【正文】 調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的整定畢業(yè)論文目 錄引言 31 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 6 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展 6 轉(zhuǎn)速反饋控制的概念 82 轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成 10 DJDK1型電力電子技術(shù)及電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái) 10 實(shí)驗(yàn)所需掛箱、電機(jī)等設(shè)備 11 導(dǎo)線 193 轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程 20 開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 20 基于P調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 31 基于PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 384 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 44 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 44 基于P調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 45 基于PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 48結(jié)論 51致謝 53參考文獻(xiàn) 56沈陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）引 言現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)均是以各類電動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)微機(jī)和邏輯電路控制電動(dòng)機(jī)，用電力電子裝置作為弱電控制強(qiáng)電的紐帶，以自動(dòng)控制系統(tǒng)和電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的。直流調(diào)速系統(tǒng)作為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)最基本的內(nèi)容，在當(dāng)代生產(chǎn)生活中起著無(wú)法替代的作用[1]。隨著近些年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和加速現(xiàn)代化，工業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人們的日常生活水平提高導(dǎo)致的高需求的出現(xiàn)，使得電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精確度要求也越來(lái)越高。如何設(shè)計(jì)出高效，穩(wěn)定，節(jié)能，成本低廉的直流電機(jī)控制系統(tǒng)，成為了工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)[2]。 目前，直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在幾代人的研究和發(fā)展之下具有比較完整的理論和相對(duì)成熟的實(shí)踐。在一些調(diào)速性能指標(biāo)要求不高的場(chǎng)合，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就能滿足要求，但是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)并不具備自我調(diào)節(jié)的功能，遇到擾動(dòng)時(shí)，會(huì)因其系統(tǒng)局限性引起比較大的轉(zhuǎn)速的變化，其機(jī)械特性比較“軟”，調(diào)速范圍也較窄，靜差率比較差。因此，對(duì)于有著較高要求的傳動(dòng)裝置或機(jī)械化生產(chǎn)設(shè)備，開(kāi)環(huán)調(diào)速是無(wú)法滿足要求的，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的誤差，結(jié)果總是不盡人意。因此我們需要采取某些措施以提高系統(tǒng)的靜特性和調(diào)速性能，使系統(tǒng)響應(yīng)變得更加快速，更加穩(wěn)定地運(yùn)行[3]。為了設(shè)計(jì)出可以穩(wěn)定運(yùn)行的直流調(diào)速系統(tǒng)，更加深入理解其原理以及從發(fā)展中創(chuàng)新，針對(duì)工程中需要高性能的控制系統(tǒng)，就必須要引入反饋控制環(huán)節(jié)，這里，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的話就需要引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，使機(jī)械特性變“硬”[4]。此次設(shè)計(jì)的思路是，根據(jù)自動(dòng)控制原理，分析得出設(shè)計(jì)思路。由于反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照被控制對(duì)象的實(shí)際狀態(tài)與期望狀態(tài)的偏差被放大后進(jìn)行控制的系統(tǒng)，因此只要系統(tǒng)出現(xiàn)偏差，其電路就會(huì)自動(dòng)根據(jù)偏差進(jìn)行相應(yīng)的自我調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速變化的原因是負(fù)載的變化，這些變化直接造成系統(tǒng)的波動(dòng)，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速偏差，顯然閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少轉(zhuǎn)速降落[5]。