運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)(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(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)組成系統(tǒng)。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外面，稱作外環(huán)。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)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(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)該首先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。圖中和分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。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)。所以直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖應(yīng)該與圖5有所不同，應(yīng)當(dāng)增加濾波環(huán)節(jié)，包括電流濾波、轉(zhuǎn)速濾波和兩個(gè)給定信號(hào)的濾波環(huán)節(jié)。在一般情況下，系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于機(jī)電時(shí)間常數(shù)，因此，轉(zhuǎn)速的變化往往比電流變化慢得多，對(duì)電流環(huán)來(lái)說(shuō)，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化慢的擾動(dòng)，在電流的瞬變過(guò)程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)基本不變，即。圖8等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)的電流環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖最后，由于和一般都比小的多，可以當(dāng)作小慣性群而近似的看作是一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù)為：則電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖最終可以簡(jiǎn)化成如圖9所示。為此，電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，即應(yīng)選用典型Ⅰ型系統(tǒng)。2）電流濾波時(shí)間常數(shù)。表1各種整流電路的失控時(shí)間（）整流電路形式最大失控時(shí)間平均失控時(shí)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(shí)間常數(shù)。電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：。176。3） 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件滿足近似條件。根據(jù)運(yùn)算放大器的電路原理，可以導(dǎo)出：圖11含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)經(jīng)簡(jiǎn)化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)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(xiàng)，可降階近似為近似條件式中 ——轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)頻率特性的截止頻率。圖13等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中。這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為令轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益為則不考慮負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，校正后調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖14所示。3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)。根據(jù)圖15，取，則，?。? ，?。? ，取。表5典型Ⅱ型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系345678910%%%%%%%%含給定濾波和反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖15所示，圖中為轉(zhuǎn)速給定電壓，為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓，調(diào)節(jié)器的輸出是電流調(diào)節(jié)器的給定電壓。突加給定電壓后，經(jīng)過(guò)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用，、都跟著上升，但是在沒(méi)有達(dá)到負(fù)載電流以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。ACR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，為了使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，應(yīng)略小于。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開(kāi)始退出飽和狀態(tài)，和很快下降。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)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(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。5系統(tǒng)仿真 本設(shè)計(jì)運(yùn)用Matlab的Simulink來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)這門課是我們自動(dòng)化專業(yè)的一門綜合性非常強(qiáng)的課程，它綜合了之前學(xué)習(xí)過(guò)的模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理、電力電子技術(shù)及電機(jī)拖動(dòng)技術(shù)等課程的很多知識(shí)點(diǎn)，所以，本次課程設(shè)計(jì)也是對(duì)以前課程的一次梳理和升華。在此過(guò)程中，我進(jìn)一步深化了對(duì)這門課程課本所學(xué)知識(shí)的理解，通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)，鍛煉了我應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是對(duì)我綜合素質(zhì)的一次提高。先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度；再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。系統(tǒng)運(yùn)行，得到系統(tǒng)電流和轉(zhuǎn)速的仿真曲線，分別如圖18中的（a）、（b）所示。在設(shè)備允許條件下實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間的控制稱作“時(shí)間最優(yōu)控制”，對(duì)于電力拖動(dòng)系統(tǒng)，在電動(dòng)機(jī)允許過(guò)載能力限制下的恒流起動(dòng)，就是時(shí)間最優(yōu)
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