【正文】 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 1 目錄頁 第一章 緒論 ……………………………………………………………………… 2 11 課題背景，實驗?zāi)康呐c實驗設(shè)備…………………………………… …… 2 12 國內(nèi)外研究情況 …………………………………………………………… 3 第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計理論 ……………………………………………… 3 21 典型Ⅰ型和典型Ⅱ型系統(tǒng) ………………………………………………… 3 22 系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能指標(biāo) ………………………………………………… 4 23 非典型系統(tǒng)的典型化 ………………………………………………… …… 6 24 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ………………………………………… 7 第三章 模型參數(shù)測定和模型建立 ……………………………………………… 9 31系統(tǒng)模型參數(shù)測定實驗步驟和原理 ………………………………………… 9 32模型測定實驗的計算分析 ………………………………………………… 11 33 系統(tǒng)模型仿真和誤差分析 ………………………………………………… 18 第四章 工程設(shè)計方法設(shè)計和整定轉(zhuǎn)速，電流反饋調(diào)速系統(tǒng) …………… …… 22 41 設(shè)計整定的思路 …………………………………………… ……………… 22 42 電流調(diào)節(jié)器的整定和電流內(nèi)環(huán)的校正，簡化 …………………………… 23 43 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的整定和轉(zhuǎn)速環(huán)的校正，簡化 ……………………………… 25 44 系統(tǒng)的實際運行整定 ……………………………………………………… 27 45 關(guān)于 ASR 和 ACR 調(diào)節(jié)器的進(jìn)一步探討 …………………………………… 33 第五章 設(shè)計分析和心得總結(jié) …………………………………………………… 34 51 實驗中出現(xiàn)的問題 ………………………………………………………… 34 52 實驗心得體會 ……………… ……………………………………………… 35 第六章 實驗原始數(shù)據(jù) …………………………………………………………… 38 61 建模測定數(shù)據(jù) ……………………………………………………………… 38 62 系統(tǒng)調(diào)試實驗數(shù)據(jù) ………………………………………………………… 39 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 2 第一章 緒論 11 課題背景，實驗?zāi)康呐c實驗設(shè)備 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種動靜態(tài)特性優(yōu)良的直流調(diào)速系統(tǒng)，它的控制規(guī)律是建立在經(jīng)典控制規(guī)律的基礎(chǔ)上的，用傳遞函數(shù)建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型，并從傳遞函數(shù)模型和開環(huán)頻域特性去總結(jié)其控制規(guī)律，用跟隨 和抗擾兩個方面的指標(biāo)去衡量它的動靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)速，電流反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種串級系統(tǒng)，所以其整定系統(tǒng)參數(shù)的方法也借鑒了一般串級系統(tǒng)的差別，但又有不同于一般串級系統(tǒng)的。 本次實驗的主要目的是針對一套調(diào)速系統(tǒng)（包括電源，電機，勵磁回路等）建立模型并整定出帶濾波的電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，投入運行。實驗正值暑期實踐及國際交流周，我們將用兩周的時間來完成參數(shù)測定實驗，系統(tǒng)建模，調(diào)節(jié)器整定和系統(tǒng)投入運行。 本次實驗的實驗設(shè)備包括： 實驗設(shè)計的基本要求是： 性能指標(biāo) 靜態(tài) 靜差率 %s 5% 調(diào)速范圍Ds 3 (483rpm1450rpm) 動態(tài) 電流超調(diào)量%i? 5% 轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 10% 實驗裝置 型號 規(guī)格 備注 電力電子傳動平臺 MCLⅢ 實驗平臺 示波器 TDS1012 帶寬 100MHZ 最高采樣頻率 1GS/s 得到轉(zhuǎn)速，電流波形，調(diào)節(jié)參數(shù)時參考 數(shù)字萬用表 GDM8145 測量電阻，電壓 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 3 12 國內(nèi)外研究情況 雖然目前的直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)十分成熟，調(diào)速系統(tǒng)的信號給定已經(jīng)做成集成電路，許多邏輯判斷通過嵌入式系統(tǒng)或者工業(yè)控制機加入調(diào)速系統(tǒng)，但對它乃至電力拖動系統(tǒng)的研究是不會結(jié)束的，當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于電力拖動系統(tǒng)的研究主要集中在 ?應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，經(jīng)典控制理論雖然物理概念明確，理論分析直觀，但存在不能實現(xiàn)最優(yōu)控制和大系統(tǒng)控制等問題。隨著離散控 制器及其理論的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論有了用武之地。高性能的計算機可以實時完成復(fù)雜的運算；系統(tǒng)辨識，參數(shù)估計和算法魯棒性上的應(yīng)用，大幅改善了控制效果。 ?