【正文】 武漢理工大學(xué)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書PWMM可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書目錄摘要 3一、直流調(diào)速介紹 4 調(diào)速定義 4 調(diào)速方法 4 調(diào)節(jié)電樞供電電壓U 4 改變電動(dòng)機(jī)主磁通 4 改變電樞回路電阻R 4 調(diào)速指標(biāo) 5 調(diào)速范圍（包括：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍/恒功率調(diào)速范圍） 5 動(dòng)態(tài)速降 5 恢復(fù)時(shí)間 5二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 6 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程 7 理想啟動(dòng)過程 7 實(shí)際啟動(dòng)過程分析 9 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程三個(gè)特點(diǎn)： 11 飽和非線性控制 11 11 11 PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征 12 速調(diào)節(jié)器不飽和 12 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 13 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 14三、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 15 設(shè)計(jì)初始條件 15 要求完成的主要任務(wù) 15四、PWMM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 直流PWMM調(diào)速系統(tǒng) 16 UPE環(huán)節(jié)的電路波形分析 18 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 19 電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡(jiǎn) 19 20 參數(shù)校驗(yàn) 22 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 23 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 23 電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) 23 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)的化簡(jiǎn)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 24 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)的計(jì)算 27 參數(shù)校驗(yàn) 27 計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容 28 調(diào)速范圍靜差率的計(jì)算 29五、系統(tǒng)仿真 30 仿真軟件Simulink介紹 30 Simulink仿真步驟 30 雙閉環(huán)仿真模型 31 雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真波形圖 31六、心得體會(huì)及小結(jié) 33七、參考文獻(xiàn) 34摘要為了滿足生產(chǎn)工藝要求，需要改變工作速度，在當(dāng)代工業(yè)上PWM控制調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，軋制品種和材料厚度的不同，也要求采用不同的速度。其優(yōu)點(diǎn)還是日益突現(xiàn)，而帶有雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)更是受到廣泛歡迎。生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速方法可以采用機(jī)械的方法取得，但是機(jī)械設(shè)備的變速機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，所以在現(xiàn)代電力拖動(dòng)中，大多數(shù)采用電氣調(diào)速方法。電氣調(diào)速就是對(duì)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在某一負(fù)載下人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，首先要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率；其次應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，適宜在較大范圍內(nèi)調(diào)速，在許多需要高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(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)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以應(yīng)該很好地掌握直流調(diào)速系統(tǒng)。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要在。因此，為了使調(diào)速達(dá)到高精度、高準(zhǔn)度的要求，本次設(shè)計(jì)使用了電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，以此來組成雙閉環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán)。這樣的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到任務(wù)要求的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。關(guān)鍵詞：PWM調(diào)速、直流電動(dòng)機(jī)、雙閉環(huán)調(diào)速一、直流調(diào)速介紹 調(diào)速定義調(diào)速是指在某一具體負(fù)載情況下，通過改變電動(dòng)據(jù)或電源參數(shù)的方法，使機(jī)械特性曲線得以改變，從而使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化或保持不變。 調(diào)速方法 調(diào)節(jié)電樞供電電壓U改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。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，這種方法最好。變化遇到的時(shí)間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。 改變電動(dòng)機(jī)主磁通改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡(jiǎn)稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。變化時(shí)間遇到的時(shí)間常數(shù)同變化遇到的相比要大得多，響應(yīng)速度較慢，但所需電源容量小。 改變電樞回路電阻R在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。但是只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機(jī)械特性較軟；空載時(shí)幾乎沒什么調(diào)速作用；還會(huì)在調(diào)速電阻上消耗大量電能。 調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速范圍（包括：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍/恒功率調(diào)速范圍） 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍是指調(diào)速系統(tǒng)在額定負(fù)載下，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最低速度和最高速度之比，一般這個(gè)最高速度就是額定速度，比如：1：1000，假定該調(diào)速系統(tǒng)的最大（額定速度）為2000rpm，則其最小運(yùn)行速度為2rpm。指標(biāo)越寬，調(diào)速范圍越大，系統(tǒng)性能越好。恒功率調(diào)速范圍是指調(diào)速系統(tǒng)在額定功率下，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的最低速度和最高速度之比，一般這個(gè)最低速度就是額定速度，比如：1：2，假定該調(diào)速系統(tǒng)的額定速度為1000rpm，則其最高運(yùn)行速度為2000rpm。 動(dòng)態(tài)速降它是指電機(jī)由空載突加額定負(fù)載時(shí)最大的速度跌落（下降），這個(gè)值越小，表明系統(tǒng)響應(yīng)快，系統(tǒng)特性硬。 恢復(fù)時(shí)間當(dāng)電機(jī)突加額定負(fù)載后可以恢復(fù)到原先速度所需的時(shí)間，時(shí)間越短，響應(yīng)越好，反之表明系統(tǒng)響應(yīng)慢。二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)介紹 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖21雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖21所示，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用帶限幅作用的PI調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓，圖中用帶限幅的輸出特性表示PI調(diào)節(jié)器的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸出量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和。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在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。圖22 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖22。由于電流檢測(cè)信號(hào)中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需要加低通濾波。這樣的濾波環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，其濾波時(shí)間常數(shù)按需要選定，以濾平電流檢測(cè)信號(hào)為準(zhǔn)。然而，在抑制交流分量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號(hào)的作用，為了平衡這個(gè)延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。其意義是讓給定信號(hào)和反