【正文】 章 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) …………………………………………………………… 38 61 建模測定數(shù)據(jù) ……………………………………………………………… 38 62 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ………………………………………………………… 39 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 第一章 緒論 11 課題背景，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)設(shè)備 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制的調(diào)速系統(tǒng)是一種動(dòng)靜態(tài)特性優(yōu)良的直流調(diào)速系統(tǒng)，它的控制規(guī)律是建立在經(jīng)典控制規(guī)律的基礎(chǔ)上的，用傳遞函數(shù)建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并從傳遞函數(shù)模型和開環(huán)頻域特性去總結(jié)其控制規(guī)律，用跟隨 和抗擾兩個(gè)方面的指標(biāo)去衡量它的動(dòng)靜態(tài)性能。實(shí)驗(yàn)正值暑期實(shí)踐及國際交流周，我們將用兩周的時(shí)間來完成參數(shù)測定實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)建模，調(diào)節(jié)器整定和系統(tǒng)投入運(yùn)行。 ?研發(fā)新型的電力電子器件，隨著電力電子器件走向耐高壓，大功率，高頻化和智能化，新型的電力拖動(dòng)系統(tǒng)能擁有更可靠的性能，能適應(yīng)更極端的工作條件。 典型 Ⅰ 型的開環(huán)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)為 )1()( ?? Tss KsW T, K分別為系統(tǒng)的慣性時(shí)間常數(shù)和開環(huán)增益。 22 系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜，動(dòng)態(tài)性能，而要衡量調(diào)節(jié)器的設(shè)置和調(diào)整是否恰當(dāng)，就需要一些相應(yīng)的指標(biāo)。 系統(tǒng)參數(shù)要求滿足 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 ml TT?? lois TTT ??, 10/ ?mlT 由性能指標(biāo)就可以求出系統(tǒng)的開環(huán)增益和調(diào)節(jié)器的比例增益系數(shù)iK iiiii CR RRK??? 0/ 由增益和時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)出調(diào)節(jié)器 圖 23 ACR 和 ASR 所用的帶濾波 PI調(diào)節(jié)器 最后將電流環(huán)簡化成一個(gè)典型 Ⅰ 型系統(tǒng)，作為外環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié) ASR 進(jìn)行小時(shí)間常數(shù)近似處理onin TTT ?? ?? 2 圖 24 簡化后的轉(zhuǎn)速環(huán) 將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型 Ⅱ 系統(tǒng)，以保證轉(zhuǎn)速環(huán)的抗擾動(dòng)能力。 電樞端電壓raU, 電源端電壓d 電樞電流 dI 電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速系數(shù)eC 利用電機(jī)的機(jī)械特性方程聯(lián)立，消去未知的電樞回路電阻，僅由兩次測量的電壓差值和轉(zhuǎn)速差值求出電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速 系數(shù) edd C RIUn 011 ?? edd C RI 022 ? ctU得到，只需要測端電壓和轉(zhuǎn)速，不需要關(guān)心電樞電流，勵(lì)磁回路也要。 ，電樞的端電壓和電流的端電壓也是電源等效內(nèi)阻的端電壓和端電流，用兩組數(shù)據(jù)聯(lián)立 電源端電壓dU 電樞電流 dI 電源放大系數(shù)sK 保持勵(lì)磁回路斷開，分級調(diào)節(jié)給定電壓ctU，并保持電樞電流dI始終小于 1A（實(shí)驗(yàn)中為了計(jì)算方便，保持電樞電流始終在 ），利用 nddd RIUU ??0 1010ctctddctd UU UUUUKs ?????? 求出一組Ks，再取平均值 壓，否則很容易過流。 ，此時(shí)是由萬用表本身供電的。如上表，三次測量結(jié)果和均值的相對偏差都小于 1%，考慮三次測量的位置互成?120，轉(zhuǎn)子偏心對電樞內(nèi)阻的影響可以抵消，所求的電樞內(nèi)阻平均值是可信的 (2)測量參數(shù)eC 計(jì)算公式 2121 nn UUC dde ??? 計(jì)算參數(shù)eC 0dU/v n/ rpm ctU/v 偏差 111 756 159 1086 % 187 1283 % 222 1530 % 平均電動(dòng)勢系數(shù) 表 33 電動(dòng)勢系數(shù)的測量結(jié)果 電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速系數(shù)是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組內(nèi)部切割磁力線所感應(yīng)的電動(dòng)勢相對于轉(zhuǎn)速的比例系數(shù)，也稱為發(fā)電系數(shù)或感應(yīng)電動(dòng)勢系數(shù)。 (3)電源等效內(nèi)阻nR 計(jì)算公式 1212ddddn II UUR ??? 計(jì)算內(nèi)阻nR/? 電源端電壓dU/V 電樞電流dI/A 205 10 204 20 202 20 200 10 199 10 198 14 平均電源內(nèi)阻 表 34 電源內(nèi)阻的測量結(jié)果 通過聯(lián)立電樞回路的 KVL 方程，利用轉(zhuǎn)速為 0，電樞電流與電源端電壓的關(guān)系，消去轉(zhuǎn)速和電樞回路電阻，求電源內(nèi)阻。 由于實(shí)驗(yàn)中給定電壓的范圍沒有選好，導(dǎo)致給定電壓較小時(shí)的死區(qū)特性沒有明顯的表示出來。 