基于v-m的雙閉環(huán)直流運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和校正開(kāi)題報(bào)告(文件)
【正文】 相控整流器 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)原理 （ 1） 相控整流器 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱 VM系統(tǒng)，原理圖如下： 圖 34 VM 系統(tǒng)原理圖 VT是相控整流器， GT 為觸發(fā)裝置， Uc為觸發(fā)裝置的控制電壓，通過(guò)調(diào)節(jié) Uc來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，可改變整流電壓 Ud ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。從這一考慮出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正為典型 I 型系統(tǒng)。 （ 1） 轉(zhuǎn)速環(huán)的簡(jiǎn)化 a) b) c) 圖 39 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖及簡(jiǎn)化 a)用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán) b)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性近似處理 c)校正后成為典型三階系統(tǒng) （ 2）轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)選擇 由于設(shè)計(jì)有靜差要求，因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，有考慮到動(dòng)態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用 PI調(diào)節(jié)器，按典型 II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。 晶閘管參數(shù) 及其他 晶閘管需要計(jì)算出額定電壓和額定電流，進(jìn)行選型。 其工作界面如圖 313和 314所示。 建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型 晶閘管觸發(fā)電流和整流裝置的數(shù)學(xué)模型 s () 1 ssKWs Ts? ? 電流與電壓間、感應(yīng)電勢(shì)與電流之間的數(shù)學(xué)模型 電流 [9]與電壓之間的傳遞函數(shù)： 0() 1/( ) ( ) 1ddlIs RU s E s T s??? 感應(yīng)電勢(shì)與電流之間的傳遞函數(shù)： d()( ) ( ) ( )dL mE s RI s I s T s?? 測(cè)速、電流反饋環(huán)節(jié) 測(cè)速環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)： ()s ()nn UsW ns ??（ ） = 電流反饋環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)： i ()s ()iUsW Is ??（ ） = 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)各環(huán)節(jié)得到的傳遞函數(shù)，構(gòu)造出整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖， 如圖 311和 312所示。 圖 310 含濾波環(huán)節(jié)的 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 變壓器參數(shù)計(jì)算 一 般情況下，晶閘管變流裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓是不一致 的，所以需要變流 變壓器， 通過(guò)變壓器進(jìn)行電壓變換，并使裝置于電網(wǎng)隔離，減少電網(wǎng)于晶閘管變流裝置的互相干擾。電流環(huán)按典型 I系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)節(jié)器選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 i(s ) iACRiKW s??? （ s+1 ） （ 3）傳遞函數(shù)參數(shù)計(jì)算 （ 4）調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和電路參數(shù)計(jì)算 電流調(diào)節(jié)器原理如圖 38所示 ，按電路計(jì)算各原件的參數(shù)，確定 電流調(diào)節(jié)器。通過(guò)輸入階躍信號(hào) 1（ t），得到晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入輸出關(guān)系式，再經(jīng)過(guò)拉式變換得到其原始傳遞函數(shù)是一個(gè)非最小相位系統(tǒng)，最后依據(jù)工程近似處理的原則，忽略高次項(xiàng)，可把整流裝置近似看作一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以表示為 s () 1 ssKWs Ts? ? 其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如有圖所示 圖 35 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 和校正 電流調(diào)節(jié)器 （ 1） 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡(jiǎn)化 圖 36 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Toi— 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) Ton— 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 如 圖 36 所示反電動(dòng)勢(shì) E與電流反饋的作用相互交叉，給設(shè)計(jì)帶來(lái)麻煩，須簡(jiǎn)化。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔茫质顾鼈冎荒芊謩e在不同的階段起作用呢 ?雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)正是用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的。 min/r， GD2=10N總之，本設(shè)計(jì)課題是一個(gè)多學(xué)科交織的，涉及的只是很廣，需要參考多門專著學(xué)習(xí)基本知識(shí)技能才能完成最終的設(shè)計(jì)任務(wù)。 總結(jié) 以上專著包含多方面知識(shí) ，有電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、控制理論、電路等都是設(shè)計(jì)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)所必需。但是側(cè)重于系統(tǒng)的問(wèn)題。 （ 3） 在楊叔子 楊克沖主編的《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》 [3]側(cè)重于讓讀者對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一個(gè)完整的了解，從系統(tǒng)所需的基本概念、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立、時(shí)間響應(yīng)的分析 、頻率特性分析、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的性能指標(biāo)與校正、非線性系統(tǒng)、線性離散系統(tǒng)及系統(tǒng)辨識(shí)等。內(nèi)容包含：機(jī)電、控制電器、檢測(cè)元件、拖動(dòng)基礎(chǔ)、傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程、有觸點(diǎn)控制、電力電子技術(shù)、直流伺服、交流伺服、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等。通過(guò)性能分析與比較，解決電動(dòng)機(jī)控制問(wèn)題使其達(dá)到良好的啟動(dòng)與調(diào)速性能，一步步由電源選擇、調(diào)速方法選擇、調(diào)速系統(tǒng)選擇、單閉環(huán)雙閉環(huán)的選擇等逐層遞進(jìn)介紹了多種調(diào)速方案的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和改進(jìn)措施。因而同時(shí)對(duì)速度和電流進(jìn)行控制，成為實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能電機(jī)控制系統(tǒng)所必須完成的工作。按反饋控制原理組成轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)是減小或消除靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落的有效途徑。 本文主要開(kāi)展的研究工作 根據(jù)本 課題的 實(shí)際情況，宜從以下幾 個(gè)方面入手分析： （ 1） 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 ； （ 2） 雙閉環(huán)直流調(diào)速的工程設(shè)計(jì) ； （ 3） 應(yīng)用 MATLAB 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正 。 （ 3）采用總線技 術(shù)
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