【正文】 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)不可逆VM直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真畢業(yè)論文目錄摘要 I引言 II1 直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 1 晶閘管電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 2 系統(tǒng)的組成 2 系統(tǒng)的工作原理 2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì) 3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)及其靜特性 6 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析 92 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)方案確定 13 總體方案 13 電流環(huán)設(shè)計方案 14 電流調(diào)節(jié)器的工作原理 14 電流調(diào)節(jié)器的作用 14 轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計方案 15 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理 15 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 153 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 16 電流環(huán)的設(shè)計 16 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 184基于MATLAB/SIMULINK的調(diào)速系統(tǒng)的仿真 20設(shè)計總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25附圖 26271 直流調(diào)速系統(tǒng)簡介調(diào)速系統(tǒng)是當(dāng)今電力拖動自動控制系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的一種系統(tǒng)。目前，需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域多數(shù)都采用直流調(diào)速系統(tǒng)。 晶閘管電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介20世紀(jì)50年代末，晶閘管（大功率半導(dǎo)體器件）變流裝置的出現(xiàn)，使變流技術(shù)產(chǎn)生了根本性的變革，開始進(jìn)入晶閘管時代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動機(jī)供電的調(diào)速系統(tǒng)，稱為晶閘管電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)，簡稱VM系統(tǒng)，又稱為靜止的Wardleonard系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。[1,3,5]。圖中V是晶閘管變流裝置，可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，以改變整流電壓Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。由于VM系統(tǒng)具有調(diào)速范圍大、精度高、動態(tài)性能好、效率高、易控制等優(yōu)點(diǎn)，且已比較成熟，因此已在世界各主要工業(yè)國得到普遍應(yīng)用。 晶閘管電動機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)（VM系統(tǒng)）但是，晶閘管還存在以下問題：（1）由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕o系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難； （2） 由于晶閘管元件的過載能力小，不僅要限制過電流和反向過電壓，而且還要限制電壓變化率（du/dt）和電流變化率(di/dt)，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件；（3） 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，即在較低速下運(yùn)行時，晶閘管的導(dǎo)通角小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，對電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響；（4） 由于整流電路的脈波數(shù)比直流電動機(jī)每對極下的換向片數(shù)要小得多，因此，VM系統(tǒng)的電流脈動很嚴(yán)重。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 系統(tǒng)的組成由前面的分析可知，開環(huán)系統(tǒng)不能滿足較高的調(diào)速要求。許多需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常常不允許有很大的靜差率。為了使系統(tǒng)同時滿足D、S的要求，提高調(diào)速質(zhì)量，必須采用閉環(huán)系統(tǒng)。用轉(zhuǎn)速檢測裝置，例如在電動機(jī)上安裝一臺測速發(fā)電機(jī)TG，檢測出輸出量或被調(diào)量n的大小和極性，并把它變換成與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Ufn，與轉(zhuǎn)速給定電壓Un相比較后，得到偏差電壓△Un，經(jīng)放大產(chǎn)生觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc，用以控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這就組成了轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)自動控制原理，反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)。只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會產(chǎn)生糾正偏差的自動調(diào)節(jié)過程。而前述轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，因此閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能大大減小轉(zhuǎn)速降落。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)的工作原理改變轉(zhuǎn)速給定電壓Un的大小，就可以改變直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。，設(shè)電動機(jī)在Ud1決定的特性上的點(diǎn)1處以轉(zhuǎn)速n1穩(wěn)定運(yùn)行，這時負(fù)載電流Id=Id1，控制電壓Uc=Uc1,整流平均電壓Ud=Ud1,當(dāng)電動機(jī)上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL加大時有如下自動調(diào)節(jié)過程,整流電壓平均值的增量△Ud=Ud2Ud1,用與補(bǔ)償電阻牙降增量△IdR=(Id2Id1)R中的很大部分，使轉(zhuǎn)速最后穩(wěn)定在Ud2決定的特性上的點(diǎn)2處，顯然n2略小于n1。 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性與開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系上述自動調(diào)節(jié)作用表明，增加或減小負(fù)載，就相應(yīng)地提高或降低整流電壓，因而得到一條新的開環(huán)機(jī)械特性。按上述工作原理在每條開環(huán)機(jī)械特性上取一個相應(yīng)的工作點(diǎn)，再將這些點(diǎn)集合起來 ，就是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，也就是說，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性實(shí)際上是由許多機(jī)械特性上的不同運(yùn)行點(diǎn)集合而成，可視為一條綜合的特性直線，它代表閉環(huán)調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。由此可知，閉環(huán)系統(tǒng)能減小穩(wěn)態(tài)降速的實(shí)際在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變整流電路。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本性質(zhì)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，具有以下具體特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律：（1） 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)系統(tǒng)是有靜差的；（2） 單閉環(huán)系統(tǒng)對于給定輸入絕對服從；（3） 單閉環(huán)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗擾性能。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)簡介 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差，且采用電流截止負(fù)反饋?zhàn)飨蘖鞅Ｗo(hù)可以限制啟（制）動時的最大電流。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)還存在以下問題：（1） 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中用一個調(diào)節(jié)器綜合多種信號，各參數(shù)間相互影響，難于進(jìn)行調(diào)節(jié)器動態(tài)參數(shù)的調(diào)整，系統(tǒng)的動態(tài)性能不夠好。在采用電流截止負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，一個調(diào)節(jié)器需完成兩種調(diào)節(jié)任務(wù)：正常負(fù)載時實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)，過載時進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。一般而言，在這種情況下，調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)無法保證兩種調(diào)節(jié)過程同時具有良好的動態(tài)品質(zhì)。（2） 系統(tǒng)中采用電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)來限制啟動電流，不能充分利用電動機(jī)的過載能力獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，即最佳過度過程。為了獲得近似的理想的過度過程，并克服幾個信號綜合于一個調(diào)節(jié)器輸入端的缺點(diǎn)，最好的辦法就是將主要的被調(diào)量轉(zhuǎn)速與輔助被調(diào)量分開加以控制，用兩個調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，構(gòu)成轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，即要控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要控制電流使系統(tǒng)在充分利用電動機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過度過程，其關(guān)鍵是處理好轉(zhuǎn)速控制和電流控制之間的關(guān)系，就是將兩者分開，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器ACR調(diào)節(jié)電流。ASR與ACR之間實(shí)現(xiàn)串級調(diào)節(jié)，即以ASR的輸出電壓Ui作為電流調(diào)節(jié)器的電流給定信號，再用ACR的輸出電壓Uc作為晶閘管觸發(fā)電路的移相控制電壓。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)看，速度環(huán)在外面為外環(huán)，電流環(huán)在里面為內(nèi)環(huán)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入、輸出限幅電路的PI調(diào)節(jié)器[4]，且轉(zhuǎn)速和電流都采用負(fù)反饋環(huán)。 調(diào)節(jié)器輸出限幅值的整定在雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出電壓Ui是電流調(diào)節(jié)器ACR的電流給定信號，其限幅值Uim為最大電流給定值，因此，ASR的限幅值完全取決于電動機(jī)所允許的過載能力和系統(tǒng)對最大加速度的需要。而ACR的輸出電壓限幅值Ucm，表示對最小α角的限制，也表示對晶閘管整流輸出電壓