【正文】 ...............................10第 4 章 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及特性和設(shè)計(jì) .............................................................................................11 雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的問題的提出 ....................................................................................................11 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理 ....................................................................................................12 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 .............................................................................................14 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)分析 .............................................................................................15 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程分析 .........................................................................................................17 直流調(diào)速系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì) .............................................................................................................................19 直流調(diào)速系統(tǒng)組成及要求 .....................................................................................................................19 電流環(huán)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................19 速度環(huán)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................................21第五章 基于 MATLAB/SIMULINK 直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) .........................................................................22 MATLAB/SIMULINK 簡(jiǎn)單介紹 .........................................................................................................................22 雙閉環(huán)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 ....................................................................................................................23 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 .................................................................................................................25結(jié) 論 .........................................................................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................................................28致 謝 .....................................................................................................................................................................291第 1 章 緒 論 直流調(diào)速系統(tǒng)的概述三十多年來，直流電機(jī)調(diào)速控制經(jīng)歷了重大的變革。首先實(shí)現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代。直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以滿足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看,就是通過改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn),使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 課題的提出及研究意義電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械，鋼鐵，礦山，冶金，化工，石油，紡織，等行業(yè)。這些行業(yè)中絕大部分生產(chǎn)機(jī)械都采用電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)。有效地控制電機(jī)，提高其運(yùn)行性能，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。按照傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來分，電氣傳動(dòng)油直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)兩大類。盡管目前各種交流調(diào)速系統(tǒng)得到了普遍的重視和較快的發(fā)展，但因?yàn)橹绷麟姍C(jī)具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的一種主要形式。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的2延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。用經(jīng)典的動(dòng)態(tài)校正方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器須同時(shí)解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動(dòng)態(tài)性能要求，需要設(shè)計(jì)者有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實(shí)際系統(tǒng)校正或簡(jiǎn)化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對(duì)照，設(shè)計(jì)過程就簡(jiǎn)便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計(jì)方法的可能性。 課題分析與論文主要內(nèi)容本課題以直流電動(dòng)機(jī)為對(duì)象，第一部分說明晶閘管的整流技術(shù)，直流調(diào)速系統(tǒng)的主要問題和 VM 系統(tǒng)開環(huán)特性。為后面研究直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)，雙閉環(huán)特性做基礎(chǔ)。第二部分為單閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)部分，研究單閉環(huán)(轉(zhuǎn)速負(fù)反饋)有靜差和無靜差工作的系統(tǒng)靜特性并進(jìn)行相關(guān)分析。第三部分為雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)部分，完成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)控制特性研究，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)分析。第四部分為軟件仿真部分，用 MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真研究，對(duì)仿真結(jié)果分析、研究，驗(yàn)證控制方案的合理性。3第 2 章 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管整流技術(shù)晶閘管是 PNPN 四層三端器件,分別命名為 pnpn2 四個(gè)區(qū)，共有三個(gè) PN 結(jié)。晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如下圖 21 所示。圖 21 晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)當(dāng)在晶閘管的陽極與陰極之間加反向電壓時(shí)，這時(shí)不管控制極的信號(hào)情況如何，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時(shí)，若在控制極與陰極之間沒有電壓或加反向電壓，晶閘管還是不會(huì)導(dǎo)通。只有當(dāng)在晶閘管的陽極與陰極之間加正向電壓時(shí)，在控制極與陰極之間加正向電壓，晶閘管才會(huì)導(dǎo)通。但晶閘管一旦導(dǎo)通，不管控制極有沒有電壓，只要陽極與陰極之間維持正向電壓，則晶閘管就維持導(dǎo)通。整流是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟姽┙o直流用電設(shè)備。整流電路可以分為不可控、半控、全控三種。本論文主要以三相全控整流電路作為可控直流電源供給直流電動(dòng)機(jī)。三相橋式全控整流電路相當(dāng)于一組共陰極的三相半波和一組共陽極的三相半波可控整流電路串聯(lián)起來構(gòu)成的。習(xí)慣上將晶閘管按照其導(dǎo)通順序編號(hào)，共陰極的一組為 VTVT3和 VT5，共陽極的一組為 VTVT4 和 VT6。其電路如圖 22 所示 圖 22 三相橋式全控整流電路原理圖4 直流晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及開環(huán)特性晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱 VM 系統(tǒng)) 整流變壓器、晶閘管整流調(diào)速裝置、平波電抗器、電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組等組成，在圖 23 所示的 VM 系統(tǒng)中，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。圖中 VT 是相控整流器，通過觸發(fā)器裝置 GT 的控制電壓 來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，改變可控整流器平均輸出整流電壓 ，從而實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)*nU dU機(jī)的平滑調(diào)速。圖 23 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(VM 系統(tǒng))的原理圖1，系統(tǒng)的組成及調(diào)節(jié)原理系統(tǒng)的組成圖如 ，調(diào)節(jié) →改變移相角 α→改變 Ud→n 改變*nU2，觸發(fā)脈沖的相位控制調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時(shí)電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負(fù)載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可以用其理想空載瞬時(shí)值 ud0 和平均值 Ud0 來表示，瞬時(shí)電壓平衡方程： （）dtiLRiEud??0式中 E 為電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；i d 為整流電流瞬時(shí)值；L 為主電路總電感；R 主電路等效電阻；對(duì) ud0 進(jìn)行積分，即得理想空載整流電壓平均值 Ud0 。用觸發(fā)脈沖的相位角 ? 控制整流電壓的平均值 Ud0 是晶閘管整流器的特點(diǎn)。Ud0 與觸發(fā)脈沖相位角 ? 的關(guān)系因整流電路5的形式而異，對(duì)于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時(shí)，U d0 = f (?) 可用下式表示： （）amUdco