研發(fā)新型的電力電子器件，隨著電力電子器件走向耐高壓，大功率，高頻化和智能化，新型的電力拖動系統(tǒng)能擁有更可靠的性能，能適應(yīng)更極端的工作條件。 ?與嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)合，嵌入式操作系統(tǒng)的加入能使電力拖動系統(tǒng)擁有更強大的功能，包括聯(lián)網(wǎng)的云檢測故障，大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作等，此外，基于 Linux的數(shù)字伺服系統(tǒng)無疑是目前的研究熱點。 第二章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計理論 21 典型 Ⅰ 型和典型 Ⅱ 型系統(tǒng) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，無論是電機還是調(diào)節(jié)器都被看成一個拉普拉斯變換成的s域模型，這些環(huán)節(jié)通過串并聯(lián)合反饋連接在一起，構(gòu)成了系統(tǒng)，要對系統(tǒng)進(jìn)行分析，就要先清楚一些典型系統(tǒng)的特性。 典型 Ⅰ 型和典型 Ⅱ 型系統(tǒng)的區(qū)別在于原點處零極點的個數(shù)不同，而除原點外其他處的零極點個數(shù)則區(qū)分了同一典型系統(tǒng)的不同系統(tǒng)。 典型 Ⅰ 型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 )1()( ?? Tss KsW T, K分別為系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)和開環(huán)增益。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 4 典型 Ⅱ 型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 )1( )1()( 2 ??? Tss sKsW ? )1( ?s?為一個比例微分因子 ，附帶了慣性環(huán)節(jié)11?Ts，比例微分因子存在的的作用是把系統(tǒng)的相頻特性提升到?180線以上，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。 典型 Ⅰ 型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 2222)( nnncl ssW ???? ??? TKn ?? 為系統(tǒng)的自然振蕩頻率 KT121??為系統(tǒng)的阻尼比 典型 Ⅰ 型的閉環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 112121)(222332 ???????hTssTh hsTh hhTsscl h為斜率為20dB/dec的中頻段寬度。 對于 Ⅰ 型系統(tǒng)而言，開環(huán)增益 K 越大，截至頻率c?也越大，系統(tǒng)的響應(yīng)也越快，但是相角裕量裕量?會變小，在響應(yīng)上的表現(xiàn)就是調(diào)節(jié)時間變短，但是振蕩會加劇。 22 系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能指標(biāo) 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能，而要衡量調(diào)節(jié)器的設(shè)置和調(diào)整是否恰當(dāng)，就需要一些相應(yīng)的指標(biāo)。 這些指標(biāo)包括兩大類，在下表中列出 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 5 跟隨性能特性 名稱 備注 上升時間 輸出量第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所用的時間 超調(diào) 量 輸出量超過穩(wěn)態(tài)值最大時與穩(wěn)態(tài)值差值比上穩(wěn)態(tài)值 峰值時間 輸出量上升到最大值所用時間 調(diào)節(jié)時間 輸出量穩(wěn)定在穩(wěn)態(tài)值附近一定范圍內(nèi)所用時間 抗擾性能特性 動態(tài)降落 穩(wěn)態(tài)運行時突加負(fù)擾動造成的輸出量降落 恢復(fù)時間 穩(wěn)態(tài)運行時突加擾動后輸出穩(wěn)定在一定范圍的時間 表 21 性能指標(biāo)及其定義 Ⅰ 型系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)是一個二階系統(tǒng)，它的暫態(tài)響應(yīng)特性指標(biāo)與系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩頻率有關(guān)，并且可以歸納成下表 表 22 典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 Ⅱ 型系統(tǒng) 的閉環(huán)系統(tǒng)是一個三階系統(tǒng)，可以將它用主導(dǎo)零極點法簡化成二階系統(tǒng)進(jìn)行分析，它的跟隨性能指標(biāo)也可以歸納為 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 6 表 23 典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) 23 非典型系統(tǒng)的典型化 實際控制對象的傳遞函數(shù)多種多樣，往往受很多參數(shù)影響，并且直接由微分方程建立的是高次模型。為了構(gòu)造成低階的典型系統(tǒng)，需要做許多近似處理，包括， 當(dāng)高頻段有幾個小時間常數(shù)（ 1T, 2…）時，用一個小時間常數(shù) T來代替，并且有 ???? 21 TTT 考察一般情況下的高階系統(tǒng) 1)( 23 ???? csbsas KsW 系統(tǒng)穩(wěn)定，即存在abc? 則忽略系統(tǒng)的高次項，將系統(tǒng)簡化為 11)(` ?? css 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動化系課程設(shè)計 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 7 當(dāng)系統(tǒng)中存在時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)11?Ts時，存在近似條件 Tc 3??,或者10?