運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計：雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(文件)
【正文】 已事先找到，具體選擇參數(shù)時只須按現(xiàn)成的公式和表格中的數(shù)據(jù)計算一下就可以了，這樣就使設(shè)計方法規(guī)范化，大大減少了設(shè)計工作量?；诖?，在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一個重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，即能否抑制超調(diào)是設(shè)計電流環(huán)首先要考慮的問題，所以一般電流環(huán)多設(shè)計為Ⅰ型系統(tǒng)，電流調(diào)節(jié)的設(shè)計應(yīng)以此為限定條件。如前所述，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)設(shè)計成Ⅱ型系統(tǒng)，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也就設(shè)計成PI型調(diào)節(jié)器，如下式所示: （23） 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 結(jié)構(gòu)框圖的化簡和結(jié)構(gòu)的選擇在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。 等效成單位負反饋系統(tǒng)最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 T∑i = Ts + Toi 小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 時間常數(shù)的計算直流電機參數(shù) PN=555KW, PN=555KW,UN=750V,IN=760A,nN=375r/min,電動勢系數(shù)Ce=,電樞回路總電阻R=，允許電流過載倍數(shù)λ=，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75。電流濾波時間常數(shù)Toi=。 選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)要求電流無靜差，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。電流環(huán)開環(huán)增益：要求δi＜5%時，應(yīng)取KIT∑i=，因此于是，ACR的比例系數(shù)為： 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：ci=KI=；晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 滿足近似條件忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件： 滿足近似條件電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件： 滿足近似條件 計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容 PI型電路調(diào)節(jié)器的組成按所用運算放大器取R0=40k，各電阻和電容值為： 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖的化簡電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為Ui*(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后，和電流環(huán)一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時將給定信號改成U*n(s)/a，再把時間常數(shù)為1 / KI 和 T0n 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中n (s)+Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s)a T0ns+11 T0ns+1U*n(s)+IdL (s) 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)的轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖 確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI。由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 式中 Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； t n — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。只覺得這是一門專業(yè)課程，并沒有引起自己對這門課程的興趣。雖這也不是我第一次使用這個軟件了，但這軟件的龐大功能使我不得不佩服，至今對它仍還是有太多太多的不知道，但我相信，總有那么一天，我會達到我想要達到的結(jié)果。我想，在以后的生活中，我會花更多的時間去學習運控這門課程。不得不感慨，生活中的許多問題不也這樣嗎？只要我們肯去努力，肯用心，肯下功夫，似乎沒有什么是解決不了的。使我對這門課程有了一定的了解，同時也對這門課程有了一定的興趣。雖課設(shè)僅短短一周，但我學到的卻是頗多。根據(jù)已知條件可知Ton=轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n。檢查對電源電壓的抗擾性能：參照典型Ⅰ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關(guān)系表格，可以看出各項指標都是可以接受的。電樞回路電磁時間常數(shù)Tl=。且調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓U*nm=U*in=U*cm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40KΩ。 電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及其化簡忽略反電動勢對電流環(huán)作用的近似條件是：式中電流環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，整流裝置滯后時間常數(shù)Ts和電流濾波時間常數(shù)Toi一般都比電樞回路電磁Tl小很多，可將前兩者近似為一個慣性環(huán)節(jié)，取T∑i=Ts+Toi。自動控制理論證明，0型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時是有差的，而Ⅲ型及Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。建立調(diào)節(jié)器工程設(shè)計方法所遵循的原則是：1. 概念清楚、易懂；2. 計算公式簡明、好記；3. 不僅給出參數(shù)計算的公式，而且指明參數(shù)調(diào)整的方向；4. 能考慮飽和非線性控制的情況，同樣給出簡明的計算公式；5. 適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。但由于在起動過程Ⅰ、Ⅱ兩個階段中電流不能突變，實際起動過程與理想啟動過程相比還有一些差距，不過這兩段時間只占全部起動時間中很小的成分，無傷大局，可稱作“準時間最優(yōu)控制”。綜上所述，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：（1）飽和非線形控制：隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線形系統(tǒng)，只能采用分段線形化的方法來分析，不能簡單的用線形控制理論來籠統(tǒng)的設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)速等于給定值，電樞電流等于負載電流，ASR和ACR的輸入偏差電壓都為零，但由于積分作用，它們都有恒定的輸出電壓。但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值，所以電動機仍在以最大電流下加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。由于電流保持恒定值，即系統(tǒng)的加速度為恒值，所以轉(zhuǎn)速n按線性規(guī)律上升，由知，也線性增加，這就要求也要線性增加，故在啟動過程中電流調(diào)節(jié)器是不應(yīng)該飽和的，晶閘管可控整流環(huán)節(jié)也不應(yīng)該飽和。當增加到（負載電流）時，電動機開始轉(zhuǎn)動，以后轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出很快達到限幅值，從而使電樞電流達到所對應(yīng)的最大值（在這過程中的下降是由于電流負反饋所引起的），到這時電流負反饋電壓與ACR的給定電壓基本上是相等的，即 （13）式中，——電流反饋系數(shù)。U*na UctIdLnUd0Un+b UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/
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