本系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)同軸連接，從而形成與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，并將之與給定電壓按照一定途徑進(jìn)行比較后得出所謂的偏差電壓，此偏差電壓經(jīng)過(guò)放大器放大后作為觸發(fā)裝置的控制電壓，從而使轉(zhuǎn)速間接控制整流裝置的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)輸出間接控制輸入的閉環(huán)控制的特點(diǎn)。這種系統(tǒng)可以減小負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速降落，可有效抑制甚至消除擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，維持系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定[6]。本實(shí)驗(yàn)在人類生產(chǎn)生活的很多領(lǐng)域都具有重要意義。因直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)決定了其可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和快速制動(dòng)，其非常適合在較寬廣的范圍內(nèi)平滑地調(diào)速，在電動(dòng)汽車、礦廠挖掘機(jī)、隧道鉆機(jī)、切割機(jī)、3D打印機(jī)、多功能電梯等需要高性能自動(dòng)控制系統(tǒng)的領(lǐng)域中均得到了普遍的應(yīng)用[7]。而自改革開(kāi)放以來(lái)，外來(lái)技術(shù)的引入使直流電機(jī)傳動(dòng)裝置的發(fā)展經(jīng)歷了重大的變革，首先實(shí)現(xiàn)了整流器等陳舊落后設(shè)備的更新?lián)Q代，比如晶閘管整流裝置慢慢取代了長(zhǎng)久以來(lái)占據(jù)國(guó)內(nèi)直流調(diào)速系統(tǒng)市場(chǎng)的水銀整流裝置，使直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)完成了一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)中的控制器電路也已經(jīng)慢慢實(shí)現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本[8]。以上這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)大幅度提高，同時(shí)也使其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域。直流調(diào)速技術(shù)在開(kāi)放的交流和公平競(jìng)爭(zhēng)中不斷發(fā)展和完善，一直在向高度集成小型化、多功能化、模塊化和節(jié)能的方向發(fā)展。在當(dāng)代的國(guó)民生產(chǎn)和科技創(chuàng)新中仍然難以被替代。由于直流調(diào)速系統(tǒng)的研究和應(yīng)用已經(jīng)慢慢趨近成熟，并且應(yīng)用得相當(dāng)普遍，成本低廉，尤其是全數(shù)字控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，又是大大提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，在可預(yù)測(cè)的期限內(nèi)，在調(diào)速要求較高的場(chǎng)合，如電動(dòng)汽車、民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等的研發(fā)中，直流調(diào)速仍然處于主要地位。因此，對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究，將對(duì)現(xiàn)在甚至未來(lái)的人類生產(chǎn)生活起著至關(guān)重要的作用[9]。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的宗旨，是在前人的基礎(chǔ)上研究轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)，以加深對(duì)系統(tǒng)的理解，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)踐，真正動(dòng)手完成一次直流調(diào)速系統(tǒng)的研究。在重復(fù)前人實(shí)驗(yàn)之后，努力進(jìn)行一些創(chuàng)新，并取得一定的成果。由于轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的性能與調(diào)節(jié)器有著直接的關(guān)系，為了使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、快速響應(yīng)，調(diào)節(jié)器內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)，比如轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的選擇就顯得非常重要。先建立開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，多次運(yùn)行得到負(fù)載和轉(zhuǎn)速變化的數(shù)據(jù)。然后分別在使用P調(diào)節(jié)器和PI調(diào)節(jié)器情況下，觀察轉(zhuǎn)速受負(fù)載的影響并與開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)作比較，分析其優(yōu)勢(shì)。同時(shí)幾組不同的反饋系數(shù)，使系統(tǒng)在不同的反饋系數(shù)下慢慢增加負(fù)載，記錄下各組轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的變化，對(duì)比得出較優(yōu)反饋系數(shù)，以得到更加穩(wěn)定、響應(yīng)快的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)[10]。這不僅僅是一次簡(jiǎn)單的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也是我在大學(xué)四年學(xué)習(xí)生涯中的一次學(xué)業(yè)檢測(cè)，是對(duì)自己實(shí)際操作能力的鍛煉。