【正文】 斷了輸入和輸出的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器 UPE。 對(duì)負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng) ,速度調(diào)節(jié)器輸入端產(chǎn)生的偏差信號(hào)將隨時(shí)通過速度調(diào)節(jié)器 、 電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓 ,使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化 ,從而校正和補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)以抗擾性能為主。動(dòng)態(tài)降落一般都大于穩(wěn)態(tài)降落（即靜差）。因此，一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取 ? ?%2%5 ?? 或 的范圍作為允許誤差帶，以響應(yīng)曲線達(dá)到并不再超出該誤差帶所需的最短時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間，可見圖 2— 2。超調(diào)量越小，則相對(duì)穩(wěn)定性越好，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。通常以輸出量的初始值為零，給定信號(hào)階躍變化下的過渡過程作為典型的跟隨過程，這時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)又稱為階躍響應(yīng)。 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 生產(chǎn)工藝對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的要求經(jīng)折算和量化后可以表達(dá)為動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 88 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8 圖 2— 1 事實(shí)上，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。對(duì)于圖 2— 1 中的線 1 和線 2，它們有相同的轉(zhuǎn)速降落1edn? = 2edn? ，但由于 0102 nn ? ，因此 12 ss ? 。 一、靜態(tài)性能指標(biāo) 1）．調(diào)速范圍 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，提供的最高轉(zhuǎn)速 maxn 與最低轉(zhuǎn)速minn 之比，稱為調(diào)速范圍，用符號(hào) D 表示 minmaxnnD? （ 2— 2） 2）．靜差率 靜差率是用來表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化的程度，用系數(shù) s 來表示。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以改變電壓調(diào)速為主。直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參量的關(guān)系和用式（ 2—1）表示 ??? eK IRUn （ 2— 1） 式中 n—— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； U—— 電樞供電電壓； I—— 電樞電流； R—— 電樞回路總電阻，單位為 ? eK —— 由電機(jī)機(jī)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)。 3. 建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算其參數(shù)； 4. 進(jìn)行數(shù)字仿真，驗(yàn)證其設(shè)計(jì)； 5. 完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。并以此為基礎(chǔ)，再對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行研究，最終掌握各種交、直流調(diào)速系統(tǒng)的原理，使之能夠應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。 研究雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好，應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng) , 采用轉(zhuǎn)速 、 電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可獲得優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)調(diào)速特性 。國(guó)際上許多國(guó)家交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)已進(jìn)入工業(yè)實(shí)用化階段，大有取代直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)頭。從 60 年代起，國(guó)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速已開始重視。 44 東北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 自 19 世紀(jì) 80 年代起至 19 世紀(jì)末以前，工業(yè)上傳動(dòng)所用的電動(dòng)機(jī)一直以直流電動(dòng)機(jī)為唯一方式。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。直流傳動(dòng)之所以經(jīng)歷多年發(fā)展仍在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于它能以簡(jiǎn)單的手段達(dá)到較高的性能指標(biāo)。但這種調(diào)速方法后來被晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)所取代，至今已不再使用。 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 直流傳動(dòng)具有良好的調(diào)速特性和轉(zhuǎn)矩控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較早并沿用至今。 MATLAB 簡(jiǎn)介 ...................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。在理論分析和仿真研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)主電路、反饋電路、觸發(fā)電路及控制電路的具體實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵诮窈蟮墓ぷ髦幸粋€(gè)人獨(dú)立完成不與別人合作，是基本不可能的，所以在這次課程設(shè)計(jì)中也鍛煉了我們的團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神，為今后的學(xué)習(xí)和工作積累了經(jīng)驗(yàn)，是一筆難得的財(cái)富。這次的課程設(shè)計(jì)從查找資料，到確定方案，最后再到用軟件仿真，我們組都團(tuán)結(jié)協(xié)作，互相幫助，并且得到老師的關(guān)懷。通過這個(gè)設(shè)計(jì)我同時(shí)也體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的樂趣。 在設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行仿真，我們利用 MATLAB 仿真，把電路連好設(shè)定好參數(shù)就可以進(jìn)入?yún)?shù)調(diào)試，仿真。 ACR 的作用是電流跟隨，過流自動(dòng)保護(hù)和及時(shí)抑制電壓的波動(dòng)。由于在啟動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三個(gè)階段，即電流上升階段、恒流升速階段和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)負(fù)載突然增大時(shí)，由于轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 起主要的調(diào)節(jié)作用，因此，電流調(diào)節(jié)器 ACR 電流有所下降，同啟動(dòng)時(shí)一樣，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR飽和，達(dá)到限幅值，使電流急速上升。當(dāng)突加給定負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時(shí)經(jīng)過 ASR和 ACR的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復(fù)為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負(fù)載能力很強(qiáng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí)， ASR 的輸入偏差為 0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時(shí)電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器 ACR起主要作用。圖 4： 5. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，當(dāng)偏差電壓為零時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差； 對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用； 其輸出限幅值決定允許的最大電流 。 4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)控制 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的主要形式仍然是以傳遞函數(shù)或零極點(diǎn)模型為基礎(chǔ)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，相當(dāng)與使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。因?yàn)?PI調(diào)節(jié)器作為校正裝置既可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得到無靜差調(diào)速，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；作為控制 器時(shí)又能兼顧快速響應(yīng)和消除靜差兩方面的要求。 