn? 時(shí)， 0?? nU ，使 ASR 退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓即 ACR的給定 電壓 *iU 迅速下降， dI 也迅速下降。但由于 dLd II ? ，在一段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)增加。當(dāng) dLd II ? 時(shí)， Le TT? ， 0?dtdn ， n 達(dá)到最大值（ t3時(shí)刻）。 此后電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載阻力作用下減速，電流出現(xiàn)一段小于 lI 的過(guò)程之后，逐漸接近穩(wěn)態(tài)。 在這一階段中， ASR 和 ACR 同時(shí)發(fā)揮作用，速度環(huán)的調(diào)節(jié)作用是主導(dǎo)的，它使轉(zhuǎn)速通過(guò)電流環(huán)趨近于給定速度，最后使系統(tǒng)穩(wěn)定；而電流環(huán)的作用是使電流及其反饋 iU 跟隨 *iU 變化，即電流環(huán)是隨外環(huán)而動(dòng)的隨動(dòng)環(huán)。 由此看來(lái)，轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在突加階躍給定的啟動(dòng)過(guò)程中，利用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的飽和非線性，使系統(tǒng)首先變成一個(gè)恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)；又以 ASR 退出飽和為轉(zhuǎn)機(jī)，使系統(tǒng)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行之后成為無(wú)靜差的調(diào)速系統(tǒng)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能 20 圖 412 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能 上升時(shí)間： ms? 圖 413 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能 峰值時(shí)間： ms? 21 圖 414 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能 調(diào)節(jié)時(shí)間： ms? 超調(diào)量： m a x m a x () 4 6 . 5 4 % 4 5 %1 0 0 % 3 . 4 2 %( ) ( ) 4 5 %c c ccc? ? ? ? ?? ? ? ??? 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能 在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)通過(guò)接通磁粉制動(dòng)器來(lái)突加負(fù)載，觀察雙閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾性能，響應(yīng)曲線如圖所示。 曲線 1 是斜坡輸入給定信號(hào) K190 曲線 2 是實(shí)際速度反饋信號(hào) K167 曲線 3 是電樞電流反饋信號(hào) K117 22 圖 415 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能 電樞電流： 圖 416 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能 23 實(shí)際速度： 圖 417 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能 最大動(dòng)態(tài)降落： m a xm a x 4 5 % 2 8 . 4 %% 1 0 0 % 1 0 0 % 3 6 . 8 %( ) 4 5 %cc c? ?? ? ? ?? 恢復(fù)時(shí)間： ms? 斜坡函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)定及波形調(diào)整，改變斜率觀察系統(tǒng)特性 P485 置 0； P637 置 0； P638 置 0。調(diào)節(jié)有效上升時(shí)間 P30有效初始圓弧P30有效終止圓弧 P306 的參數(shù)，觀察斜 坡給定信號(hào) K190 與輸出反饋信號(hào) K167的波形并分析。 參數(shù)設(shè)定與波形調(diào)整 （ 1） P303 置 5s； P30 P306 置 0： 24 圖 418 有效上升時(shí)間為 5s 時(shí)的波形 （ 2） P303 置 10s； P30 P306 置 0： 圖 419 有效上升時(shí)間為 10s 時(shí)的波形 25 （ 3） P303 置 5s； P30 P306 置 10： 圖 420 有效初始、終止圓弧為 10 時(shí)的波形 （ 4） P303 置 5s； P30 P306 置 20： 26 圖 421 有效初始、終止圓弧為 20 時(shí)的波形 （ 5） P303 置 5s； P30 P306 置 50： 圖 422 有效初始、終止圓弧為 50 時(shí)的波形 （ 6） P303 置 5s； P30 P306 置 100： 27 圖 423 有效初始、終止圓弧為 100 時(shí)的波形 系統(tǒng)特性分析 比較（ 1）、（ 2）兩組曲線可知，保持有效初始圓弧、有效終止圓弧不變，給定有效上升時(shí)間越長(zhǎng)，斜坡斜率越小，達(dá)到穩(wěn)態(tài)所用時(shí)間越長(zhǎng)，即上升越慢。 比較（ 1）、（ 3）、（ 4）、（ 5）、（ 6）五組曲線可知，保持上升時(shí)間不變，給定有效初始圓弧、有效終止圓弧越大，波形過(guò)渡越平滑，調(diào)節(jié)時(shí)間也越長(zhǎng)。 利用模擬量輸出通道 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 電流及速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的測(cè)試 28 圖 424 電流及速度動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的測(cè)試 電機(jī)給定運(yùn)行軌跡控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì) 給定波形不同時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 （ 1） 階躍給定： 29 圖 425 階躍給定時(shí)的運(yùn)行軌跡 （ 2）方波給定： 30 圖 426 方波給定時(shí)的運(yùn)行軌跡 （ 3）梯形波給定： 圖 427 梯形波給定時(shí)的運(yùn)行軌跡 速度和電流環(huán) P、 I 不同時(shí)的系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 （ 1） 速度環(huán)比例系數(shù) P 的比較： ① P= 31 圖 428 Pn= 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 調(diào)節(jié)時(shí)間： ms? 穩(wěn)態(tài)誤差： ( ) %c? ? ? ② P=10 32 圖 429 Pn=10 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 調(diào)節(jié)時(shí)間： ms? 穩(wěn)態(tài)誤差： ( ) %c? ? ? ③結(jié)論分析：比較①②兩組系統(tǒng)運(yùn)行軌跡并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間與穩(wěn)態(tài)誤差可知，增大比例系數(shù) P，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間變短，穩(wěn)態(tài)誤差明顯減小，但由圖片看出，曲線振蕩加劇。 （ 2）速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù) I 的比較： ① I= 33 圖 430 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 圖 431 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 34 圖 432 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 ② I= 35 圖 433 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 圖 434 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 36 圖 435 nI = 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 ③結(jié)論分析 比較①組和②組運(yùn)行軌跡可得，曲線上升時(shí)間減小，但超調(diào)量變大，振蕩次數(shù)增加。結(jié)合理論知識(shí)可知，減小積分時(shí)間常數(shù)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，但能消除誤差，提高系統(tǒng)的控制精度。 （ 3） 電流環(huán)比例系數(shù) P 的比較： ① P= 圖 436 Pi= 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 ② P=10 37 圖 437 Pi=10 時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行軌跡 ③結(jié)論分析 比較①組和②組運(yùn)行軌跡可知，增大電流