要得到模型中放大系數(shù)sK，可以用線性區(qū)中幾組sK的平均值。 ②實(shí)驗(yàn)中電樞電壓測量存在偏差，由于電源電壓的測量精度不夠等原因，會(huì)影響到模型中電機(jī)的機(jī)械特性，從而改變給定電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 ③ 改變模型中的電源放大系數(shù)，考慮到模型電源放大系數(shù)的非線性性， 圖 36 改變電源放大系數(shù)對轉(zhuǎn)速的影響 仿真和實(shí)驗(yàn)時(shí)給定電壓 時(shí)的轉(zhuǎn)速分別為 867rpm 和 1086rpm，由上圖可以看到 Ks 的偏大會(huì)使轉(zhuǎn)速偏大，實(shí)際轉(zhuǎn)速較模型仿真出的轉(zhuǎn)速偏大，可能是模型電源放大系數(shù)偏小帶來的，但這是不合理的，因?yàn)樵谟?jì)算平均放大系數(shù)時(shí)所用線性段放大系數(shù)都是偏大的，很難想象模型的放大系數(shù)還會(huì)出現(xiàn)偏小的情況。 實(shí)際系統(tǒng)和理論系統(tǒng)不同，實(shí)際系統(tǒng)必須有濾 波環(huán)節(jié)以減少高頻干擾信號，四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 在這個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中還必須有電流濾波，轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)為了保證綜合點(diǎn)處參與運(yùn)算的量相位相同，同樣的濾波（一階慣性）環(huán)節(jié)加在反饋回路是有必要的。 Ⅰ .這個(gè)環(huán)節(jié)是單元測試，除了 ACR 以外的環(huán)節(jié)都不接入給定 . Ⅱ .ACR 的給定值多大不重要，但必須是負(fù)給定，這樣在正式運(yùn)行時(shí)的限幅值才會(huì)正確。 ③ 手動(dòng)給定一個(gè)電壓，等于最大給定的一半，待內(nèi)環(huán)穩(wěn)定后測量電樞電流，調(diào)節(jié)三相互感傳感器的阻值使電樞電流為堵轉(zhuǎn)電流的一半即可 Ⅰ .接入 ACR 的手動(dòng)輸入須為負(fù)給定。 ③ 將給定電壓調(diào)到最大的 5V，施加給定，用示波器觀察電樞電流的波形是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定則減小 ASR 給定端輸入電阻或增大給定 輸出電容值，直到波形穩(wěn)定，并記錄此時(shí)的 ASR電阻電容值。 Ⅲ .系統(tǒng)要保證穩(wěn)態(tài)精度，也就是兩個(gè) PI調(diào)節(jié)器的增益不能太小 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 5. 整定系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和電流暫態(tài)響應(yīng) ① 系統(tǒng)投入運(yùn)行后在線調(diào)整 ASR 的比例和積分參數(shù)，振蕩劇烈 時(shí)要減小 ASR輸入端電阻，減小增益，超調(diào)量大時(shí)則要增大電阻，增大電容也有同樣的效果，最后要將轉(zhuǎn)速超調(diào)量控制在 10%內(nèi)，且保證空載到額定負(fù)載系統(tǒng)都能穩(wěn)定。 ② 調(diào)節(jié)電機(jī)的給定分別到 5V，改變負(fù)載電機(jī)串入的電阻值，記錄電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速電流起動(dòng)波形見 Ⅰ .繼續(xù)調(diào)整 ASR，ACR 的電容得到較光滑的曲線。忽略轉(zhuǎn)速對電流的影響會(huì)減少電流波 動(dòng)，影響 ACR 和 ASR的比例，時(shí)間常數(shù)。 ④ 計(jì)算 ASR 和 ACR 參數(shù)所用的方法主要是針對大電機(jī)的，大電機(jī)的電感大，電樞電阻小（ ?2以下），電磁時(shí)間常數(shù)大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)也大，而實(shí)驗(yàn)中用到的是小電機(jī)，電樞電阻大（ ?48），而且電樞電流也小，所以計(jì)算出的參數(shù)只能作為參考。 ② 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的電容過大。系統(tǒng)的調(diào)速范圍為 3，也就給定電壓對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速不能低于 483rpm。對于晶閘管整流電源，我們就抓住了整流類型對輸出的影響（平均失控時(shí)間）和電源輸出電壓與控制電壓的關(guān)系（電源放大系數(shù)）。然后是電流反饋和轉(zhuǎn)速反饋，都是以前運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中涉及到的，值得記住的是調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)時(shí)所用的方法，利用傳感器輸入輸出的線性性，用一半的輸入去調(diào)一半的輸出，防止電路長時(shí)間過流。 關(guān)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成，這次實(shí)驗(yàn)報(bào)告相比自己以前的，無論是在排版還是在思路上都有提高，排版上保持實(shí)驗(yàn)過程，分析過程，計(jì)算推導(dǎo)過程結(jié)構(gòu)化，特別是實(shí)驗(yàn)過程，用表格的形式，可以給需要完成實(shí)驗(yàn)的人一目了然的說明。 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 38 第六章 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù) 51 建模測定數(shù)據(jù) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 39 52 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 四川大學(xué)電氣信息學(xué)院自動(dòng)化系課程設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速，電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 40