運動控制系統(tǒng)課程設計直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)設計(文件)
【正文】 較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求了。故而采用轉速和電流兩個調節(jié)器來組成系統(tǒng)。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉速環(huán)在外面，稱作外環(huán)。圖中標出了兩個調節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓為正電壓的情況標出的，并考慮到運算放大器的倒相作用。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應該首先設計電流調節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉速調節(jié)系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，再設計轉速調節(jié)器。圖中和分別表示轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器的傳遞函數(shù)。然而，在抑制交流分量的同時，濾波環(huán)節(jié)也延遲了反饋信號的作用，為了平衡這個延遲作用，在給定信號通道上加入一個同等時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。所以直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的實際動態(tài)結構框圖應該與圖5有所不同，應當增加濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉速濾波和兩個給定信號的濾波環(huán)節(jié)。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時間常數(shù)遠小于機電時間常數(shù)，因此，轉速的變化往往比電流變化慢得多，對電流環(huán)來說，反電動勢是一個變化慢的擾動，在電流的瞬變過程中，可以認為反電動勢基本不變，即。圖8等效成單位負反饋系統(tǒng)的電流環(huán)動態(tài)結構框圖最后，由于和一般都比小的多，可以當作小慣性群而近似的看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為：則電流環(huán)結構框圖最終可以簡化成如圖9所示。為此，電流環(huán)應以跟隨性能為主，即應選用典型Ⅰ型系統(tǒng)。2）電流濾波時間常數(shù)。表1各種整流電路的失控時間（）整流電路形式最大失控時間平均失控時間單相半波單相橋式（全波）三相半波三相橋式、六相半波20101054）電磁時間常數(shù)。電流調節(jié)器超前時間常數(shù)：。176。3） 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件。根據(jù)運算放大器的電路原理，可以導出：圖11含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調節(jié)器電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉速環(huán)的一個環(huán)節(jié)，由圖10可知，電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為忽略高次項，可降階近似為近似條件式中 ——轉速開環(huán)頻率特性的截止頻率。圖13等效成單位負反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理的轉速環(huán)動態(tài)結構框圖為了實現(xiàn)轉速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉速調節(jié)器ASR中。這樣，調速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為令轉速環(huán)開環(huán)增益為則不考慮負載擾動時，校正后調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖如圖14所示。3）轉速環(huán)小時間常數(shù)。根據(jù)圖15，取，則，?。? ，??； ，取。表5典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關系345678910%%%%%%%%含給定濾波和反饋濾波的PI型轉速調節(jié)器原理圖如圖15所示，圖中為轉速給定電壓，為轉速負反饋電壓，調節(jié)器的輸出是電流調節(jié)器的給定電壓。突加給定電壓后，經(jīng)過兩個調節(jié)器的跟隨作用，、都跟著上升，但是在沒有達到負載電流以前，電動機還不能轉動。在這一階段中，ASR很快進入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。ACR采用PI調節(jié)器時，為了使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說，應略小于。轉速超調后，ASR輸入偏差電壓變負，使它開始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。在最后的轉速調節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導的轉速調節(jié)作用，而ACR則力圖使盡快的跟隨給定值，即電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。當轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器時，轉速必然有超調。5系統(tǒng)仿真 本設計運用Matlab的Simulink來對系統(tǒng)進行模擬仿真。電力拖動自動控制系統(tǒng)——運動控制系統(tǒng)這門課是我們自動化專業(yè)的一門綜合性非常強的課程，它綜合了之前學習過的模擬電子技術、自動控制原理、電力電子技術及電機拖動技術等課程的很多知識點，所以，本次課程設計也是對以前課程的一次梳理和升華。在此過程中，我進一步深化了對這門課程課本所學知識的理解，通過實際設計系統(tǒng)，鍛煉了我應用理論知識解決實際問題的能力，是對我綜合素質的一次提高。先選擇調節(jié)器的結構，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求。系統(tǒng)運行，得到系統(tǒng)電流和轉速的仿真曲線，分別如圖18中的（a）、（b）所示。在設備允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)
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