統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用， 在系統(tǒng)中 設(shè)置 了 兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二IdL n t Id O Idm IdL n t Id O Idm Idcr n n (a) (b) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 者之間實(shí)行串級(jí)連接， 如圖 2所示， 即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置 。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩） 受限 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖 1（ a）所示。但如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng) 就難以滿足要求。把這兩者結(jié)合 起來研究直流調(diào)速系統(tǒng)，更有利于對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)的全面認(rèn)識(shí) . 三、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 雙閉環(huán) （轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流 調(diào)速系統(tǒng)是一種當(dāng)前應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)，適用的電力傳動(dòng)系統(tǒng)。近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 按電機(jī)的類型不同 ,電氣傳動(dòng)又分 交 流調(diào)速 和 直流調(diào)速 。這是在最大電流轉(zhuǎn)矩的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過程。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對(duì)于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能有 效的加以抑制。雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) (matlab simulink 仿真 ) 前言 許多生產(chǎn)機(jī)械要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求具有良好的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能。 它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這主要是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩。這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。主電路由晶閘管構(gòu)成，控制回路主要由檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，檢測(cè)電路又包括轉(zhuǎn)速檢測(cè) 和電流 檢測(cè)等部分。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、 海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用?？梢哉f，電力電子技術(shù)的進(jìn)步是電氣傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展的有力地推動(dòng)。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但它只是在超過臨界電流 dcrI 值以后， 靠 強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏?的 沖擊，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。 這樣的理想起動(dòng)過程波形如圖 1（ b）所示， 這時(shí)，啟動(dòng)電流成方波形，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這樣就能做到既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔糜帜苁顾鼈冏饔?在 不同的階段。 該雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ASR和 ACR一般都采用 PI調(diào)節(jié)器。一般存在兩種狀況：飽和 —— 輸出達(dá)到限幅值；不飽和 —— 輸出未達(dá)到限幅值。因此，對(duì)靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中必須把電樞電流 dI 顯露出來。 在電流 上升階段，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用下減速，轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)電流值達(dá)到限幅電 流時(shí)，由于電流調(diào)節(jié)器 ACR的作用使電流不再增加。 七、設(shè)計(jì)結(jié)論 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過程如仿真波形 所示 。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， ASR 的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)是無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。在課程設(shè)計(jì)過程中，我都按照自動(dòng)控制系統(tǒng)課上學(xué)到的設(shè)計(jì)步驟來做，首先熟悉系統(tǒng)的工藝，進(jìn)行對(duì)象的分析，設(shè)計(jì)總體方案，其間與同學(xué)進(jìn)行幾次方案的討論、修改，再討論、再修改，最后定案 ，確定最終方案，然后設(shè)計(jì)硬件部分，通過查資料選取適當(dāng)?shù)挠布?，畫出?duì)應(yīng)的電路圖，接著設(shè)計(jì)控制器，以及各部分的功能模塊的實(shí)現(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)的時(shí)間比較倉促，但我在 ***老師的指導(dǎo)下和同學(xué)們得幫助下，克服了很多困難圓滿完成這次設(shè)計(jì)。 經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì)，不僅在書上學(xué)到的知識(shí)得到了鞏固，而且還在設(shè)計(jì)過程中拓展了其他沒有學(xué)過的知識(shí)。與 此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。然后按照自動(dòng)控制原理，對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算，利用Simulink 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了各種參數(shù)給定下的仿真，通過仿真獲得了參數(shù)整定的依據(jù)。 第一章 緒 論 ....................................................... 3 直流調(diào)速概念 .................................................. 3 直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展史 .......................................... 3 研究 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的目的和意義 ............................ 4 本文的研究?jī)?nèi)容 ................................................ 5 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng) ................................................ 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理及性能指標(biāo) .............................. 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理 ....................................................................... 6 直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) ....................................................................... 7 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ........................................................................................... 8 電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的理論分析 ....................... 10 雙閉環(huán)調(diào)速的工作過程和原理 ............................................................. 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 ............................................. 10 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動(dòng)態(tài)性能分析 ................... 13 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的建立 ............................................. 13 起動(dòng)過程分析 ......................................................................................... 14 動(dòng)態(tài)抗干擾性分析 ................................................................................. 17 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法 ......................................... 17 PI 調(diào)節(jié)器 .............................................................