雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 電子專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論-文庫吧
2025-05-18 09:10 本頁面
【正文】 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 24 所示。它可以很方便地根據(jù)原理圖（見圖 23）畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示 PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征，一般存在兩種狀況：飽和 — 輸出達(dá)到限幅值，不飽和 — 輸出未達(dá)到限幅值。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng) 于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時， PI 的作用使輸入偏差電壓 U? 在穩(wěn)態(tài)時總為零。 圖 24 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 ?— 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。 ? — 電流反饋系數(shù) 實(shí)際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 1． 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零，因此 0* nnUU nn ?? ??? dii IUU ???* 由 第一個關(guān)系式可得 0* nUn n ?? ? (21) Ks ? 1/Ce U*n Uc Id E n Ud0 Un + + ASR + U*i R ? ACR Ui UPE 7 從而得到圖 25 所示靜特性的 CA 段。與此同時，由于 ASR 不飽和， *imi UU ? ，從上述第二個關(guān)系式可知 dmd II ? 。這就是說， CA 段特性從理想空載狀態(tài)的 0?dI 一直延續(xù)到 dmd II ? ，而 dmI 一般都是大于額定電流 dNI 的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性。 2． 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 這時， ASR 輸出達(dá)到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時 dmimd IUI ?? ?* (22) 其中，最大電流 dmI 是由設(shè)計者選定的，取決于電動機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。式 (22)所描述的靜特性對應(yīng)于圖 25 中的 AB 段，它是一條垂直的特性。這樣的下垂特性只適合于 0nn? 的情況，因為如果 0nn? ，則 *nn UU ? ，ASR 將退出飽和狀態(tài)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 dmI 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，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 dmI 時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和輸出 *imU ，這時，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。這就是采用了兩個 PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)﹑外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而，實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大。靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，見圖 25 中的虛線?？傊?，雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加給定信號的過渡過程中表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)定和接近穩(wěn)定運(yùn)行中表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用，獲得了良好的靜、動態(tài)品質(zhì)。 8 圖 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 限流保護(hù) —— 電流截止負(fù)反饋 起動的沖擊電流 —— 直流電動機(jī)全電壓起動時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電機(jī)換向不利，對過載能力低的電力電子器件來說，更是不能允許的。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立 起來，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓 *nn UU ?? ，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的（ 1+K）倍。這時，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓 dU 一下子就達(dá)到它的最高值，對電動機(jī)來說，相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允許的。 堵轉(zhuǎn)電流 —— 有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障使機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時碰到堅硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過 載就跳閘，也會給正常工作帶來不便。 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。 以上就是關(guān)于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的一些內(nèi)容，為了實(shí)現(xiàn)更好的控制效果，我們需要讓電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋分別起作用，這就是我要設(shè)計的轉(zhuǎn)速﹑電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析 (1) 額定勵磁 下的直流電動機(jī)模型 假設(shè)電機(jī)補(bǔ)償良好，忽略電樞反應(yīng)、渦流效應(yīng)和磁滯的影響，并設(shè)勵磁電流恒定，得直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動方程分別為 9 2375dddeldiU R i L EdtG D dnTTdt? ? ??? 額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 : 式中 , TL: 包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (Nm) ； GD2 :電力拖動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛輪慣量 (Nm2) Cm :電機(jī)額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù) (Nm/A) 在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù)： 電流 與電動勢間的傳遞函數(shù) 在額定勵磁下 e m dT C I? ，其中 mC 為電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（ ） 額定勵磁下直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下： 11)()()(0dd ??? sT RsEsU sIlsTRsIsI sE mdLd )()( )( ??nCE e? dme ICT ? 10 晶閘管觸發(fā)和整流裝置模型 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的 傳遞函數(shù) 構(gòu)成系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)是晶閘管觸發(fā)和整流裝置和直流電動機(jī)。不同晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)，它們的表達(dá)式 都是 相同的 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu) 比例放大器和測速發(fā)電機(jī)模型 直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大器和測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即 放大器 測速反饋 運(yùn)算放大器用作比例放大器（也稱比例調(diào)節(jié)器、 P調(diào)節(jié)器），如圖 4， exUUin和 為放大器的輸入和輸出電壓， balR 為同相輸入端的平衡電阻，用以降低放大器失調(diào)電流的影響 1)( s ss ?? sT KsWpnca )( )()( KsU sUsW ?????? )( )()( nfn sn sUsW 11 放大系數(shù)為 01RRUUKinexp ?? 圖 4 P 調(diào)節(jié)器原理圖 圖 5 P 調(diào)節(jié)器輸出特性 直流測速發(fā)電機(jī)模型 測速發(fā)電機(jī) (tachogenerator)是一種檢測機(jī)械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。它能把機(jī)械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，如圖 31 所示。在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中通常作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件等。自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等 對于
畢業(yè)設(shè)計相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1