不僅是對(duì)所學(xué)內(nèi)容的鞏固，更是發(fā)展和創(chuàng)新。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，或多或少遇到這樣那樣的問(wèn)題，慢慢通過(guò)自己獨(dú)立解決，體會(huì)到很大的成就感。將來(lái)或許能在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的研究，獲得具有創(chuàng)新性的成果，并將其應(yīng)用到生產(chǎn)生活中的某些領(lǐng)域，如與自動(dòng)化密切相關(guān)的電梯、電動(dòng)汽車控制系統(tǒng)，礦井升降機(jī)控制系統(tǒng)等。希望自己能對(duì)社會(huì)做一些貢獻(xiàn)，同時(shí)也是對(duì)我學(xué)業(yè)的肯定和鼓勵(lì)[11]。1 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展直流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中所必須掌握的最重要的技術(shù)之一。隨著電力電子技術(shù)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，目前對(duì)調(diào)速性能要求較高的各類生產(chǎn)、生活機(jī)械比如電梯傳動(dòng)裝置，電車控制均采用直流傳動(dòng)，簡(jiǎn)稱直流調(diào)速系統(tǒng)[12]。由于直流電機(jī)最早在200多年前被科學(xué)家們發(fā)明，所以在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)是惟一的電氣傳動(dòng)方式。隨著一些新型電子元件，尤其是半導(dǎo)體硅二極管的發(fā)明，直流傳動(dòng)系統(tǒng)中的可控變流裝置也在不斷地發(fā)展和完善。早在20世紀(jì)40年代采用的是旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，即發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)稱VCM系統(tǒng)，原理如圖1。圖1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)它由交流電動(dòng)機(jī)M1(異步電動(dòng)機(jī)或同步電動(dòng)機(jī))拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)C實(shí)現(xiàn)變流功能，由G給所需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī)供電，調(diào)節(jié)G的勵(lì)磁電流即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n；改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的方向，可以改變發(fā)電機(jī)輸出電壓的極性以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正傳和反轉(zhuǎn)。這種系統(tǒng)常用交磁放大機(jī)作為功率放大器直接對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組供電，所以又被稱為放大機(jī)控制的發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GM系統(tǒng)) [13]。 這種系統(tǒng)在上個(gè)世紀(jì)中期就已被廣泛地使用。由于這種系統(tǒng)必須包含兩臺(tái)以上與被控制電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，因而設(shè)備采購(gòu)多、占地面積大、安裝效率低、運(yùn)行費(fèi)用昂貴、安裝需打地基、運(yùn)行噪音大、維護(hù)時(shí)間長(zhǎng)且費(fèi)用高。于是，很快有人開(kāi)始采用水銀整流器作為可控變流裝置，以克服以上缺點(diǎn)，用靜止的變流器取代旋轉(zhuǎn)的變流機(jī)組。由于水銀對(duì)環(huán)境的污染非常嚴(yán)重且難以進(jìn)行處理，對(duì)人畜健康危害極大，因而到了上個(gè)世紀(jì)末又被相繼出現(xiàn)的晶閘管(大功率半導(dǎo)體器件)變流裝置所取代。由晶閘管變流裝置直接給直流電動(dòng)機(jī)供電的電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，被稱為晶閘管—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱VCM系統(tǒng)，又稱為靜止的WordLeonard系統(tǒng))，如圖2所示。這種系統(tǒng)已成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式，在世界各主要工業(yè)國(guó)已得到普遍應(yīng)用。 當(dāng)前，我國(guó)的實(shí)際情況是晶閘管直流調(diào)速技術(shù)通過(guò)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)，已日趨成熟，所使用的主要器件在國(guó)內(nèi)都能提供，每年生產(chǎn)的超大功率直流傳動(dòng)裝置，廣泛應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，為我國(guó)工業(yè)技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能事業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。例如，1990年為太原鋼鐵集團(tuán)軋機(jī)提供的大功率晶閘管直流傳：動(dòng)裝置，其最大直流輸出電流12900A、最大直流輸出直流電壓860V、調(diào)速范圍250:正反向換向時(shí)間5ms7ms。圖2 晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)總之直流供電裝置由于電力電子器件的出現(xiàn)，已經(jīng)有了巨大的進(jìn)步。發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組、電機(jī)放大機(jī)、磁放大器、水銀整流器等直流供電裝置漸漸被淘汰，現(xiàn)在用得較多的則是晶閘管變流器、直流斬波器等供電電