自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-10 03:36 本頁(yè)面
【正文】 調(diào)節(jié)器退出飽和。換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)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(kāi)環(huán)。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓△U在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。圖3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ——電流反饋系數(shù) 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)起動(dòng)過(guò)程如圖4所示。由于在啟動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR歷經(jīng)了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程就分為圖中標(biāo)明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)階段。第Ⅰ階段是電流上升階段。第Ⅱ階段是恒流升速階段。第Ⅲ階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。圖4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)由直流電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)、功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、電流轉(zhuǎn)速控制環(huán)節(jié)共同構(gòu)成，通過(guò)推導(dǎo)可以得到雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋的作用，分別設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，在實(shí)際運(yùn)行中可能處于不飽和、飽和兩種狀態(tài)。其次，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)包含可電流、轉(zhuǎn)速兩個(gè)控制回路，所以系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地用線性控制理論分析[2]。用工程設(shè)計(jì)的方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器，應(yīng)按照設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)“先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”的一般原則。從內(nèi)環(huán)開(kāi)始，逐步向外擴(kuò)展。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(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)的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，圖中增加了濾波環(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)。有測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向文波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù)用T表示。根據(jù)和電流環(huán)一樣的道理，在轉(zhuǎn)速給定通道上也加入時(shí)間常數(shù)為T的給定濾波環(huán)節(jié)。圖5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：直流電動(dòng)機(jī)：220V，136A，1000r/min，=min/r，允許過(guò)載倍數(shù)=；晶閘管裝置放大系數(shù)：K=44；電樞回路總電阻：R=1；沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 時(shí)間常數(shù)：T=，T=；電流反饋系數(shù)：=（≈10V/）。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流超調(diào)量≤5%。（1）確定時(shí)間常數(shù)整流裝置滯后時(shí)間常數(shù)T=。電流濾波時(shí)間常數(shù)T。，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（1～2）T=，因此取T=2ms=。電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和T= T+ T=。（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（s）=檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：≈≈，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：=。電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求≤5%時(shí)，應(yīng)取=，因此K==s≈ s于是，ACR的比例系數(shù)為=≈沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 （4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：= s校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件= s≈＞ 滿足近似條件校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件3=3* s≈＜ 滿足近似條件校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件=* s≈ s＞ 滿足近似條件（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖所示，按運(yùn)算放大器取R=40k，各電阻和電容值計(jì)算如下：*40k= k 取40 kC= C= 按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為=%≤5% 滿足設(shè)計(jì)要求沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 圖6 含給定濾波和反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)除電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)中已給出數(shù)據(jù)外，已知：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)=min/r，要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤10%。（1）確定時(shí)間常數(shù)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)。由電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)，已取=，則=2T=2*=轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)T。根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電機(jī)的波紋情況，取T=。轉(zhuǎn)速小時(shí)間常數(shù)T。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取T=+ T=+=（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：W（S）=（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為=5*=沈 陽(yáng) 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為K==s≈ sASR的比例系數(shù)為K==≈（4）檢驗(yàn)近似
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